CN114719247A - 一种回收利用加热或换热工序废水废汽节能减排的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回收利用加热或换热工序废水废汽节能减排的方法。针对以高温高压水蒸汽作为加热介质或载热体的工业生产，涉及加热或换热的工业生产环节，建立了一套可回收利用水蒸汽、冷凝热水和热能的“灵活循环式利用系统”，既回收利用了产生的废水和废汽，又回收利用了废水和废汽中所蕴含的热能，高效率利用了水蒸汽，大大减少了水资源和能源的消耗。在原有设备的基础上，只需要加装几个设备就组成了水和热能的循环式回收利用的协作系统，设备费用投入少，工艺改造成本低，减轻和减缓了设备持续运行发热和连续工作磨损，有利于延长设备的使用寿命。

Description

一种回收利用加热或换热工序废水废汽节能减排的方法

技术领域

本发明属于工业生产节能减排技术领域，具体涉及一种回收利用加热或换热工序废水废汽节能减排的方法。

背景技术

在化工、制药、食品、粮食加工等各种工业生产过程中，往往存在一些生产环节需要对物料进行加热，通过加热可以实现提供反应温度、消毒杀菌、物料干燥等目的，例如（1）药物合成反应时，有些化学反应工序需要提供100~160℃的高温条件，反应通常在夹套式反应釜中进行，将高温高压水蒸汽输入反应釜的夹套来加热反应物料从而达到所需的反应温度；（2）对液态乳、果汁、蔬菜汁、酱油、豆浆、咖啡饮料等食品的高温杀菌工序，当前最为先进的方法是超高温瞬时灭菌法，即液态物料在连续流动的状态下通过换热设备加热至135~137℃并维持3~5秒从而杀死其中的微生物，杀菌电加热能耗为22~26kW电量/吨产品；（3）在玉米等粮食深加工过程中，玉米胚芽、玉米纤维和玉米麸质的干燥工序，通常采用管束干燥机对其进行脱水干燥，需要用100℃以上的高温高压水蒸汽输入管束干燥机对上述物料进行加热减压干燥。

可见，工业生产往往耗费大量热能，通常以高温高压水蒸汽作为加热介质或载热体，然而当前的生产工艺存在的技术缺陷是：高温高压水蒸汽使用后，部分水蒸汽冷凝成水（水温仍然较高，所以在此命名为“冷凝热水”），还有一部分水蒸汽没有冷凝但却作为废汽进行排放，而没有回收利用此部分尚未冷凝的水蒸汽（在此命名为“残存水蒸汽”），其中所蕴含的热能和水分随之流失，造成极大的资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于针对以高温高压水蒸汽作为加热介质或载热体的工业生产提供一种回收利用加热或换热工序废水废汽节能减排的方法。

本发明所述的方法包括下列组成部分：

组成部分1、在加热或换热设备的后面设置连接一个冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置为隔热保温装置，流出加热或换热设备的冷凝热水被暂时储存于此装置的底部，流出加热或换热设备的残存水蒸汽被暂时储存于此装置的顶部。

组成部分2、在所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接一组水蒸汽压缩机，从上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置顶部储存的残存水蒸汽流入所述的水蒸汽压缩机，启动所述的水蒸汽压缩机后对流进的残存水蒸汽进行压缩做功，得到压力和温度都提升的增热增压水蒸汽，根据生产实际需求调整水蒸汽压缩机的压缩功率和压缩时间以得到满足工艺参数要求的增热增压水蒸汽，将所述的增热增压水蒸汽输送到加热或换热设备从而实现了残存水蒸汽的回收利用和循环利用。

组成部分3、在所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接管道和输送泵，启动输送泵将上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽锅炉或蒸汽发生器，导入蒸汽锅炉或蒸汽发生器的冷凝热水作为产生水蒸汽的水源，从而实现了冷凝热水的回收利用和循环利用。

所述的组成部分1、组成部分2、组成部分3和加热或换热设备共同组成了灵活循环式协作系统，当加热或换热设备运行一段时间后，组成部分1所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置中积累了数量充足的冷凝热水与残存水蒸汽，此时停止协作系统外部的蒸汽锅炉或蒸汽发生器，启动组成部分2所述的水蒸汽压缩机，则循环往复的增热增压水蒸汽为加热或换热设备提供了所需的水蒸汽，同时产生的冷凝热水逐渐增多并不断蓄积于上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部，当冷凝热水蓄积量接近上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置容量的上限时，停止组成部分2所述的水蒸汽压缩机，启动组成部分3所述的输送泵，将上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽锅炉或蒸汽发生器，则蒸汽锅炉或蒸汽发生器以导入的蕴含热量的冷凝热水为水源快速且大量产生水蒸汽，从而再次为组成部分1所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置蓄积充足的冷凝热水和残存水蒸汽，运行一段时间后，停止输送泵和蒸汽锅炉或蒸汽发生器，再次启动组成部分2所述的水蒸汽压缩机，运行一段时间后停止组成部分2所述的水蒸汽压缩机，再次启动组成部分3所述的输送泵及协同系统外部的蒸汽锅炉或蒸汽发生器，如此循环往复操作运行。

所述的组成部分1所设置的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，之所以设计为保温装置，其目的和有益效果为：（1）防止残存水蒸汽在暂时储存期间释放热量转变为冷凝水，以提供充足的可循环利用的残存水蒸汽；（2）防止冷凝热水在暂存期间继续向环境释放热能，以提供充足的可循环利用的且蕴含热能的水蒸汽制备设备的水源。

本发明的先进性表现在以下几点：

1、对于涉及加热或换热的工业生产环节，既回收利用了产生的废水和废汽，又回收利用了废水和废汽中所蕴含的热能，高效率利用了水蒸汽，大大减少了水资源和能源的消耗；

2、输入加热或换热环节的高温水蒸汽这种加热介质或载热体，其所有水和热能全部被回收利用，基本实现了整个过程零排放；

3、在原有设备的基础上只需要加装几个设备就组成了水和热能的循环式回收利用的协作系统，设备费用投入少，工艺改造成本低；

4、关键设备可灵活间歇运行，避免了水蒸汽发生制备设备、水蒸汽压缩机和输送泵等设备的连续运行，减轻和减缓了设备持续运行发热和连续工作磨损，有利于延长设备的使用寿命；

5、回收储存的冷凝热水用做蒸汽锅炉或蒸汽发生器的水源的技术方案，起到减少锅炉内部的结垢、延长锅炉的使用寿命的效果。

具体实施方式

实施例一

应用于化工制药领域的对甲苯磺酸的合成反应工序，回收利用此工序产生的废水废汽以实现节能减排。

首先说明一下此反应工序传统的操作概况：合成对甲苯磺酸的反应需要提供130±10℃的高温条件，反应在夹套式反应釜中进行，夹套式反应釜还需要配套蒸汽锅炉、冷凝器和甲苯-水分离器才能真正完成此工序。其中的蒸汽锅炉生产制备130±10℃的高温高压水蒸汽，水蒸汽连续输送流过反应釜的夹套以提供反应温度。其中的冷凝器，实际上是一种换热设备，其功能是把反应期间因高温反应条件而蒸发成气态的甲苯和水用冷却水冷却为液态，以便回收利用甲苯，得到的甲苯和水的液态混合物然后进入甲苯-水分离器。其中的甲苯-水分离器，也叫脱水器，其功能是把甲苯和水的液态混合物进行分层分离，甲苯位于上层，水位于下层，把上层的甲苯重新输送回反应釜，从而回收利用甲苯这种反应原料。

关于上述对甲苯磺酸的合成反应，传统的合成工艺存在如下技术缺陷：（1）输送流经反应釜夹套的水蒸汽，流出后作为废水废汽直接排放，其中所蕴含的水和热能没有被充分利用；（2）在冷凝器中，冷却水与高温的气态甲苯和水进行热交换期间，部分冷却水在高温下产生了大量水蒸汽，这些富含热能的水蒸汽作为废汽直接排放，其中所蕴含的水和热能没有被充分利用。

本发明提供的技术方案为：

在反应釜和冷凝器的后面设置连接一个具有保温效果的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置。首先启动蒸汽发生器来生产制备130±10℃的高温高压水蒸汽，通入反应釜的夹套中以提供化学反应所需的温度。把从反应釜的夹套中流出的冷凝热水和残存水蒸汽输送进入冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，同时还把冷凝水在冷凝器受热产生的水蒸汽输送进入上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，则随着化学反应的进行，冷凝热水与残存水蒸汽逐渐蓄积于冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，冷凝热水被暂时储存于此装置的底部，残存水蒸汽被暂时储存于此装置的顶部。

在冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接一组水蒸汽压缩机，从冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置顶部储存的残存水蒸汽流入水蒸汽压缩机，启动水蒸汽压缩机后对流进的残存水蒸汽进行压缩做功，得到压力和温度都提升的增热增压水蒸汽，调整水蒸汽压缩机的压缩功率和压缩时间以得到130±10℃的高温高压水蒸汽，将增热增压水蒸汽输送到反应釜从而实现了残存水蒸汽的回收利用和循环利用。

在冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接管道和输送泵，启动输送泵将冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽发生器，导入蒸汽发生器的冷凝热水作为产生水蒸汽的水源，从而实现了冷凝热水的回收利用和循环利用。

上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置、水蒸汽压缩机、输送泵和冷凝器共同组成了灵活的循环式协作系统，伴随着甲苯磺酸的合成反应的持续进行，水蒸汽分别从反应釜的夹套和冷凝器流入冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，运行一段时间，比如运行8小时，则冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置中积累了数量充足的冷凝热水与残存水蒸汽，此时停止蒸汽发生器，启动水蒸汽压缩机，水蒸汽压缩机开始生产制备增热增压水蒸汽，则循环往复的增热增压水蒸汽为反应釜提供了所需的水蒸汽，同时产生的冷凝热水继续逐渐增多并不断蓄积于冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部，运行一段时间，比如运行8小时，冷凝热水蓄积量接近冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置容量的上限，停止水蒸汽压缩机，启动输送泵，将上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽发生器，则蒸汽发生器以导入的蕴含热量的冷凝热水为水源快速且大量产生水蒸汽，从而再次为冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置蓄积充足的冷凝热水和残存水蒸汽，运行一段时间，比如运行8小时，停止输送泵和蒸汽发生器，再次启动水蒸汽压缩机，运行一段时间，比如运行8小时，停止水蒸汽压缩机，再次启动输送泵及蒸汽发生器，如此循环往复操作运行。

实施例二

应用于食品加工领域的液态乳超高温杀菌工序，回收利用此工序产生的废水废汽以实现节能减排。

首先说明一下液态乳杀菌工序传统的操作概况：液态乳的杀菌法大致有三种类型，分别为巴氏消毒法、高压蒸汽灭菌法和超高温杀菌法，其中当前最为先进的方法是超高温杀菌法，也称为超高温瞬时灭菌法，该法按照物料与加热介质直接接触与否分为间接式加热法和直接混合式加热法两类，其中间接式加热法应用较为普遍，因此，这里以间接式加热超高温杀菌法为例加以说明，其操作流程大致如下：液态乳和高温高压水蒸汽都需要持续输送进入超高温瞬时灭菌机内，超高温瞬时灭菌机有几组换热装置，液态乳在连续流动的状态下通过其中一组换热装置被加热至135~137℃并维持3~5秒从而杀死其中的微生物，为保证灭菌彻底要以140±2℃的高温高压水蒸汽作为加热介质，液态乳被加热升温到135~137℃并维持3~5秒后，再进入下一组以快速降温为目的的换热装置，在此组换热装置中用冷水对高温液态乳降温，通常降温到60℃以下。

对于上述杀菌工序，当前出现了一种回收利用残余热能的节能方法，其原理是：在超高温瞬时灭菌机内再加装一组以预热液态乳为目的的换热装置，即把用过的残余水蒸汽、冷凝热水与待预热的液态乳同时连续导入此组换热装置，则实现了把杀菌后产生的残余水蒸汽、冷凝热水热能转移到液态乳中，从而实现了回收利用热能的目的。

本发明提供了一种新的、区别于上述回收利用残余热能的节能方法。本发明提供的技术方案为：

在超高温瞬时灭菌机的后面设置连接一个具有保温效果的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置。首先启动蒸汽发生器来生产制备140±2℃的高温高压水蒸汽，通入超高温瞬时灭菌机中的杀菌换热装置以提供液态乳杀菌所需的温度。把从超高温瞬时灭菌机中的杀菌换热装置中流出的冷凝热水和残存水蒸汽输送进入冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，则随着杀菌操作的进行，冷凝热水与残存水蒸汽逐渐蓄积于冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，冷凝热水被暂时储存于此装置的底部，残存水蒸汽被暂时储存于此装置的顶部。

在冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接一组水蒸汽压缩机，从冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置顶部储存的残存水蒸汽流入水蒸汽压缩机，启动水蒸汽压缩机后对流进的残存水蒸汽进行压缩做功，得到压力和温度都提升的增热增压水蒸汽，调整水蒸汽压缩机的压缩功率和压缩时间以得到140±2℃的高温高压水蒸汽，将增热增压水蒸汽输送到超高温瞬时灭菌机中的杀菌换热装置从而实现了残存水蒸汽的回收利用和循环利用。

在冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接管道和输送泵，启动输送泵将冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽发生器，导入蒸汽发生器的冷凝热水作为产生水蒸汽的水源，从而实现了冷凝热水的回收利用和循环利用。

上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置、水蒸汽压缩机、输送泵和超高温瞬时灭菌机共同组成了灵活循环式协作系统，伴随着杀菌操作的持续进行，冷凝热水、残存水蒸汽不断从超高温瞬时灭菌机流入冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，运行一段时间，比如运行8小时，则冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置中积累了数量充足的冷凝热水与残存水蒸汽，此时停止蒸汽发生器，启动水蒸汽压缩机，水蒸汽压缩机开始生产制备增热增压水蒸汽，则循环往复的增热增压水蒸汽为超高温瞬时灭菌机提供了所需的水蒸汽，同时产生的冷凝热水继续逐渐增多并不断蓄积于冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部，运行一段时间，比如运行8小时，冷凝热水蓄积量接近冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置容量的上限，停止水蒸汽压缩机，启动输送泵，将上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽发生器，则蒸汽发生器以导入的蕴含热量的冷凝热水为水源快速且大量产生水蒸汽，从而再次为冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置蓄积充足的冷凝热水和残存水蒸汽，运行一段时间，比如运行8小时，停止输送泵和蒸汽发生器，再次启动水蒸汽压缩机，运行一段时间，比如运行8小时，停止水蒸汽压缩机，再次启动输送泵及蒸汽发生器，如此循环往复操作运行。

实施例三

应用于玉米深加工领域玉米胚芽、玉米纤维和玉米麸质的干燥工序，回收利用此工序产生的废水废汽以实现节能减排。

首先说明一下玉米胚芽、玉米纤维和玉米麸质的干燥工序传统的操作概况：通常采用管束干燥机对其进行脱水干燥，用115±5℃的高温高压水蒸汽输入管束干燥机对上述物料进行加热减压干燥，从而达到快速高效操作的目的。干燥前，玉米胚芽、玉米纤维和玉米麸质三种物料的平均含水量分别为55%、60%、50%，要求干燥后的含水量分别为4%±1%、11%±1%、12%±1%。

上述干燥工序存在如下技术缺陷：输送流经管束干燥机的水蒸汽，换热后转变为冷凝热水和残存水蒸汽，流出后作为废水废汽直接排放，其中所蕴含的水和热能没有被回收利用。

本发明提供的技术方案为：

在管束干燥机的后面设置连接一个具有保温效果的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置。首先启动蒸汽锅炉来生产制备115±5℃的高温高压水蒸汽，通入管束干燥机中的管束换热装置以提供脱水干燥所需的温度。把从管束干燥机中流出的冷凝热水和残存水蒸汽输送进入冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，则随着脱水干燥操作的进行，冷凝热水与残存水蒸汽逐渐蓄积于冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，冷凝热水被暂时储存于此装置的底部，残存水蒸汽被暂时储存于此装置的顶部。

在冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接一组水蒸汽压缩机，从冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置顶部储存的残存水蒸汽流入水蒸汽压缩机，启动水蒸汽压缩机后对流进的残存水蒸汽进行压缩做功，得到压力和温度都提升的增热增压水蒸汽，根据生产实际需求调整水蒸汽压缩机的压缩功率和压缩时间以得到115±5℃的高温高压水蒸汽，将增热增压水蒸汽输送到管束干燥机中的管束换热装置从而实现了残存水蒸汽的回收利用和循环利用。

在冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接管道和输送泵，启动输送泵将冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽锅炉，导入蒸汽发生器的冷凝热水作为产生水蒸汽的水源，从而实现了冷凝热水的回收利用和循环利用。

上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置、水蒸汽压缩机、输送泵和管束干燥机共同组成了灵活循环式协作系统，伴随着杀菌操作的持续进行，冷凝热水、残存水蒸汽不断从管束干燥机流入冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，运行一段时间，比如运行12小时，则冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置中积累了数量充足的冷凝热水与残存水蒸汽，此时停止蒸汽锅炉，启动水蒸汽压缩机，水蒸汽压缩机开始生产制备增热增压水蒸汽，则循环往复的增热增压水蒸汽为管束干燥机提供了所需的水蒸汽，同时产生的冷凝热水继续逐渐增多并不断蓄积于冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部，运行一段时间，比如运行12小时，冷凝热水蓄积量接近冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置容量的上限，停止水蒸汽压缩机，启动输送泵，将上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽锅炉，则蒸汽发生器以导入的蕴含热量的冷凝热水为水源快速且大量产生水蒸汽，从而再次为冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置蓄积充足的冷凝热水和残存水蒸汽，运行一段时间，比如运行12小时，停止输送泵和蒸汽锅炉，再次启动水蒸汽压缩机，运行一段时间，比如运行12小时，停止水蒸汽压缩机，再次启动输送泵及蒸汽锅炉，如此循环往复操作运行。

Claims (1)

1.一种回收利用加热或换热工序废水废汽节能减排的方法，所述方法包括的技术方案组成部分及各组成部分相互协作方式为：

组成部分1、在加热或换热设备的后面设置连接一个冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置，所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置为隔热保温装置，流出加热或换热设备的冷凝热水被暂时储存于此设备的底部，流出加热或换热设备的残存水蒸汽被暂时储存于此设备的顶部；

组成部分2、在所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接一组水蒸汽压缩机，从上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置顶部储存的残存水蒸汽流入所述的水蒸汽压缩机，启动所述的水蒸汽压缩机后对流进的残存水蒸汽进行压缩做功，得到压力和温度都提升的增热增压水蒸汽，根据生产实际需求调整水蒸汽压缩机的压缩功率和压缩时间以得到满足工艺参数要求的增热增压水蒸汽，将所述的增热增压水蒸汽输送到加热或换热设备从而实现了残存水蒸汽的回收利用和循环利用；

组成部分3、在所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置后面设置连接管道和输送泵，启动输送泵将上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽锅炉或蒸汽发生器，导入蒸汽锅炉或蒸汽发生器的冷凝热水作为产生水蒸汽的水源，从而实现了冷凝热水的回收利用和循环利用；

所述的组成部分1、组成部分2、组成部分3和加热或换热设备共同组成了灵活循环式协作系统，当加热或换热设备运行一段时间后，组成部分1所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置中积累了数量充足的冷凝热水与残存水蒸汽，此时停止协作系统外部的蒸汽锅炉或蒸汽发生器，启动组成部分2所述的水蒸汽压缩机，则循环往复的增热增压水蒸汽为加热或换热设备提供了所需的水蒸汽，同时产生的冷凝热水逐渐增多并不断蓄积于上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部，当冷凝热水蓄积量接近上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置容量的上限时，停止组成部分2所述的水蒸汽压缩机，启动组成部分3所述的输送泵，将上述冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置底部储存的冷凝热水输送并导入蒸汽锅炉或蒸汽发生器，则蒸汽锅炉或蒸汽发生器以导入的蕴含热量的冷凝热水为水源快速且大量产生水蒸汽，从而再次为组成部分1所述的冷凝热水与残存水蒸汽分离兼储存装置蓄积充足的冷凝热水和残存水蒸汽，运行一段时间后，停止输送泵和蒸汽锅炉或蒸汽发生器，再次启动组成部分2所述的水蒸汽压缩机，运行一段时间后停止组成部分2所述的水蒸汽压缩机，再次启动组成部分3所述的输送泵及协同系统外部的蒸汽锅炉或蒸汽发生器，如此循环往复操作运行。