CN115385412A - 一种利用烟气余热的废水蒸发系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用烟气余热的废水蒸发系统及方法，属于工业废水零排放领域，解决了现有利用烟气余热的废水蒸发系统能耗高的问题，包括蒸发塔，蒸发塔底部作为浆液区，蒸发塔的顶端与烟道连通，蒸发塔内部设有竖向隔板，将浆液区上方空间分隔为进烟区和出烟区，进烟区连通烟道的来烟侧，出烟区连通烟道的排烟侧，其中进烟区内沿烟气流向依次设有喷淋层和导流层，喷淋层包括至少一层喷淋管，喷淋管设有多个朝向导流层设置的喷头，喷淋管通过循环管路与浆液区连通，循环管路安装有循环泵，出烟区内设置有除雾层，采用本发明的废水蒸发系统极大的降低了电力消耗。

Description

一种利用烟气余热的废水蒸发系统及方法

技术领域

本发明涉及工业废水零排放技术领域，具体涉及一种利用烟气余热的废水蒸发系统及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

废水零排放已经是许多工业生产领域里的一项基本要求，这对于工业企业而言形成新的环保压力。如果采用流行的三效蒸发装置或者MVR闪蒸装置实现废水零排放，需要使用昂贵的合金材料和消耗宝贵的蒸汽气源,这样造成投资费用和运行均居高不下。而事实上，大多工业企业存在着相当排量的低温热烟气，如果将这些热烟气的低温余热加以利用，用作工业废水的蒸发浓缩热源实现废水的零排放，则可以在较大程度上替代宝贵的工业蒸汽，降低废水零排放的能源消耗，实现节能运行。

利用烟气余热进行废水蒸发、零排放的工艺常规的配置如下：预先将低温热烟气通过引风机加压，然后通过蒸发塔或类似的蒸发设备，实现气液逆相接触，从而使废水产生蒸发，即：低温热烟气→引风机→蒸发塔或类似的蒸发设备→湿烟气排出。

上述工艺过程中，引风机起着引入热烟气，并克服蒸发塔或类似的蒸发设备的气相阻力的重要作用，一般额定升压在1～2kPa之间，其消耗的电能占装置总电能的40％～60％之间，是全套装置中电能消耗最大的设备。

引风机能耗较大的主要原因是后续的蒸发塔或类似的蒸发设备大多采用气液逆相接触，向下喷射的脱硫浆液产生较大的向下压力(一般成为气泵压力)，因而对向上流动的烟气形成一定的通行阻力。

综上所述，目前利用烟气余热进行废水蒸发的方案缺点较为明显，主要在于由于向上流动的热烟气，与向下喷射的废水溶液形成逆相接触，使得喷淋层对烟气流动产生较大的阻力，造成必须采用引风机用以克服这些阻力，造成电能消耗较大。加上喷淋系统和后处理系统的电能消耗，在一般情况下，逆相喷淋的废水蒸发塔的单位废水蒸发的电能总消耗可达10～15度电耗/t废水，由于电耗较大，使得“烟气余热进行废水蒸发、零排放的工艺”方案，相比起其他废水零排放工艺，例如三效蒸发和真空闪蒸等工艺，在节能方面的优势明显降低。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种利用烟气余热的废水蒸发系统，大幅度节约了电力消耗。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案

第一方面，本发明的实施例提供了一种利用烟气余热的废水蒸发系统，包括蒸发塔，蒸发塔底部作为浆液区，蒸发塔的顶端与烟道连通，蒸发塔内部设有竖向隔板，将浆液区上方空间分隔为进烟区和出烟区，进烟区连通烟道的来烟侧，出烟区连通烟道的排烟侧，其中进烟区内沿烟气流向依次设有喷淋层和导流层，喷淋层包括至少一层喷淋管，喷淋管设有多个朝向导流层设置的喷头，喷淋管通过循环管路与浆液区连通，循环管路安装有循环泵，出烟区内设置有除雾层。

可选的，所述竖向隔板的顶端一侧设有用于将烟道内烟气导入进烟区的进口烟气导流板，竖向隔板顶端的另一侧设有用于将出烟区的烟气导入烟道的出口烟气导流板。

可选的，竖向隔板、进口烟气导流板和出口烟气导流板外周均包裹有保温层。

可选的，喷淋层设置有多层喷淋管，同一层的喷淋管轴线平行设置，且喷淋管的轴线垂直于烟气的流动方向，相邻层的喷淋管轴线呈设定夹角。

可选的，所述导流层包括多层导流格栅，相邻层导流格栅错位布置。

可选的，所述除雾层包括至少一层除雾器。

可选的，除雾器的上方设置有冲洗管道，冲洗管道设有朝向除雾器的喷头，冲洗管道与废水缓冲箱连通，冲洗管道上安装有冲洗泵。

可选的，所述浆液区与压滤管道的一端连通，压滤管道另一端连通至蒸发塔浆液区上方的空间，压滤管道安装有进料泵和压滤设备。

可选的，所述蒸发塔浆液区上方的空间与压滤管道的一端连通，压滤管道的另一端连接至循环泵下游的循环管路上，压滤管道上安装有进料泵。

第二方面，本发明的实施例提供了一种利用烟气余热的废水蒸发系统的工作方法，循环泵驱动浆液区内的浓缩废水溶液进入喷淋管后经过喷头朝向导流区喷射，对由烟道进入进烟区并流向导流层的烟气进行推动，同时烟气与浓缩废水溶液混合实现饱和，饱和后的烟气经过导流区导流后折返向上流动进入除雾层，经过除雾层除雾后进入烟道。

本发明的有益效果：

1.本发明的利用烟气余热的废水蒸发系统，由于喷淋层的喷头朝向导流层设置，因此喷出的废水溶液能够对烟气起到推动作用，推动了烟气的流动，用以克服后续烟气除雾层造成的烟气阻力，无需设置引风机，系统相对简单，大幅度节约了电力消耗，具有较高的技术竞争优势和实用价值。

2.本发明的利用烟气余热的废水蒸发系统，相邻层的喷淋管轴线呈设定夹角，能够提高喷淋出的废水溶液的覆盖率，进一步提高了对烟气的推动效果。

3.本发明的利用烟气余热的废水蒸发系统，设置有压滤管道、压滤设备和进料泵，能够将浆液区内的盐类物质从浆液中清除，避免了浆液密度过高，保证了整个系统长期稳定的运行。

4.本发明的利用烟气余热的废水蒸发系统，除雾器上方设有冲洗管道，冲洗管道与废水缓冲箱连通，冲洗管道上安装有冲洗泵，冲洗泵能够将废水缓冲箱内的废水引入除雾器上方并喷出，对除雾器进行清洗，且清洗后的废水进入浆液区，实现了废水的持续引入，能够补充废水蒸发的消耗。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

其中，1.烟道，2.进口烟气导流板，3.烟气引入通道，4.蒸发塔，5.下层除雾器，6.上层除雾器，7.出口烟气导流板，8.烟气引出通道，9.浆液区，10.多孔管段，11.循环泵，12.循环管路，13.喷头，14.供料泵，15.板框压滤机，16.废水缓存箱，17.冲洗泵，18.导流格栅。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种利用烟气余热的废水蒸发系统，如图1所示，包括蒸发塔4，蒸发塔4底部空间作为浆液区9，用于存放废水溶液，浆液区9的容积控制在小时蒸发量的10～30倍，且浆液区9高度不低于4m。浆液区9的液相密度控制在1050～1150kg/m3，固体颗粒物的含量控制在1～5％，不设置搅拌器。

蒸发塔4分为两部分，上部的截面面积大于下部的截面面积，蒸发塔4的水平截面采用圆形或方形或矩形，可根据项目现场实际情况调整尺寸，蒸发塔4设置相应的人孔、观察孔和相应的平台，蒸发塔4采用碳钢涂鳞材料，壁厚不低于10mm，并满足相应的结构强度设计要求。

蒸发塔4上部的内部设置有一个竖向隔板，竖向隔板将蒸发塔4上部空间分隔为进烟区和出烟区，烟气进入进烟区后向下流动，在竖向隔板下方折返向上，经过排烟区流出，因此本实施例的蒸发塔采用折流塔型式。

所述蒸发塔4的顶部与烟道1连通，其中进烟区与烟道1的来烟侧连通，出烟区与烟道1的排烟侧连通。

具体的，竖向隔板的顶端一侧通过一个弧形板连接有进口烟气导流板2，进口烟气导流板2与烟道1底部形成烟气导入通道3，用于把烟气由烟道1导入进烟区。烟气导入通道3的尺寸按照风速v＝3～6m/s的风速来设计。

竖向隔板顶端另一侧通过一个弧形板连接有出口烟气导流板7，出口烟气导流板7与烟道1底部形成烟气导出通道8，用于把烟气由出烟区重新导入烟道1。

通过弧形板没能够对烟气平滑过渡，降低烟气阻力。

竖向隔板、进口烟气导流板2及出口烟气导流板7外表面设置有保温隔热层，保温材料采用岩棉或硅酸铝保温材料，厚度不低于50mm。

由烟气导入通道3导入进烟区的烟气沿竖直方向由上至下流动，在进烟区内沿烟气流向依次设置有喷淋层和导流层，导流层设置在竖向隔板的底端。

喷淋层尺寸按照风速v＝3～6m/s的风速来设计，包括上下分布的多层喷淋管，通过设置多层喷淋管，保证气液混合效果，每层具有多个平行设置的喷淋管，喷淋层采用密集喷头布置的型式，而且，喷淋层的总喷射流量按照气相增压ΔP＝300～600Pa来设计

喷淋管的轴线沿水平方向设置，喷淋管上设置有多个喷头13，喷头13朝向导流层设置即朝下设置。

喷淋管采用PP/FRP/耐腐蚀合金材料制成，喷头采用SiC/陶瓷材料制作，喷头采用锥形喷头，入口压力控制在0.05～0.10MPa范围内；喷射角度控制在50～60度范围内。

相邻层的喷淋管轴线之间具有设定夹角，设定夹角控制再12°-25°之间，确保多层喷淋管的喷嘴喷射出的液体对整个进烟区水平截面的覆盖率控制再200％-400％之间。

同一层的多个喷淋管均连接至一个循环管路12，循环管路12的一端与同一层的多个喷淋管连接，循环管路12的另一端连通至浆液区9。

每一层均配置一个循环管路12，循环管路12上安装有循环泵11，循环泵11的型式采用无堵塞、渣浆泵型式，叶轮可承受水锤的反冲击作用；

循环泵11采用耐腐蚀合金材料/全衬胶材料/全衬塑材料等制作，单台循环泵11的流量液气比控制在2.0～10.0L/Nm3范围内。

所述循环管路12伸入浆液区9的管段采用多孔管段10，既能吸入浆液和防止大直径杂物堵塞循环泵入口管，又能实现向上抽取浆液，从而取消搅拌器。

所述导流层包括多层导流格栅18，同一层的导流格栅18包括多个尖端朝上的V型板，相邻层的导流格栅错位设置，本实施例中设置2-4层导流格栅18，通过导流格栅18，将大部分雾状喷淋液汇重新集成液体状态，使其落入下方浆液区9中并再次被循环泵11抽出，进行循环喷淋。

竖向隔板另一侧的出烟区设置有除雾层，出烟区的烟气流速控制在2～4m/s的风速来设计，低于经过喷淋层的风速。

除雾层包括至少一层除雾器，本实施例中，设置两层除雾器，分别为上层除雾器6和下层除雾器5，除雾器采用平板式或屋脊式除雾器，板间距控制在20～40mm之间。

所述的除雾器叶片采用PP/FRP材料制作，厚度控制在1～3mm之间。

本实施例中，烟气从所述的蒸发塔顶部进入喷淋层后，经过喷淋层喷淋降温、再多层导流格栅18后，立即折返向上，进入除雾层。这样急速折返的好处在于甩脱部分雾滴。

本实施例中，在循环泵11的作用下，浓缩废水溶液在循环泵11的作用下流经喷淋管后经喷头13向下喷射出，形成气相吸入动力，对烟气产生推动力，把烟气直接向下压动，实现压气，在压气的过程中，废水与热烟气实现充分的混合而产生蒸发，使得烟气在湿度大幅度增加的同时，发生降温收缩。多层喷淋管压气产生的推动力，足以克服烟气后续通道中的除雾器等部件的阻力。

除雾器的上方设置有冲洗管道，冲洗管道设有朝向除雾器的喷头，冲洗管道伸出至蒸发塔外部并连接至废水缓存箱16，废水缓存箱16内存放有脱硫废水，作为除雾器的冲洗水，冲洗管道上安装有冲洗泵17，冲洗泵17能够带动废液缓存箱16内的脱硫费时经过喷头朝向除雾器进行喷射，对除雾器进行冲洗。

冲洗后的脱硫废水直接进入蒸发塔4底部的浆液区9作为蒸发补充水，维持浆液区9蒸发废水液位稳定。

为了便于将冲洗后的脱硫废水导入浆液区9，出烟区下方的蒸发塔4内表面设朝向浆液区9倾斜的倾斜面，以使得落在倾斜面的脱硫废水进入浆液区9。

所述冲洗管道上安装有阀门，阀门采用电控阀门，与控制系统连接，用于控制冲洗管道的导通和关闭。

由于脱硫废水中含有大量溶解盐，当蒸发到一定阶段时，这些溶解盐由于过饱和而持续析出，这时浆液密度将达到较高水平。

因此为了保证整个系统稳定长期的运行，必须将这些析出的盐类物质从浆液中清除除去。

为了达到上述目的，本实施例的系统设置有压滤管道，压滤管道一端与浆液区上方的蒸发塔内空间连通，另一端与浆液区9连通，压滤管道上设置有压滤设备，压滤设备上游的压滤管道设置有进料泵14。

本实施例中，压滤设备采用现有的板框压滤机15，板框压滤机15采用适宜孔径的滤布，能有效过滤溶解盐的结晶析出物质，板框压滤机15采用自动回板机构，减轻操作强度，板框压滤机15的处理能力在为析出的结晶盐总量的1.1～2.0倍的范围内。

进料泵14采用无堵塞浆液泵的型式，扬程控制在60～100m的范围内，以满足压滤机的进料要求；流量按照废水带入的盐类物质总量、浆液区浓度和20～50％的裕量来设计；

进料泵14采用陶瓷内衬或衬塑的结构设计，以适应高盐腐蚀条件；

进料泵14的进口和出口通过膨胀节接入压滤管道。

板框压滤机15安装到设定高度位置处，其下方设置出渣库，以利于滤渣的外运。

在另外一种实施方式中，压滤管道一端接至浆液区上方的空间，另一端接至循环泵11下游的循环管路，采用此种设置，有利于进料泵14减小额定扬程。

本实施例的废水蒸发系统，由于通过喷淋层对烟气产生了推力，因此省去了引风机，系统相对简单，运行能耗进一步降低，具有较高的技术竞争优势和实用价值。

本实施例中，循环管路12及冲洗管路上也设置有阀门，阀门采用电控阀门，与控制系统连接，所述循环泵11、冲洗泵17、进料泵14也与控制系统连接，接收控制的指令进行工作，使得整个系统的自动化程度高。

实施例2

本实施例提供了一种实施例1所述的利用烟气余热的废水蒸发系统的工作方法：

设定温度的低温沿气进入烟道1，被进口烟气导流板2引入烟气导入通道3，然后进入蒸发塔4进烟区的喷淋层，循环泵11驱动浆液区的废水溶液经过喷淋管的喷头13喷出，对烟气产生推力，促进烟气向下流动，废水与热烟气实现充分的混合而产生蒸发，使得烟气在湿度大幅度增加的同时，发生降温收缩，烟气经过导流格栅后，折返向上，进入蒸发塔出烟区的除雾层，经过下层除雾器5和上层除雾器6后排至烟气引出通道8，在出口烟气导流板7的作用下烟气返回烟道1的排烟侧流出。

其中，循环泵11将浆液区浓缩的废水抽出，然后通过喷淋管和喷头13向下喷出，喷出的这些浆液推动烟气穿过导流格栅，完成废水蒸发过程。

外来的脱落废水首先进入废水缓存箱16，经过冲洗泵17的作用，流经冲洗管后由喷头喷出，对上层除雾器6和下层除雾器5进行冲洗操作，然后落入蒸发塔4的浆液区9，补充废水蒸发的消耗，维持废水液位的稳定。

进料泵14将蒸发塔4底部浆液区的浓缩废水抽出，进入板框压滤机15进行压滤操作，压滤出来的固定残渣外排，压滤液重新返回蒸发塔4底部的浆液区9，如此反复操作，以维持蒸发塔4底部浆液区9的浆液密度在控制范围内，本实施例中，浆液区9的浆液密度控制在1.1～1.5之间，保证了系统的长期稳定运行。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种利用烟气余热的废水蒸发系统，其特征在于，包括蒸发塔，蒸发塔底部作为浆液区，蒸发塔的顶端与烟道连通，蒸发塔内部设有竖向隔板，将浆液区上方空间分隔为进烟区和出烟区，进烟区连通烟道的来烟侧，出烟区连通烟道的排烟侧，其中进烟区内沿烟气流向依次设有喷淋层和导流层，喷淋层包括至少一层喷淋管，喷淋管设有多个朝向导流层设置的喷头，喷淋管通过循环管路与浆液区连通，循环管路安装有循环泵，出烟区内设置有除雾层。

2.如权利要求1所述的一种利用烟气余热的废水蒸发系统，其特征在于，所述竖向隔板的顶端一侧设有用于将烟道内烟气导入进烟区的进口烟气导流板，竖向隔板顶端的另一侧设有用于将出烟区的烟气导入烟道的出口烟气导流板。

3.如权利要求2所述的一种利用烟气余热的废水蒸发系统，其特征在于，竖向隔板、进口烟气导流板和出口烟气导流板外周均包裹有保温层。

4.如权利要求1所述的一种利用烟气余热的废水蒸发系统，其特征在于，喷淋层设置有多层喷淋管，同一层的喷淋管轴线平行设置，且喷淋管的轴线垂直于烟气的流动方向，相邻层的喷淋管轴线呈设定夹角。

5.如权利要求1所述的一种利用烟气余热的废水蒸发系统，其特征在于，所述导流层包括多层导流格栅，相邻层导流格栅错位布置。

6.如权利要求1所述的一种利用烟气余热的废水蒸发系统，其特征在于，所述除雾层包括至少一层除雾器。

7.如权利要求6所述的一种利用烟气余热的废水蒸发系统，其特征在于，除雾器的上方设置有冲洗管道，冲洗管道设有朝向除雾器的喷头，冲洗管道与废水缓冲箱连通，冲洗管道上安装有冲洗泵。

8.如权利要求1所述的一种利用烟气余热的废水蒸发系统，其特征在于，所述浆液区与压滤管道的一端连通，压滤管道另一端连通至蒸发塔浆液区上方的空间，压滤管道安装有进料泵和压滤设备。

9.如权利要求1所述的一种利用烟气余热的废水蒸发系统，其特征在于，所述蒸发塔浆液区上方的空间与压滤管道的一端连通，压滤管道的另一端连接至循环泵下游的循环管路上，压滤管道上安装有进料泵。

10.一种权利要求1-9任一项所述的利用烟气余热的废水蒸发系统的工作方法，其特征在于，循环泵驱动浆液区内的浓缩废水溶液进入喷淋管后经过喷头朝向导流区喷射，对由烟道进入进烟区并流向导流层的烟气进行推动，同时烟气与浓缩废水溶液混合实现饱和，饱和后的烟气经过导流区导流后折返向上流动进入除雾层，经过除雾层除雾后进入烟道。

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