CN112520804A

CN112520804A - 一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统

Info

Publication number: CN112520804A
Application number: CN202011482412.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡本安; 陈嘉欢; 郭民承; 蔡伟华
Original assignee: Northeast Dianli University
Current assignee: Northeast Electric Power University
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-03-19

Abstract

本发明提供一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统，其特点是，包括太阳能集热器，第一、二水箱，换热器、一、二、三级闪蒸室、第一、二、三除雾器，一、二、三级冷凝室，真空泵，冷凝水箱和淡水箱，其中第一、二水箱均与太阳能集热器相连接，第一、二水箱通过阀门控制实现热、冷水的储存和循环，废水自喷嘴喷出进入闪蒸室内发生雾化闪蒸，一、二、三级闪蒸室串联，每个闪蒸室与冷凝室直接连接，一、二、三级冷凝室串联，采用喷雾冷却的方式将蒸汽冷凝为水。该系统所需设备较少，有效避免管内结垢，减少了设备占地面积，降低投资及运行成本，为低能耗高效废水浓缩提供了新的技术方案。

Description

一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统

技术领域

本发明属于废水浓缩技术领域，具体涉及一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统。

背景技术

印染、造纸、化工、炼油和海水利用等领域产生大量的高盐废水，高盐废水指总含盐质量分数不小于1%的废水。高盐废水排放对土壤及江河湖泊等造成污染，同时造成水资源和盐资源的浪费。因此，需对高盐废水进行零排放处理。废水零排放是指废水经过处理后，将废水中的盐类和污染物从废水中分离出来，以固体形式排出电厂处理或将其回收利用，产出的淡水进行重复使用，达到无任何废水排出的技术。废水零排放技术采用预处理-浓缩减量-结晶固化的工艺路线。浓缩减量是废水零排放技术的重要组成部分。高盐废水存在处理量大、盐浓度低的问题，导致投资运营成本高、过程耗能大。因此要进行浓缩处理，有利于降低成本及盐回收利用。浓缩工艺的选择及优化对高盐废水的零排放处理具备非常重要的作用。现有的高盐废水浓缩工艺主要包括膜浓缩及传统热浓缩，膜浓缩存在膜污染、结垢、堵塞的问题，传统热浓缩存在效率低、能耗大的缺点。因此，有必要设计开发一种高效节能并有效避免结垢的高盐废水闪蒸浓缩系统对高盐废水进行零排放处理。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是，提供一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统，该系统能够有效避免废水浓缩过程中的膜污染、管道结垢等问题，同时可以提高热效率，从而有效降低能耗。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统，其特征是，它包括：废水预热系统、一级闪蒸室、二级闪蒸室、三级闪蒸室、第一除雾器、第二除雾器、第三除雾器、一级冷凝室、二级冷凝室、三级冷凝室、真空泵、冷凝水箱、淡水箱，所述的废水预热系统与一级闪蒸室经管道连接，经废水预热系统加热后的废水溶液自一级闪蒸室内的喷嘴喷射进入一级闪蒸室，一级闪蒸室内布置有测压组件，测压组件与数据采集器连接，一级闪蒸室与三级冷凝室经管道连接，管道内布置有第一除雾器；一级闪蒸室经管道与二级闪蒸室连接，二级闪蒸室经管道与二级冷凝室连接，管道内布置有第二除雾器；二级闪蒸室经管道与三级闪蒸室连接，三级闪蒸室经管道与一级冷凝室连接，管道内布置有第三除雾器；冷凝水箱经管道与一级冷凝室连接，一级冷凝室经管道与二级冷凝室连接，二级冷凝室经管道与三级冷凝室连接，三级冷凝室经管道与淡水箱连接；一级冷凝室、二级冷凝室、三级冷凝室分别经管道与真空泵连接。

进一步，所述废水预热系统包括：太阳能集热器、第一水箱和第二水箱、换热器及阀门，太阳能集热器经管道与第一水箱和第二水箱分别连接，第一水箱和第二水箱分别通过管道与换热器连接。

本发明的一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统的创造性及其产生的有益效果体现在：

（1）采用第一、第二双水箱与太阳能集热器连接，一个水箱储存经太阳能集热器加热后的热水，热水用于废水溶液的加热升温，另一个水箱储存流经换热器后温度下降的冷水，冷水流经太阳能集热器进行加热升温，每天改变第一、第二两个水箱与太阳能集热器的阀门开闭，保证第一水箱与第二水箱每天交替储存冷水及热水，实现热水的持续供应，并有效降低天气等原因对太阳能加热效果的影响。通过调节水箱的进口及出口流量，可以有效提高太阳能热量的利用效率，可以有效减少达到特定温度值所需的换热面积，减少设备尺寸。增加一个水箱蓄热，增强了系统的稳定性；

（2）将加热后的废水经喷嘴喷射到闪蒸室内，实现废水的喷射闪蒸浓缩。废水经喷嘴喷出，射流破碎成为液滴，液滴尺寸很小，在微米尺度，比表面积有效增大，导致换热明显增强。与多级闪蒸（MSF）的核心技术——静态闪蒸相比，喷射闪蒸的闪蒸强度及闪蒸效率大幅提高，从而有效提高盐水分离效果，在一定程度上减少设备占地面积，降低投资及运行成本。另外，废水经喷嘴喷出，在闪蒸室内由于压力突降发生闪蒸，并不需要换热管道的存在，从而有效避免了管内结垢；

（3）将冷凝器串联连接，采用冷水喷射的方式冷却闪蒸得到的蒸汽，冷水经喷嘴雾化为液滴，液滴与蒸汽接触换热，将蒸汽冷却为水。液滴尺寸小，微米级尺度，比表面积大，导致换热增强，同时减少了换热器的存在，减少了设备需求，降低建设成本；

（4）将闪蒸室串联连接，冷凝室串联连接，采用太阳能提供输入能量来加热废水，减少了能量的损失，实现能量的梯级利用，从而有效提高废水浓缩效率，为低能耗高效废水浓缩提供了新的技术方案。

附图说明

图1为本发明一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统结构示意图；

图2为图1中废水预热系统1结构示意图；

图3为图1中一级闪蒸室2结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明的一种耦合太阳能集热的高盐废水浓缩系统，包括：废水预热系统1、一级闪蒸室2、二级闪蒸室3、三级闪蒸室4、第一除雾器5、第二除雾器6、第三除雾器7、一级冷凝室8、二级冷凝室9、三级冷凝室10、真空泵11、冷凝水箱12、淡水箱13，所述的废水预热系统1与一级闪蒸室2经管道连接，经废水预热系统1加热后的废水溶液自一级闪蒸室2内的喷嘴2-1喷射进入一级闪蒸室2，一级闪蒸室内布置有测压组件2-2，测压组件2-2与数据采集器连接。一级闪蒸室2与三级冷凝室10经管道连接，管道内布置有第一除雾器5；一级闪蒸室2经管道与二级闪蒸室3连接，二级闪蒸室3经管道与二级冷凝室9连接，管道内布置有第二除雾器6；二级闪蒸室3经管道与三级闪蒸室4连接，三级闪蒸室4经管道与一级冷凝室8连接，管道内布置有第三除雾器7；冷凝水箱12经管道与一级冷凝室8连接，一级冷凝室8经管道与二级冷凝室9连接，二级冷凝室9经管道与三级冷凝室10连接，三级冷凝室10经管道与淡水箱13连接；一级冷凝室8、二级冷凝室9、三级冷凝室10分别经管道与真空泵11连接。

其运行过程为：高盐废水流经废水预热系统1后温度升高，然后经管道流至一级闪蒸室2，自喷嘴喷出，真空泵11的安装与运行保证闪蒸室内压力低于自喷嘴喷出流体所在温度下对应的饱和压力，流体进入闪蒸室发生闪蒸。废水在一级闪蒸室2内闪蒸后，在压力差驱动下，蒸汽经管道流入与一级闪蒸室2连接的三级冷凝室10内，为了除去蒸汽携带的液滴，在管道内布置了第一除雾器5。一级闪蒸室2内未闪蒸的废水经喷嘴喷射进入二级闪蒸室3，保持二级闪蒸室内压力低于废水温度对应的饱和压力，一级闪蒸室2内未闪蒸的废水在二级闪蒸室3内继续闪蒸浓缩，蒸汽经相连管道进入二级冷凝室9，管道内布置有第二除雾器6除去蒸汽携带的液滴。二级闪蒸室3内未闪蒸的废水经喷嘴喷射进入三级闪蒸室4，保持三级闪蒸室4内压力低于废水温度对应的饱和压力，二级闪蒸室3内未闪蒸的废水在三级闪蒸室4内继续闪蒸浓缩，蒸汽经相连管道进入一级冷凝室8，管道内布置有第三除雾器7除去蒸汽携带的液滴。一级冷凝室8与冷凝水箱12相连，冷凝水经管道进入一级冷凝室8，冷凝水自喷嘴喷出，将蒸汽冷却为水，冷凝水及蒸汽液化后的水混合，然后经管道进入二级冷凝室9。进一步地，将进入二级冷凝室9的蒸汽冷却为水，蒸汽液化后的水与来自一级冷凝室8的冷凝水混合，然后经管道进入三级冷凝室10。进一步地，将进入三级冷凝室10的蒸汽冷却为水，蒸汽液化后的水与来自二级冷凝室9的冷凝水混合，然后经管道进入淡水箱13。一级闪蒸室2、二级闪蒸室3和三级闪蒸室4的结构相同；第一除雾器5、第二除雾器6和第三除雾器7的结构相同；一级冷凝室8、二级冷凝室9和三级冷凝室10的结构相同。

参照图2，所述废水预热系统1包括：太阳能集热器1-1、第一水箱1-2和第二水箱1-3、换热器1-4及阀门，太阳能集热器1-1经管道与第一水箱1-2和第二水箱1-3分别连接，第一水箱1-2和第二水箱1-3分别通过管道与换热器1-4连接，通过控制阀门开启和关闭，保证废水预热系统稳定可靠地运行。太阳能集热器1-1采用平板式，平板式集热器优点是经济实用，所需成本较低，可将流经的工质加热至90℃，满足本专利提出的系统需要。

其运行过程为：太阳能集热器1-1将流经集热器的冷水加热至90℃，在第i天，打开阀门1-5、1-7、1-10、1-11，关闭阀门1-6、1-8、1-9、1-12，此时第一水箱1-2储存热水，第二水箱1-3储存冷水。第一水箱1-2中的热水流经换热器1-4，加热预处理后的废水，流经换热器1-4的热水释放热量给废水后温度降低成为冷水，然后经管道输送流至第二水箱1-3，第二水箱1-3中的冷水流经太阳能集热器1-1加热，从而将冷水加热至热水状态，温度达到90℃。在第i+1天，将阀门1-6、1-8、1-9、1-12打开，关闭阀门1-5、1-7、1-10、1-11，此时第二水箱1-3储存热水，第一水箱1-2储存冷水。这样每天调整水箱与太阳能集热器1-1的连接，实现稳定热水输出。本发明所使用的太阳能集热器、阀门均用市售产品。

参照图3，给出了一级闪蒸室2的构造，包括喷嘴2-1、测压组件2-2。废水经管道进入闪蒸室，自喷嘴喷出发生雾化闪蒸浓缩，液滴尺寸小，比表面积大，从而有效增强了浓缩效果。发生废水闪蒸的条件之一即是闪蒸室内压力低于废水温度对应的饱和压力，因此布置测压组件2-2测量闪蒸室内压力，保证闪蒸发生。测压组件2-2为选用现有技术的压力传感器，选择压力传感器与现有技术的市售数据采集器连接，可实现远传测量闪蒸室内压力。

以上内容仅用来说明本发明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本技术领域中的普通技术人员来说，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上所述实施例的变化和变型都应当视为在本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统，其特征是，它包括：废水预热系统、一级闪蒸室、二级闪蒸室、三级闪蒸室、第一除雾器、第二除雾器、第三除雾器、一级冷凝室、二级冷凝室、三级冷凝室、真空泵、冷凝水箱、淡水箱，所述的废水预热系统与一级闪蒸室经管道连接，经废水预热系统加热后的废水溶液自一级闪蒸室内的喷嘴喷射进入一级闪蒸室，一级闪蒸室内布置有测压组件，测压组件与数据采集器连接，一级闪蒸室与三级冷凝室经管道连接，管道内布置有第一除雾器；一级闪蒸室经管道与二级闪蒸室连接，二级闪蒸室经管道与二级冷凝室连接，管道内布置有第二除雾器；二级闪蒸室经管道与三级闪蒸室连接，三级闪蒸室经管道与一级冷凝室连接，管道内布置有第三除雾器；冷凝水箱经管道与一级冷凝室连接，一级冷凝室经管道与二级冷凝室连接，二级冷凝室经管道与三级冷凝室连接，三级冷凝室经管道与淡水箱连接；一级冷凝室、二级冷凝室、三级冷凝室分别经管道与真空泵连接。

2.根据权利要求1所述的一种耦合太阳能集热的高盐废水闪蒸浓缩系统，其特征是，所述废水预热系统包括：太阳能集热器、第一水箱和第二水箱、换热器及阀门，太阳能集热器经管道与第一水箱和第二水箱分别连接，第一水箱和第二水箱分别通过管道与换热器连接。