CN113996074A - 一种赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统 - Google Patents

Abstract

一种涉及赤泥无害化处理技术领域的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，包含一级蒸发器、二级蒸发器、预热换热器、缓冲分离器、汽水分离器、蒸气压缩机和电加热炉；原碱液经过预热换热器和缓冲分离器预热后，进入一级蒸发器和二级蒸发器加热蒸发浓缩，加热产生的蒸汽经过蒸气压缩机压缩升温后，进入一级蒸发器、二级蒸发器和预热换热器换热；该浓缩系统结构简单便于操作维护，能够提高浓缩效果和效率，减少带出浓碱蒸汽，降低噪音。

Description

一种赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统

技术领域

本发明涉及赤泥无害化处理技术领域，尤其是涉及一种赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统。

背景技术

赤泥是氧化铝厂提取氧化铝时大量排放出的一种工业固体废弃物；据不完全统计，截至2020年，全国赤泥堆放量已超过11亿吨，占地超过12万亩，中国作为世界第一大氧化铝生产国，每年排放的赤泥就高达上亿吨；赤泥的危害主要是因为其强碱性，原土PH值在12以上，对动植物和金属、硅质材料具有强腐蚀性，如果渗入地下或进人水里，会造成严重的土壤或水污染；

赤泥无害化处理技术主要分为碳捕捉、碳化、洗涤压滤、蒸发、提碱和资源化利用六个部分，而滤液蒸发浓缩技术是其中的关键技术之一，主要是将碱液中碳酸钠的含量进行浓缩；针对赤泥提碱的工业应用来说，现有的蒸发浓缩系统至少存在四个缺陷：第一、系统结构臃肿，浓缩效率低，将百分之零点几的原碱液浓缩至，达到后续提碱要求的百分之二十几的浓碱液，往往需要三级以上的蒸发器浓缩，大大增加了生产成本；第二、在后一级的蒸发过程中，往往会产生高浓度的带碱水蒸汽，这些带碱水蒸汽如果直接被二次换热利用后冷凝，会对设备造成很大的危害，且正常外泄后，会在设备、管道外壁和厂房顶部结成白渣，增加了清理成本；第三、在对原碱液升温的过程中，会因为换热温差过大，或者蒸汽鼓泡，产生噪音，导致设备响动过大；第四、现有的蒸发器和换热器内部结构设计弯曲复杂，不便于流通清理，即使赤泥的原碱液经过洗涤压滤，也不能够保证没有杂质存在。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，结构简单便于操作维护，能够提高浓缩效果和效率，减少带出浓碱蒸汽，降低噪音。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，包含一级蒸发器、二级蒸发器、预热换热器、缓冲分离器、汽水分离器、蒸气压缩机和电加热炉；所述一级蒸发器和二级蒸发器的内部均通过上隔板和下隔板分隔为上部温区、中部升温区和下部温区，所述中部升温区设有中央绝热管和分布于中央绝热管周围的多个换热管，所述中央绝热管和多个换热管均能够连通上部温区和下部温区；所述缓冲分离器的设置高度高于一级蒸发器的中部升温区，所述缓冲分离器的底端相对的两侧壁分别设有循环进液管和循环出液管，所述缓冲分离器的顶端分别对应循环进液管和循环出液管的位置设有缓冲进液管和缓冲出汽管；所述预热换热器的管程进口设有原碱液进管，所述预热换热器的管程出口与缓冲分离器的缓冲进液管对应连接，所述缓冲分离器的循环出液管和缓冲出汽管分别与一级蒸发器上部温区的上端侧壁和上端顶壁对应连通，所述一级蒸发器的下部温区与电加热炉的进液口对应连通，所述电加热炉的出液口与缓冲分离器的循环进液管对应连接；所述一级蒸发器上部温区和二级蒸发器上部温区的上端顶壁对应连通，且下端侧壁也对应连通，所述二级蒸发器上部温区的下端侧壁设有浓碱液出管；所述一级蒸发器上部温区的上端顶壁与蒸气压缩机的进汽管对应连通，所述蒸气压缩机的出汽管与汽水分离器的进汽管对应连接，所述汽水分离器的出汽管分别与一级蒸发器和二级蒸发器中部升温区的上端侧壁对应连通，所述一级蒸发器和二级蒸发器中部升温区的下端侧壁分别与预热换热器的壳程进口对应连通，所述预热换热器的壳程出口设有冷凝水出管。

进一步，所述中部升温区的换热管环绕中央绝热管从内至外设有多层，每层的多个换热管都均匀环布设置。

进一步，所述中央绝热管的横截面面积等于多个换热管的横截面之和。

进一步，所述一级蒸发器和二级蒸发器的下部温区下端侧壁均设有排水管，所述排水管上安装有排液阀；所述二级蒸发器的浓碱液出管安装有调节阀，所述一级蒸发器的上部温区上端安装有温度表。

进一步，所述电加热炉的出液口与缓冲分离器的循环进液管通过导液管连接，所述导液管上安装有开度控制阀。

进一步，所述预热换热器为单管程竖直设置，所述预热换热器的管程下进上出，所述预热换热器的壳程上进下出。

进一步，所述预热换热器的壳程对应冷凝水出管的上端侧壁设有溢流管，所述冷凝水出管和溢流管管身通过液位管对应连通，所述液位管的两端均设有阀门，所述溢流管和冷凝水出管的管端均安装有调节阀。

进一步，所述汽水分离器的顶端和底端分别安装有压力表和排液管，所述汽水分离器的外侧安装有液位计。

进一步，所述汽水分离器内壁在进汽管和出汽管之间设有挡液板。

进一步，所述缓冲分离器的内壁固定有铺液斜板，所述铺液斜板的上表面上端与缓冲进液管对应，所述铺液斜板的下端与缓冲分离器的液面中央对应，所述铺液斜板的板面设有多个漏液孔。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明公开的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，能够利用预热换热器、缓冲分离器和电加热炉分级提高碱液温度，不仅提高了能源利用率，增加了蒸发效率，而且有效降低了噪音，且通过缓冲分离器和一级蒸发器的上部温区空间消除了蒸汽鼓泡，减少了系统运行过程中的响动；通过两级蒸发器进行蒸发浓缩，且每级蒸发器都利用中央绝热管隔绝蒸汽对中央绝热管中液体的直接加热，使得中央绝热管与周围换热管中的液体形成温差后，在蒸发器中自然流动起来，不仅增加了换热效率，提高了浓缩效果，使得浓度为0.8%碱液能够被高效的提高为25%以上，而且这种蒸发器结构的中央绝热管和换热管上下直通，结构简单，便于清理维护，杜绝了杂质存留；利用一级蒸发器的上部温区空间，对来自缓冲分离器、二级蒸发器和自身的蒸汽进行改善混合，降低了蒸汽的带碱含量，减少了对蒸气压缩机以及后续换热结构的损坏，便于形成冷凝水后直接回收利用；综上所述，相对于传统的碱液蒸发浓缩系统，本发明结构简单便于操作维护，能够大大提高浓缩效果和效率，减少带出浓碱蒸汽，降低噪音，减少了处理成本，具有很高的应用和推广价值。

附图说明

图1是本发明的实施结构示意图。

图中：1、预热换热器；2、二级蒸发器；3、一级蒸发器；4、缓冲分离器；401、循环进液管；402、循环出液管；403、缓冲出汽管；404、缓冲进液管；5、开度控制阀；6、电加热炉；7、蒸气压缩机；8、汽水分离器；9、上隔板；10、中央绝热管；11、下隔板；12、铺液斜板；13、液位管；14、挡液板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行说明，在描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，仅是与本发明的附图对应，为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位：

结合附图1所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，包含一级蒸发器3、二级蒸发器2、预热换热器1、缓冲分离器4、汽水分离器8、蒸气压缩机7和电加热炉6；一级蒸发器3和二级蒸发器2的内部均通过上隔板9和下隔板11分隔为上部温区、中部升温区和下部温区，上隔板9和下隔板11分别与相应蒸发器的内壁固定牢固，中部升温区设有中央绝热管10和分布于中央绝热管10周围的多个换热管，中央绝热管10和多个换热管均能够连通上部温区和下部温区，也即中央绝热管10和多个换热管的端部穿过相应上隔板9和下隔板11，并与上隔板9和下隔板11固定牢固，利用温度相对高的液体上升，温度相对低的液体下降的流体运动原理，通过中央绝热管10隔绝蒸汽对中央绝热管10中液体的直接加热，使得中央绝热管10中的液体与周围换热管中的液体形成温差后下移，保证蒸发器中的碱液自然循环流动起来，增加了换热效率，提高了浓缩效果，而且蒸发器结构的中央绝热管10和换热管上下直通，结构简单，便于清理维护，杜绝了杂质存留；需要注意的是，为了防止从缓冲分离器4刚进入一级蒸发器3的碱液和从一级蒸发器3刚进入二级蒸发器2的碱液还没有经过下降循环换热就直接从上部温区的出口流出，需要将入口和出口的距离设置越远越好；根据需要，中部升温区的换热管环绕中央绝热管10从内至外设有多层，每层的多个换热管都均匀环布设置，中央绝热管10的横截面面积等于多个换热管的横截面之和，保证碱液流动均匀；此外，一级蒸发器3和二级蒸发器1的下部温区下端侧壁均设有排水管，排水管上安装有排液阀，用于清洗排污；二级蒸发器1的浓碱液出管安装有调节阀，用于控制浓碱液流量，一级蒸发器3的上部温区上端安装有温度表，用于检测上部温区的温度；

缓冲分离器4的设置高度高于一级蒸发器3的中部升温区，防止碱液倒灌，缓冲分离器4的底端相对的两侧壁分别设有循环进液管401和循环出液管402，缓冲分离器4的顶端分别对应循环进液管401和循环出液管402的位置设有缓冲进液管404和缓冲出汽管403，各个管口的设置位置，能够保证在缓冲分离器4的内底部形成高温碱液流动层，刚经过电加热炉6加热后的碱液中存在大量水蒸气，经过缓冲分离器4铺开的液面释放后，能够有效防止出现鼓泡，降低噪音，且从缓冲进液管404进入的低温碱液能够经过二次混合预热后进入一级蒸发器3；根据需要，缓冲分离器4的内壁固定有铺液斜板12，铺液斜板12的上表面上端与缓冲进液管404对应，铺液斜板12的下端与缓冲分离器4的液面中央对应，铺液斜板12的板面设有多个漏液孔，铺液斜板12将进入的碱液铺开后先受到上升蒸汽的加热，再混入到下方碱液中，保证预热均匀，也便于进行汽液分离；

预热换热器1的管程进口设有原碱液进管，预热换热器1的管程出口与缓冲分离器4的缓冲进液管404对应连接，根据需要，预热换热器1为单管程竖直设置，预热换热器1的管程下进上出，预热换热器1的壳程上进下出，提高换热效率的同时，便于清理内部结构；缓冲分离器4的循环出液管402和缓冲出汽管403分别与一级蒸发器3上部温区的上端侧壁和上端顶壁对应连通，一级蒸发器3的下部温区与电加热炉6的进液口对应连通，电加热炉6的出液口与缓冲分离器4的循环进液管401对应连接，根据需要，电加热炉6的出液口与缓冲分离器4的循环进液管401通过导液管连接，导液管上安装有开度控制阀5，能够通过控制开度控制阀5调节流量，当碱液的最终浓度较低没有达到要求时，可以开大开度控制阀5，当碱液的最终浓度达到要求时，能够开小甚至关闭开度控制阀5；此外，为了保证足够的流通动力，电加热炉6内也能够附带增压泵；一级蒸发器3上部温区和二级蒸发器2上部温区的上端顶壁对应连通，利用一级蒸发器3的上部温区空间，对来自缓冲分离器4、二级蒸发器2和一级蒸发器3自身的蒸汽进行改善混合，降低了蒸汽的带碱含量，减少了对蒸气压缩机以及后续换热结构的损坏，便于形成冷凝水后直接回收利用，一级蒸发器3上部温区和二级蒸发器2上部温区的下端侧壁也对应连通，保证碱液从一级蒸发器3流通到二级蒸发器2，二级蒸发器2上部温区的下端侧壁设有浓碱液出管，用于蒸发浓缩完毕后出液；

一级蒸发器3上部温区的上端顶壁与蒸气压缩机7的进汽管对应连通，蒸气压缩机7的出汽管与汽水分离器8的进汽管对应连接，一级蒸发器3上部温区的蒸汽经过蒸气压缩机7加压升温，再经过汽水分离后进行二次换热利用；根据需要，汽水分离器8的顶端和底端分别安装有压力表和排液管，所述汽水分离器的外侧安装有液位计，便于检测压力，控制及时排液；此外，汽水分离器8内壁在进汽管和出汽管之间设有挡液板14，提高汽液分离的效率；汽水分离器8的出汽管分别与一级蒸发器3和二级蒸发器2中部升温区的上端侧壁对应连通，一级蒸发器3和二级蒸发器2中部升温区的下端侧壁分别与预热换热器1的壳程进口对应连通，预热换热器1的壳程出口设有冷凝水出管，汽水分离器8的蒸汽在对一级蒸发器3和二级蒸发器2加热后，通过预热换热器1对原碱液进行预热；根据需要，预热换热器1的壳程对应冷凝水出管的上端侧壁设有溢流管，冷凝水出管和溢流管管身通过液位管13对应连通，液位管13的两端均设有阀门，溢流管和冷凝水出管的管端均安装有调节阀，便于检测和控制回收冷凝水。

实施本发明所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，温度为20多度，碳酸钠含量为0.8%的碱液，经过预热换热器1预加热至70度后，进入缓冲分离器4，并在缓冲分离器4中与来自电加热炉6的碳酸钠含量为4%，温度为101度的碱液缓冲混合后，再进入一级蒸发器3进行蒸发浓缩，在一级蒸发器3内中央绝热管10的作用下，刚进人一级蒸发器3的碱液会通过中央绝热管10下降到一级蒸发器3的下部温区，然后再通过被111度蒸汽加热的换热管升温后上升到一级蒸发器3的上部温区，同时也会有部分下部温区的碱液通过电加热炉6后循环到缓冲分离器4中，碳酸钠含量为4%的碱液从一级蒸发器3进人到二级蒸发器2后，进过与一级蒸发器3同样的蒸发浓缩后，得到碳酸钠含量为26%的碱液并从浓碱液出管排出，进行后续的提碱作业；与此同时，一级蒸发器3上部温区来自二级蒸发器2、缓冲分离器4和自身的蒸汽经过混合，进入蒸气压缩机7加压升温，再经过汽水分离器8后，通入一级蒸发器3和二级蒸发器2的中部温区对换热管中的碱液进行加热，换热后的蒸汽再通过预热换热器1的壳程换热后，变成冷凝水排出回收。

本发明未详述部分为现有技术，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将上述实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求内容。

Claims (10)

1.一种赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：包含一级蒸发器（3）、二级蒸发器（2）、预热换热器（1）、缓冲分离器（4）、汽水分离器（8）、蒸气压缩机（7）和电加热炉（6）；所述一级蒸发器（3）和二级蒸发器（2）的内部均通过上隔板（9）和下隔板（11）分隔为上部温区、中部升温区和下部温区，所述中部升温区设有中央绝热管（10）和分布于中央绝热管（10）周围的多个换热管，所述中央绝热管（10）和多个换热管均能够连通上部温区和下部温区；所述缓冲分离器（4）的设置高度高于一级蒸发器（3）的中部升温区，所述缓冲分离器（4）的底端相对的两侧壁分别设有循环进液管（401）和循环出液管（402），所述缓冲分离器（4）的顶端分别对应循环进液管（401）和循环出液管（402）的位置设有缓冲进液管（404）和缓冲出汽管（403）；所述预热换热器（1）的管程进口设有原碱液进管，所述预热换热器（1）的管程出口与缓冲分离器（4）的缓冲进液管（404）对应连接，所述缓冲分离器（4）的循环出液管（402）和缓冲出汽管（403）分别与一级蒸发器（3）上部温区的上端侧壁和上端顶壁对应连通，所述一级蒸发器（3）的下部温区与电加热炉（6）的进液口对应连通，所述电加热炉（6）的出液口与缓冲分离器（4）的循环进液管（401）对应连接；所述一级蒸发器（3）上部温区和二级蒸发器（2）上部温区的上端顶壁对应连通，且下端侧壁也对应连通，所述二级蒸发器（2）上部温区的下端侧壁设有浓碱液出管；所述一级蒸发器（3）上部温区的上端顶壁与蒸气压缩机（7）的进汽管对应连通，所述蒸气压缩机（7）的出汽管与汽水分离器（8）的进汽管对应连接，所述汽水分离器（8）的出汽管分别与一级蒸发器（3）和二级蒸发器（2）中部升温区的上端侧壁对应连通，所述一级蒸发器（3）和二级蒸发器（2）中部升温区的下端侧壁分别与预热换热器（1）的壳程进口对应连通，所述预热换热器（1）的壳程出口设有冷凝水出管。

2.根据权利要求1所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：所述中部升温区的换热管环绕中央绝热管（10）从内至外设有多层，每层的多个换热管都均匀环布设置。

3.根据权利要求1所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：所述中央绝热管（10）的横截面面积等于多个换热管的横截面之和。

4.根据权利要求1所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：所述一级蒸发器（3）和二级蒸发器（1）的下部温区下端侧壁均设有排水管，所述排水管上安装有排液阀；所述二级蒸发器（1）的浓碱液出管安装有调节阀，所述一级蒸发器（3）的上部温区上端安装有温度表。

5.根据权利要求1所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：所述电加热炉（6）的出液口与缓冲分离器（4）的循环进液管（401）通过导液管连接，所述导液管上安装有开度控制阀（5）。

6.根据权利要求1所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：所述预热换热器（1）为单管程竖直设置，所述预热换热器（1）的管程下进上出，所述预热换热器的壳程上进下出。

7.根据权利要求6所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：所述预热换热器（1）的壳程对应冷凝水出管的上端侧壁设有溢流管，所述冷凝水出管和溢流管管身通过液位管（13）对应连通，所述液位管（13）的两端均设有阀门，所述溢流管和冷凝水出管的管端均安装有调节阀。

8.根据权利要求1所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：所述汽水分离器（8）的顶端和底端分别安装有压力表和排液管，所述汽水分离器的外侧安装有液位计。

9.根据权利要求1所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：所述汽水分离器（8）内壁在进汽管和出汽管之间设有挡液板（14）。

10.根据权利要求1所述的赤泥提碱用碱液多级高效浓缩系统，其特征是：所述缓冲分离器（4）的内壁固定有铺液斜板（12），所述铺液斜板（12）的上表面上端与缓冲进液管（404）对应，所述铺液斜板（12）的下端与缓冲分离器（4）的液面中央对应，所述铺液斜板（12）的板面设有多个漏液孔。

Images