CN115180672B - 一种利用废水产蒸汽的锅炉系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废水产蒸汽的锅炉系统及方法，锅炉包括加热段和过热段；加热段、减压装置、闪蒸罐以及过热段依次相连。利用废水产蒸汽的锅炉系统及方法以废水为进料，产生过热蒸汽，不仅避免复杂的传统废水处理过程、降低水处理成本，而且降低了锅炉水质要求、降低了成本。本发明的利用废水产蒸汽的锅炉系统运行过程中，锅炉加热段废水主要为液体，废水中的盐类和固体物质溶解在液体中，不会使废水加热段结垢和堵塞；闪蒸罐中发生闪蒸和气液分离，废水中的溶解盐和固体物质保留在液体相中，而被分离下来，使得进入过热段的气体主要为水蒸气，也不会使过热段结垢和堵塞；利用废水产蒸汽的锅炉系统运行稳定性好，可以具有很长的运行周期。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种利用废水产蒸汽的锅炉系统，还涉及一种利用废水产蒸汽的方法。
背景技术
传统锅炉生产蒸汽的过程，利用燃料燃烧产生的高温烟气对锅炉水进行间接加热，使锅炉水汽化并继续加热产生过热蒸汽。除了管道阻力以外，蒸汽压力与锅炉水压力保持相同，在锅炉水汽化的过程中，锅炉水中的溶解盐逐渐析出，易造成锅炉管结垢甚至堵塞，不仅影响锅炉的经济性，而且危及锅炉安全运行。因此传统锅炉对锅炉水水质要求较高，需要对锅炉给水进行严格的除盐和除氧等处理。
另一方面在工业生产过程中，往往产生大量废水排放，这些废水可能含有浓度比较高的复杂有机物而难以处理。例如，鲁奇固定床气化炉产生大量含有酚类、多环芳烃、焦油等有毒有害有机物的废水。鲁奇固定床气化炉需要加入过热蒸汽作为气化剂，这些过热蒸汽是用传统锅炉和严格脱盐除氧后的锅炉水生产的。一般每气化1吨煤需要消耗蒸汽3.1吨，同时会产生0.8～1.0吨的气化废水。因此整个过程的水处理难度大、成本高。
发明内容
为此，本发明提供一种利用废水产蒸汽的锅炉系统，用以解决现有工业生产过程既消耗高洁净过热蒸汽，又外排高浓度有机污染废水，造成水处理难度大、成本高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明的第一方面，一种利用废水产蒸汽的锅炉系统，包括锅炉、减压装置和闪蒸罐；
所述锅炉包括加热段和过热段；
所述加热段、所述减压装置、所述闪蒸罐以及所述过热段依次相连。
进一步地，所述锅炉设置有燃料入口、助燃剂入口和烟气出口；
所述加热段设置有废水加热入口和废水加热出口；
所述过热段设置有蒸汽过热入口和蒸汽过热出口；
所述闪蒸罐设置有废水闪蒸入口、闪蒸气体出口和闪蒸液体出口；
所述加热段的所述废水加热出口通过所述减压装置与所述闪蒸罐的所述废水闪蒸入口相连；
所述闪蒸罐的气体出口与所述蒸汽过热器的蒸汽入口相连。
进一步地，还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱设置有第一膨胀废水入口和第一膨胀废水出口，或，所述膨胀水箱设置有第一膨胀废水入口、第一膨胀废水出口和膨胀气体出口；
所述加热段的所述废水加热出口与所述膨胀水箱的所述第一膨胀废水入口相连，所述膨胀水箱的所述第一膨胀废水出口与所述减压装置相连，所述膨胀水箱的所述膨胀气体出口与所述过热段的所述蒸汽过热入口相连。
进一步地，还包括废水加压泵，所述废水加压泵与所述加热段的所述废水加热入口相连；
所述锅炉还包括废水预热段，所述废水预热段设置有预热段废水入口和预热段废水出口，所述废水加压泵与所述废水预热段的所述预热段废水入口相连，所述废水预热段的所述预热段废水出口与所述加热段的所述废水加热入口相连；
所述膨胀水箱还包括第二膨胀废水入口和第二膨胀废水出口，所述废水预热段的所述预热段废水出口与所述膨胀水箱的所述第二膨胀废水入口相连，所述膨胀水箱的所述第二膨胀废水出口与所述加热段的所述废水加热入口相连；
还包括废水循环泵，所述膨胀水箱的所述第二膨胀废水出口通过所述废水循环泵与所述加热段的所述废水加热入口相连。
进一步地，所述锅炉还包括助燃剂预热段，所述助燃剂预热段设置有预热段助燃剂入口和预热段助燃剂出口，所述助燃剂预热段的所述预热段助燃剂出口与所述锅炉的所述助燃剂入口相连；
所述锅炉还包括尾气处理段。
进一步地，还包括废水预处理系统，所述废水预处理系统包括一级或者多级废水预处理工段；
所述废水预处理系统设置有第一废水入口、第二废水入口、第一废水出口和第二废水出口；
所述废水预处理系统的所述第一废水入口接受来自界外的废水；
所述废水预处理系统的所述第一废水出口与所述废水加压泵相连；
所述废水预处理系统的所述第二废水入口与所述闪蒸罐的所述闪蒸液体出口相连；
所述废水预处理系统的所述第二废水出口向界外排出废水；
所述闪蒸罐的所述闪蒸液体出口直接与外界相连。
根据本发明的第二方面，一种利用废水产蒸汽的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、燃料和助燃剂在锅炉中燃烧产生高温烟气，将废水通入加热段，废水在加热段中被高温烟气加热而温度升高，温度升高后的废水温度不超过其饱和温度，且加热段出口的废水压力高于闪蒸罐的运行压力，烟气温度降低；
步骤S2、将温度升高后的废水通过减压装置通入闪蒸罐，废水在闪蒸罐中发生闪蒸，产生气体和液体；
步骤S3、将闪蒸罐产生的气体通入过热段，气体在过热段中被高温烟气加热而温度升高，温度升高后的气体温度超过水蒸气的饱和温度，烟气温度降低。
进一步地，在执行步骤S1之后还执行以下步骤：
步骤S1.1、将温度升高后的废水通入膨胀水箱，膨胀水箱的运行压力等于加热段运行压力，减压装置前的废水压力在膨胀水箱中缓冲，膨胀水箱中多余的气体与闪蒸罐产生的气体混合后通入过热段。
进一步地，在执行步骤S1之前还执行以下步骤：
步骤S0、将废水通过废水加压泵加压后再送入锅炉；将助燃剂先通入助燃剂预热段被烟气预热，烟气温度降低，预热后的助燃剂再送入锅炉；
在执行步骤S0之后还执行以下步骤：
步骤S0.1、将废水通过废水加压泵加压后再送入加热段；
或者，步骤S0.2、将废水通过废水加压泵加压后送入废水预热段，废水在废水预热段被烟气预热，烟气温度降低，预热后的废水再送入加热段；
或者，步骤S0.3、将废水通过废水加压泵加压后送入废水预热段，废水在废水预热段被烟气预热，烟气温度降低，预热后的废水再送入膨胀水箱，膨胀水箱的废水大部分进入加热段；
或者，步骤S0.4、将废水通过废水加压泵加压后送入废水预热段，废水在废水预热段被烟气预热，烟气温度降低，预热后的废水再送入膨胀水箱，膨胀水箱的废水大部分通过废水循环泵加压后进入加热段。
进一步地，在执行步骤S0之前还执行以下步骤：
步骤a、将界外的废水通入废水预处理系统，废水在废水预处理系统中经过一级或者多级的分离、过滤、粗除盐、除氧、酸性气体脱除预处理，并且与一部分闪蒸罐排出的液体混合后，才通入废水加压泵；将闪蒸罐排出的液体通入废水预处理系统，其中一部分闪蒸罐排出的液体与废水预处理系统内的废水混合，另一部分闪蒸罐排出的液体与废水预处理系统内的废水间接换热被冷却后，作为高浓含盐水向界外排出；
在执行步骤S3之后还执行以下步骤：
步骤S4、将烟气通入尾气处理段脱除氮氧化物、颗粒物和二氧化硫后排出；
在执行步骤S2之后还执行以下步骤：
步骤S2.1、将闪蒸罐分离出的液体全部排出至界外。
本发明具有如下优点：本发明的利用废水产蒸汽的锅炉系统及方法以废水为进料，产生过热蒸汽，不仅避免复杂的传统废水处理过程、降低水处理成本，而且降低了锅炉水质要求、降低了成本。本发明的利用废水产蒸汽的锅炉系统运行过程中，锅炉加热段废水主要为液体，废水中的盐类和固体物质溶解在液体中，不会使废水加热段结垢和堵塞；闪蒸罐中发生闪蒸和气液分离，废水中的溶解盐和固体物质保留在液体相中，而被分离下来，使得进入过热段的气体主要为水蒸气，也不会使过热段结垢和堵塞；因此本发明的利用废水产蒸汽的锅炉系统运行稳定性好，可以具有很长的运行周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明一些实施例提供的一种利用废水产蒸汽的锅炉系统的实施例1的结构图。
图2为本发明一些实施例提供的一种利用废水产蒸汽的锅炉系统的实施例2的结构图。
图3为本发明一些实施例提供的一种利用废水产蒸汽的锅炉系统的实施例3的结构图。
图4为本发明一些实施例提供的一种利用废水产蒸汽的锅炉系统的实施例4的结构图。
图中：1、锅炉，101、燃料入口，102、助燃剂入口，103、烟气出口；
11、加热段，111、废水加热入口，112、废水加热出口；
12、过热段，121、蒸汽过热入口，122、蒸汽过热出口；
13、废水预热段，131、预热段废水入口，132、预热段废水出口；
14、助燃剂预热段，141、预热段助燃剂入口，142、预热段助燃剂出口；
15、尾气处理段；
2、减压装置；
3、闪蒸罐，311、废水闪蒸入口，312、闪蒸气体出口，313、闪蒸液体出口；
4、膨胀水箱，411、第一膨胀废水入口，412、第一膨胀废水出口，413、膨胀气体出口，414、第二膨胀废水入口，415、第二膨胀废水出口；
5、废水加压泵，6、废水循环泵；
7、废水预处理系统，711、第一废水入口，712、第二废水入口，713、第一废水出口，714、第二废水出口。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，该利用废水产蒸汽的锅炉系统包括：包括锅炉1、减压装置 2和闪蒸罐3；锅炉1包括加热段11和过热段12；加热段11、减压装置2、闪蒸罐3以及过热段12依次相连。
锅炉1设置有燃料入口101、助燃剂入口102和烟气出口103；加热段11 设置有废水加热入口111和废水加热出口112；过热段12设置有蒸汽过热入口121和蒸汽过热出口122；闪蒸罐3设置有废水闪蒸入口311、闪蒸气体出口312和闪蒸液体出口313；加热段1的废水加热出口112通过减压装置2与闪蒸罐3的废水闪蒸入口311相连；闪蒸罐2的气体出口与蒸汽过热器3的蒸汽入口相连。
工作原理：
该利用废水产蒸汽的锅炉系统及方法主要处理溶解固体和盐类杂质较少的高压废水。燃料和助燃剂在锅炉中燃烧产生高温烟气，高压废水进入过热段 11，废水被高温烟气加热，废水的温度升高，经过减压装置2的减压闪蒸，在闪蒸罐3中发生闪蒸和气液分离，其中气相中包含所有的饱和水蒸气和大部分原废水中溶解的气体，液相中包含所有的饱和水、小部分原废水中溶解的气体、所有的盐分和所有的未溶解固体物质。分离出来的气体通入过热段12中被高温烟气加热至过热。烟气温度降低后排出锅炉。
加热段11中的废水主要为液体，废水中的盐类和固体物质溶解在液体中，不会使加热段11结垢和堵塞；闪蒸罐3中发生闪蒸和气液分离，废水中的溶解盐和固体物质保留在液体相中，而被分离下来，使得进入过热段12的气体主要为水蒸气和原废水中溶解气体，也不会使过热段12结垢和堵塞；因此本实施例的废水回用系统运行稳定性好，可以具有很长的运行周期。
实施例2
如图2所示，该利用废水产蒸汽的锅炉系统包括：除了实施例1的结构，还包括还包括膨胀水箱4，膨胀水箱4设置有第一膨胀废水入口411、第一膨胀废水出口412和膨胀气体出口413；加热段11的废水加热出口112与膨胀水箱4的第一膨胀废水入口411相连，膨胀水箱4的第一膨胀废水出口412与减压装置2相连，膨胀水箱4的膨胀气体出口413与过热段12的蒸汽过热入口121相连。
工作原理：
该系统及方法主要处理高浓含盐废水。外界的废水首先进入废水预处理系统7，经过分离、过滤、粗除盐、除氧、酸性气体脱除等预处理后，通过废水加压泵5送入废水预热段13。在废水预热段13中，废水被烟气预热。废水温度升高后送入加热段11，废水被烟气再次加热，废水温度升高至比其饱和温度低10℃，进入膨胀水箱4。在膨胀水箱中废水压力得到缓冲，废水加热后析出的多余气体由膨胀水箱排出与闪蒸罐3的气体混合。膨胀水箱4的废水通过减压装置2后排入闪蒸罐3，在闪蒸罐3中发生闪蒸和气液分离，其中气相中包含所有的饱和水蒸气和大部分原废水溶解气体，液相中包含所有的饱和水、小部分原废水溶解气体、所有的盐分和所有的未溶解固体物质。分离出来的气体通入过热段12中被烟气加热至过热，送至工业生产使用。闪蒸罐3分离出来的液相返回至废水预处理系统7，其中一部分与废水直接混合，另一部分与废水换热冷却后作为高浓盐水外排。
助燃剂首先进入助燃剂预热段14，助燃剂被烟气预热而温度升高，预热后的助燃剂与燃料在锅炉1中燃烧产生高温烟气，高温烟气依次经过加热段 11、过热段12、废水预热段13和助燃剂预热段14的冷却后，最后通入尾气处理段15，在尾气处理段15中脱除氮氧化物、颗粒物和二氧化硫后排出。
加热段11中的废水主要为液体，废水中的盐类和固体物质溶解在液体中，不会使加热段11结垢和堵塞；闪蒸罐3中发生闪蒸和气液分离，废水中的溶解盐和固体物质保留在液体相中，而被分离下来，使得进入过热段12的气体主要为水蒸气和原废水中溶解气体，也不会使过热段12结垢和堵塞；因此本实施例的废水回用系统运行稳定性好，可以具有很长的运行周期。
实施例3
如图3所示，实施例3与实施例2大部分相同，不同的是废水从废水预热段13出来后进入膨胀水箱4，膨胀水箱4的大部分废水送入加热段11入口，废水在膨胀水箱和加热段11之间的流动通过自然循环进行。
实施例4
如图4所示，实施例4与实施例2大部分相同，不同的是废水从废水预热段13出来后进入膨胀水箱4，膨胀水箱4的大部分废水通过废水循环泵6送入加热段11入口，废水在膨胀水箱和加热段11之间的流动通过强制循环进行。
实施例5
实施例5与实施例2大部分相同，不同的是锅炉烟气依次经过过热段12、加热段11、废水预热段13和助燃剂预热段14排入尾气处理段15。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
Claims (2)
1.一种利用废水产蒸汽的锅炉系统，其特征在于，包括锅炉(1)、减压装置(2)、闪蒸罐(3)、废水加压泵(5)、废水循环泵(6)、膨胀水箱(4)和废水预处理系统(7)；所述锅炉(1)包括加热段(11)、过热段(12)、废水预热段(13)、助燃剂预热段(14)和尾气处理段(15)；所述锅炉(1)设置有燃料入口(101)、助燃剂入口(102)和烟气出口(103)；所述加热段(11)设置有废水加热入口(111)和废水加热出口(112)；所述过热段(12)设置有蒸汽过热入口(121)和蒸汽过热出口(122)；所述闪蒸罐(3)设置有废水闪蒸入口(311)、闪蒸气体出口(312)和闪蒸液体出口(313)；所述废水预热段(13)设置有预热段废水入口(131)和预热段废水出口(132)，所述废水加压泵(5)与所述废水预热段(13)的所述预热段废水入口(131)相连，所述废水预热段(13)的所述预热段废水出口(132)与所述加热段(11)的所述废水加热入口(111)相连；所述助燃剂预热段(14)设置有预热段助燃剂入口(141)和预热段助燃剂出口(142)，所述助燃剂预热段(14)的所述预热段助燃剂出口(142)与所述锅炉(1)的所述助燃剂入口(102)相连；所述膨胀水箱(4)设置有第一膨胀废水入口(411)、第一膨胀废水出口(412)和膨胀气体出口(413)；所述闪蒸罐(3)的闪蒸气体出口与所述过热段(12)的蒸汽过热入口(121)相连；所述加热段(11)的所述废水加热出口(112)与所述膨胀水箱(4)的所述第一膨胀废水入口(411)相连，所述膨胀水箱(4)的所述第一膨胀废水出口(412)与所述减压装置(2)相连，所述膨胀水箱(4)的所述膨胀气体出口(413)与所述过热段(12)的所述蒸汽过热入口(121)相连；所述膨胀水箱(4)还包括第二膨胀废水入口(414)和第二膨胀废水出口(415)，所述废水预热段(13)的所述预热段废水出口(132)与所述膨胀水箱(4)的所述第二膨胀废水入口(414)相连；所述膨胀水箱(4)的所述第二膨胀废水出口(415)通过所述废水循环泵(6)与所述加热段(11)的所述废水加热入口(111)相连；所述废水预处理系统(7)包括一级或者多级废水预处理工段；所述废水预处理系统(7)设置有第一废水入口(711)、第二废水入口(712)、第一废水出口(713)和第二废水出口(714)；所述废水预处理系统(7)的所述第一废水入口(711)接受来自外界的废水；所述废水预处理系统(7)的所述第一废水出口(713)与所述废水加压泵(5)相连；所述废水预处理系统(7)的所述第二废水入口(712)与所述闪蒸罐(3)的所述闪蒸液体出口(313)相连；所述废水预处理系统(7)的所述第二废水出口(714)向外界排出废水；所述闪蒸罐(3)的所述闪蒸液体出口(313)直接与外界相连。
2.一种利用权利要求1所述的锅炉系统产蒸汽的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、燃料和助燃剂在锅炉(1)中燃烧产生高温烟气，将废水通入加热段(11)，废水在加热段(11)中被高温烟气加热而温度升高，温度升高后的废水温度不超过其饱和温度，且加热段(11)出口的废水压力高于闪蒸罐(3)的运行压力，烟气温度降低；
步骤S2、将温度升高后的废水通过减压装置(2)通入闪蒸罐(3)，废水在闪蒸罐(3)中发生闪蒸，产生气体和液体；
步骤S3、将闪蒸罐(3)产生的气体通入过热段(12)，气体在过热段(12)中被高温烟气加热而温度升高，温度升高后的气体温度超过水蒸气的饱和温度，烟气温度降低；
在执行步骤S1之后还执行以下步骤：
步骤S1.1、将温度升高后的废水通入膨胀水箱(4)，膨胀水箱(4)的运行压力等于加热段(11)运行压力，减压装置(2)前的废水压力在膨胀水箱(4)中缓冲，膨胀水箱(4)中多余的气体与闪蒸罐(3)产生的气体混合后通入过热段(12)；
在执行步骤S1之前还执行以下步骤：
步骤S0、将废水通过废水加压泵(5)加压后再送入锅炉(1)；将助燃剂先通入助燃剂预热段(14)被烟气预热，烟气温度降低，预热后的助燃剂再送入锅炉(1)；在执行步骤S0之后还执行以下步骤：
步骤S0.1、将废水通过废水加压泵(5)加压后送入废水预热段(13)，废水在废水预热段(13)被烟气预热，烟气温度降低，预热后的废水再送入膨胀水箱(4)，膨胀水箱(4)的废水大部分通过废水循环泵(6)加压后进入加热段(11)；
在执行步骤S0之前还执行以下步骤：
步骤a、将外界的废水通入废水预处理系统(7)，废水在废水预处理系统(7)中经过一级或者多级的分离、过滤、粗除盐、除氧、酸性气体脱除预处理，并且与一部分闪蒸罐(3)排出的液体混合后，通入废水加压泵(5)；将闪蒸罐(3)排出的液体通入废水预处理系统(7)，其中一部分闪蒸罐(3)排出的液体与废水预处理系统(7)内的废水混合，另一部分闪蒸罐(3)排出的液体与废水预处理系统(7)内的废水间接换热被冷却后，作为高浓含盐水向外界排出；
在执行步骤S3之后还执行以下步骤：
步骤S4、将烟气通入尾气处理段(15)脱除氮氧化物、颗粒物和二氧化硫后排出；
在执行步骤S2之后还执行以下步骤：
步骤S2.1、将闪蒸罐(3)分离出的液体全部排出至外界。
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