CN114835321A - 一种蒸发系统 - Google Patents

Abstract

一种蒸发系统，所述蒸发系统包括：换热器，用于接收废水和固体颗粒，使废水和固体颗粒的混合物与热源进行换热升温，并导出换热升温后的混合物；固液分离器，分别连接换热器和低温蒸发器，用于从换热器接收混合物，并过滤掉固体颗粒和析出晶粒；低温蒸发器，连接固液分离器，用于从固液分离器接收废水；低温蒸发器还设置有干空气入口、湿空气出口、蒸发室和第二废水出口，干空气入口用于通入干空气，蒸发室用于使干空气和废水进行直接接触，使废水蒸发并得到湿空气，湿空气出口用于排出湿空气，第二废水出口用于导出蒸发浓缩后的废水。该蒸发系统能改善结垢堵塞的问题，提高换热效率，实现废水中碳酸钙的资源化回收。

Description

一种蒸发系统

技术领域

本发明涉及废弃物处理技术领域，具体地，本发明涉及一种蒸发系统。

背景技术

垃圾渗滤液等高盐高硬废水中含有大量的固体悬浮颗粒，且碱度和硬度高，在蒸发处理过程中，由于碱性物质受热分解等化学反应，易生成碳酸钙、硫酸钙以及其他杂质，在蒸发器和换热器内部沉积，极易造成蒸发器和换热器堵塞，严重影响系统的连续稳定运行。同时，在蒸发浓缩过程中，如果高盐废水局部达到过饱和，则会析出固体晶粒，也会堵塞蒸发器和换热器，从而严重影响蒸发器的连续稳定运行。因此，在处理垃圾渗滤液等高盐废水时，为了保证低温蒸发器能连续稳定运行，往往需对废水进行预处理，以去除结垢性离子，同时需要严格控制固体晶粒的析出。

低温蒸发系统通过鼓入空气，使液体和空气在填料表面充分接触，以降低液体表面的蒸汽压，使液体在低温条件下实现蒸发过程。但常规的低温蒸发系统容易结垢，且在低温条件下换热效率不高，换热温差小，换热面积大，投资成本高。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明一方面提供了一种蒸发系统，该蒸发系统包括：

换热器，所述换热器设置有第一固液混合物入口，用于接收废水和固体颗粒，所述换热器内部设置有连接所述固液混合入口的换热管道，用于利用热源对所述废水和所述固体颗粒的混合物进行换热升温，所述换热管道末端设置有第一固液混合物出口，用于导出换热升温后的所述混合物；

第一固液分离器，连接所述换热器，用于从所述混合物中分离出所述废水和所述固体颗粒，所述第一固液分离器包括第二固液混合物入口、第一固体出口和第二固液混合物出口，所述第二固液混合物入口连接所述第一固液混合物出口，用于获取所述混合物，所述第一固体出口连接所述第一固液混合物入口，用于将分离出的所述固体颗粒再次导入所述换热器，所述固体颗粒表面附着有所述废水中的碳酸钙，所述第二固液混合物出口用于导出分离出的废水；

第二固液分离器，连接所述第一固液分离器，用于过滤所述第一固液分离器未截留的细小颗粒和所述废水中析出的细小晶粒，所述第二固液分离器包括第三固液混合物入口和第一废水出口，所述第三固液混合物入口连接所述第二固液混合物出口，用于从所述第一固液分离器接收废水，所述第一废水出口用于导出过滤掉所述细小颗粒和所述细小晶粒后的废水；

低温蒸发器，设置有废水入口、干空气入口、湿空气出口、蒸发室和第二废水出口，所述废水入口连接所述第一废水出口，用于从所述第二固液分离器接收废水，所述干空气入口用于通入干空气，所述蒸发室用于使所述干空气和所述废水进行直接接触，使所述废水蒸发并得到湿空气，所述湿空气出口用于排出所述湿空气，所述第二废水出口用于导出蒸发浓缩后的废水。

在一个实施例中，所述蒸发系统还包括固体颗粒存储装置，所述固体颗粒存储装置连接所述第一固液混合物入口，用于为所述换热器提供所述固体颗粒。

在一个实施例中，所述固体颗粒的堆积密度大于所述换热器接收的废水。

在一个实施例中，所述固体颗粒包括球形颗粒，所述球形颗粒的平均粒径为1mm-8mm。

在一个实施例中，所述固体颗粒为碳酸钙晶种颗粒。

在一个实施例中，所述换热器包括立式列管换热器，所述换热器的所述第一固液混合物入处设置有孔板分布器，以使所述固体颗粒均匀分布至所述换热管道中。

在一个实施例中，所述第一固液分离器包括旋液分离器。

在一个实施例中，所述第二固液分离器包括篮式过滤器或袋式过滤器。

本发明实施例提供的蒸发系统使废水与固体颗粒一同在换热器中换热，并通过固液分离器过滤固体颗粒和废水中析出的微粒，能解决蒸发过程中因进水硬度高，及蒸发过程中局部过饱和而析出溶质盐晶体造成的蒸发系统结垢堵塞的问题，另一方面固体颗粒的存在还能够提高蒸发系统的换热效率，同时固体颗粒表面能附着废水中析出的碳酸钙，实现废水中碳酸钙的资源化回收。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为本发明的一个实施例中的蒸发系统的结构示意图。

附图标记：

101：换热器；

102：第一固液分离器；

103：第二固液分离器；

104：低温蒸发器；

105：循环泵。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的蒸发系统。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

传统低温蒸发系统存在以下问题：一是抗结垢和堵塞能力差，无法有效处理高盐高硬废水，废水中的硬度及因局部过饱和析出固体晶粒会造成蒸发器内部结垢堵塞，需要频繁清洗，严重影响系统的运行；二是因采用低温热源，换热效率低，换热温差小，投资成本高；三是无法实现废水中碳酸钙资源的回收。

一些低温蒸发装置设置雾化器、布风管、布水管等结构，利用空气能多次蒸发浓缩废水，虽然能够实现低温蒸发效果，但仍存在着结构复杂，处理量受限，以及蒸发器结垢的问题，无法有效处理含硬度的废水。另外的一些低温蒸发装置采用热源加热空气，并使用热空气作为加热介质与废水接触换热，但也不能有效解决蒸发器结垢问题，且无法有效处理高硬度的废水。

针对上述问题，本发明实施例提供了一种蒸发系统，包括蒸发器、循环泵、换热器、第一固液分离器和第二固液分离器，通过换热器将废水和固体颗粒的混合物进行换热，换热过程中通过固体颗粒提高换热效率以及防止废水中的溶质过饱和析出；换热后的混合物在固液分离器中实现固液分离，分离出的废水进入低温蒸发器进行低温蒸发，固体颗粒重新进入换热器。本发明实施例的蒸发系统一方面能解决蒸发过程中因进水硬度高，以及蒸发过程中局部过饱和而析出溶质盐晶体造成的蒸发系统结垢堵塞的问题，另一方面也可以提高系统的换热效率，同时还能实现废水中碳酸钙的资源化回收。

下面结合附图对本发明的蒸发系统做进一步的说明。

如图1所示，本发明实施例的蒸发系统包括换热器101、第一固液分离器102、第二固液分离器103以及低温蒸发器104。

其中，换热器101设置有第一固液混合物入口，用于接收废水和固体颗粒。在一个实施例中，蒸发系统还包括循环泵105，连接低温蒸发器104的第二废水出口和第一固液混合物入口，用于将在低温蒸发器104中蒸发浓缩后的废水再次导入换热器101，使高盐高硬的废水进行多次循环蒸发。

进一步地，蒸发系统还包括固体颗粒存储装置，固体颗粒存储装置连接换热器101的第一固液混合物入口，用于为换热器提供固体颗粒。在一个示例中，固体颗粒和来自循环泵105的废水先在混合管路中混合，再通过第一固液混合物入口进入换热器，可选地，固体颗粒和废水也可以分别进入换热器101，再在换热器101中混合。

换热器101内部设置有连接固液混合入口的换热管道，用于使废水和固体颗粒的混合物与热源进行换热升温。换热管道末端设置有第一固液混合物出口，用于导出换热升温后的混合物。

示例性地，换热器101为立式列管换热器，包括多个立式列管。废水和固体颗粒的混合物由下至上流经接管内部，热源流经列管外部，从而实现列管内外的热交换，使列管内的混合物加热升温。在一个示例中，换热器101上部设有热源入口，下部设有热源出口，混合物由下至上流经列管内，热源由上至下流经列管外壁，以提高热交换效率。热源可以是热水，也可以是高温烟气。

在一个实施例中，换热器101的第一固液混合物入处还设置有孔板分布器，以使固体颗粒均匀分布至换热管道中。示例性地，固体颗粒和废水的混合物沿着换热管道上升，上升的固体颗粒一方面与换热管道的内壁频繁碰撞，可以有效防止换热管道表面附着生成的碳酸钙或其他析出的晶体，另一方面，固体颗粒也能扰动管道内壁处的层流，极大地提高传热效率，减小换热器101的体积，节约投资成本。示例性地，固体颗粒的堆积密度大于换热器接收的废水，其不与废水发生化学反应，且具有较高的硬度，从而能够实现所需的碰撞效果，减少固体颗粒的损耗。

在一个实施例中，固体颗粒可以是球形颗粒，从而更易产生运动，并且能够减少对换热管道内部的损伤。示例性地，球形颗粒的平均粒径为1mm-8mm，该尺寸的球形颗粒能够很好地防止内壁结构以及提高换热效率。

在一个实施例中，固体颗粒可以是碳酸钙晶种颗粒，进一步地，固体颗粒可以是球形碳酸钙晶种颗粒，尺寸可以是1mm-8mm。碳酸钙晶种，尤其是球形碳酸钙晶种可诱导废水中的碳酸钙生成大颗粒球形晶体，实现碳酸钙的资源化回收，还能够降低废水硬度，避免废水在蒸发器中结垢。

换热器101连接固液分离器，固液分离器用于从换热器101接收固液混合物，并从混合物中分离出废水和表面附着有碳酸钙的固体颗粒，并将固体颗粒重新导入换热器101进行循环。固液分离器还连接低温蒸发器104，用于将分离出的废水导入低温蒸发器。

具体地，固液分离器包括依次连接的第一固液分离器102和第二固液分离器103，第一固液分离器102用于分离废水和固体颗粒，第二固液分离器103用于继续从废水中过滤出第一固液分离器未截留的细小颗粒和废水中析出的细小晶粒，进一步防止低温蒸发器104内部发生堵塞。

示例性地，第一固液分离器103可以是旋液分离器，适于分离相对较大的固体颗粒。第二固液分离器103可以是篮式过滤器或袋式过滤器，适于过滤出相对较小的无机盐微粒。

其中，第一固液分离器102包括第二固液混合物入口，第二固液混合物入口连接换热器101的第一固液混合物出口，用于获取混合物，以分离混合物中的废水和固体颗粒。第一固液分离器102还包括第一固体出口和第二固液混合物出口，第一固体出口连接换热器101的第一固液混合物入口，用于将分离出的固体颗粒再次导入换热器101，使固体颗粒在换热器101不断循环。第二固液混合物出口用于将分离出的废水导出并送入第二固液分离器103。示例性地，第二固液混合物入口和第二固液混合物出口设置在第一固液分离器102上部，第一固体出口设置在第一固液分离器102底部。

固体颗粒在循环的过程中，通过控制操作条件，废水在换热器101内受热形成的碳酸钙会逐渐附着在固体颗粒表面，固体颗粒逐渐长成大的圆形颗粒，一方面可以有效去除废水的硬度，回收其中的碳酸钙资源，另一方面，诱导生成的圆形碳酸钙颗粒不易附着在换热器101内壁，可有效防止换热器101和低温蒸发器104结垢。固体颗粒逐渐长大后定期从第一固液分离器102的底部外排，并通过固体颗粒存储装置补充新的固体颗粒。

第二固液分离器103包括第三固液混合物入口，连接第一固液分离器102的第二固液混合物出口，用于接收第一固液分离器102导出的从混合物中分离所得的废水，并分离出废水中夹带的细小的碳酸钙颗粒，以及因废水局部过饱和而析出的细小溶质盐晶体，防止低温蒸发器104内部堵塞。第二固液分离器103还包括第一废水出口，第一废水出口连接低温蒸发器104的废水入口，用于将过滤后的废水导入低温蒸发器104。示例性地，第二固液分离器103还包括第二固体出口，用于导出分离所得的细小颗粒和细小晶粒。

低温蒸发器104设置有废水入口，废水入口连接第二固液分离器103的第一废水出口，用于从第二固液分离器103接收从混合物中分离出的废水；低温蒸发器还设置有干空气入口、湿空气出口、蒸发室和第二废水出口，干空气入口用于通入干空气，蒸发室用于使干空气和废水进行直接接触，使废水蒸发并得到湿空气，湿空气出口用于排出湿空气，第二废水出口用于导出蒸发浓缩后的废水。

本发明实施例采用低温蒸发器104对废水进行蒸发，低温蒸发器104通过鼓入空气，使空气与废水液体充分接触，从而降低废水表面的蒸汽压，使废水在低温条件下实现蒸发过程，无需对废水进行加热蒸发，能够节约能源，且避免了对废水进行加热蒸发造成的设备腐蚀和结构问题。

示例性地，低温蒸发器104为立式结构，其顶部设有废水入口和湿空气出口，底部设有干空气入口和第二废水出口，废水入口通过管路连接第二固液分离器103的第一废水出口，用于从第二固液分离器103接收过滤掉细小颗粒和细小晶粒后的废水。由于从第二固液分离器103导出的废水在换热器101中与固体颗粒一同进行了换热，温度相对较高，因而提高了蒸发效率；废水中的碳酸钙附着于固体颗粒表面，硬度较低，能够有效防止低温蒸发器104结垢；局部过饱和而析出的细小溶质盐晶体在第二固液分离器103已被过滤掉，能够进一步防止低温蒸发器104结垢。

蒸发室设置在低温蒸发器104的顶部和底部之间，用于提供固液接触面，实现废水与空气的充分接触。蒸发室可以有多种形式，例如，蒸发室中可以有多个多层孔板，交错布置在蒸发室内，用于实现气液接触以及传质传热，干空气入口连接气体分布器，废水入口连接液体分布器，分别将干空气和废水分布到蒸发室中。废水经蒸发室内蒸发浓缩后，至蒸发室底部的液体收集室收集，并通过第二废水出口排出低温蒸发器104。需要说明的是，上述蒸发室结构仅作为示例，本发明实施例的低温蒸发器104还可以采用其他方式使废水与空气直接接触，从而使废水蒸发。

基于以上描述，本发明实施例所提供的蒸发系统使废水与固体颗粒一同在换热器中换热，并通过第一固液分离器和第二固液分离器过滤掉固体颗粒和废水中析出的晶粒，能解决蒸发过程中因进水硬度高，以及蒸发过程中局部过饱和而析出溶质盐晶体所造成的蒸发系统结垢堵塞的问题，另一方面，固体颗粒的存在还能够提高蒸发系统的换热效率，同时固体颗粒表面能附着废水中析出的碳酸钙，实现废水中碳酸钙的资源化回收。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施例中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施例，除非该特征在该另一个实施例中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (9)

1.一种蒸发系统，其特征在于，所述蒸发系统包括：

换热器，所述换热器设置有第一固液混合物入口，用于接收废水和固体颗粒，所述换热器内部设置有连接所述固液混合入口的换热管道，用于利用热源对所述废水和所述固体颗粒的混合物进行换热升温，所述换热管道末端设置有第一固液混合物出口，用于导出换热升温后的所述混合物；

第一固液分离器，连接所述换热器，用于对所述混合物中的所述废水和所述固体颗粒进行分离，所述第一固液分离器包括第二固液混合物入口、第一固体出口和第二固液混合物出口，所述第二固液混合物入口连接所述第一固液混合物出口，用于获取所述混合物，所述第一固体出口连接所述第一固液混合物入口，用于将分离出的所述固体颗粒再次导入所述换热器，所述固体颗粒表面附着有所述废水中的碳酸钙，所述第二固液混合物出口用于导出分离出的废水；

第二固液分离器，连接所述第一固液分离器，用于过滤掉所述第一固液分离器未截留的细小颗粒和所述废水中析出的细小晶粒，所述第二固液分离器包括第三固液混合物入口和第一废水出口，所述第三固液混合物入口连接所述第二固液混合物出口，用于从所述第一固液分离器接收废水，所述第一废水出口用于导出过滤掉所述细小颗粒和所述细小晶粒后的废水；

低温蒸发器，设置有废水入口、干空气入口、湿空气出口、蒸发室和第二废水出口，所述废水入口连接所述第一废水出口，用于从所述第二固液分离器接收废水，所述干空气入口用于通入干空气，所述蒸发室用于使所述干空气和所述废水进行直接接触，使所述废水蒸发并得到湿空气，所述湿空气出口用于排出所述湿空气，所述第二废水出口用于导出蒸发浓缩后的废水。

2.根据权利要求1所述的蒸发系统，其特征在于，还包括循环泵，连接所述第二废水出口和所述第一固液混合物入口，用于将所述蒸发浓缩后的废水再次导入所述换热器。

3.根据权利要求1所述的蒸发系统，其特征在于，还包括固体颗粒存储装置，所述固体颗粒存储装置连接所述第一固液混合物入口，用于为所述换热器提供所述固体颗粒。

4.根据权利要求1所述的蒸发系统，其特征在于，所述固体颗粒的堆积密度大于所述换热器接收的废水。

5.根据权利要求1所述的蒸发系统，其特征在于，所述固体颗粒包括球形颗粒，所述球形颗粒的平均粒径为1mm-8mm。

6.根据权利要求1或5所述的蒸发系统，其特征在于，所述固体颗粒包括碳酸钙晶种颗粒。

7.根据权利要求1所述的蒸发系统，其特征在于，所述换热器包括立式列管换热器，所述换热器的所述第一固液混合物入处设置有孔板分布器，以使所述固体颗粒均匀分布至所述换热管道中。

8.根据权利要求1所述的蒸发系统，其特征在于，所述第一固液分离器包括旋液分离器。

9.根据权利要求1所述的蒸发系统，其特征在于，所述第二固液分离器包括篮式过滤器或袋式过滤器。

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