CN203959976U - 浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，包括：除钙镁反应罐、压滤机和进料罐，其中，压滤机与除钙镁反应罐连接，进料罐与压滤机连接；MVR蒸发结晶装置，MVR蒸发结晶装置与进料罐连接；以及增稠器，离心机和母液罐，其中，增稠器的入口与MVR蒸发结晶装置连接，增稠器的出口与离心机连接，离心机的液体出口经母液罐与MVR蒸发结晶装置连接。本实用新型的目的在于提供一种浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，处理TDS浓度100～300g/L的混合浓盐水，以达到污水的零排放，实现污水的全部回用，解决地区水资源短缺和减少对环境的污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及环保技术领域，更具体地，涉及一种浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统。
背景技术
目前，国内外对浓盐水的处理一般采用蒸发塘自然蒸发或采用蒸发结晶系统结晶成固体盐安全填埋。
蒸发塘自然蒸发是建设面积较大的水池，贮存浓盐水，利用太阳能自然蒸发的方式蒸发水份，使盐份留在池底定期清理，同时蒸发池需采用相应的防渗措施。
蒸发塘的使用节能、运行成本低，但其设备容量大、占地面积大、防渗漏要求高、蒸发速率低、一次性投入高、不能回收利用水、容积设定仍是一个难题；且蒸发塘具有一定的地域局限性，只有多年平均蒸发量为降雨量的3～5倍以上的区域才能适合建设蒸发塘。
蒸发塘作为废水处理贮存的末端防线，若不能与实际开车运行状况匹配，将直接影响项目正常运行。对企业而言，大量的废水处置依赖蒸发塘，面临占用土地资源及资源压覆的问题。对环境而言，存在多重环境隐患，如：蒸发塘接纳的浓盐水中含有工业污染物，对地下水有潜在的污染；蒸发塘作为大量废水的集中储存设施，存在污染物挥发、溃坝等风险。
蒸发结晶是指随着溶剂的不断蒸发，溶质自动从过饱和溶液中析出,形成新相的过程，是一个表面化学反应过程，是一种涉及热量传递、质量传递及表面反应过程的单元操作。
有关纯盐(如钠盐、铬盐、铵盐、锌盐、镍盐等)的蒸发结晶技术已被广泛研究，也有工程实例。但单盐系统的溶解度数据、热力学数据、动力学数据等并不适用于含有各种盐离子的混合盐系统的共沉淀。其它盐类的数量即便很少，也可能对成垢的热力学、动力学和水垢的结构和强度产生很大的影响。
浓盐水中若含有钙离子、镁离子、硫酸根离子、碳酸根离子、硅酸盐等，它们在蒸发结晶过程中，不断浓缩达到共饱和产生硫酸钙、碳酸钙等晶核及硅酸盐胶体，晶核及胶体在结晶分离器、结晶加热器的换热管表面附着形成垢层，影响传热效果。
浓盐水在蒸发结晶过程中，易产生二次蒸汽雾沫夹带现象，雾沫中所带的含盐水滴附着在除沫器的丝网或折流板上，不断浓缩析出晶体形成垢层，严重时造成二次蒸汽受阻，影响装置的连续、稳定运行。
目前，国内从事浓盐水蒸发结晶的厂家，大都因未能控制好系统内晶体形成速度和浓度，使晶体在加热器加热管和结晶分离器内析出沉积，最终堵塞换热器换热管和管道，而不能连续稳定运行。
所以，国内急需一种适用于高浓度混合盐水的蒸发结晶技术，实现污水的零排放，即解决部分地区水资源短缺的问题，又减少对当地环境和生态造成的污染和破坏，对在建和拟建的一些项目，起到重要的现实意义和深远的历史意义。
实用新型内容
针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，对浓盐水进行充分地蒸发结晶，以实现连续稳定运行。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，包括：除钙镁反应罐、压滤机和进料罐，其中，压滤机与除钙镁反应罐连接，进料罐与压滤机连接；MVR蒸发结晶装置，MVR蒸发结晶装置与进料罐连接；以及增稠器，离心机和母液罐，其中，增稠器的入口与MVR蒸发结晶装置连接，增稠器的出口与离心机连接，离心机的液体出口经母液罐与MVR蒸发结晶装置连接。
根据本实用新型，MVR蒸发结晶装置包括结晶分离器，结晶加热器和压缩机，其中，结晶分离器分别与增稠器的入口和进料罐连接，结晶加热器的浓盐水入口与浓盐水出口均与结晶分离器连接；压缩机的入口和出口分别与结晶分离器和结晶加热器连接，离心机的液体出口经母液罐与MVR蒸发结晶装置的结晶分离器连接。
根据本实用新型，除钙镁反应罐具有钙镁去除药剂加料口，除钙镁反应罐的入口连接有进料缓冲罐，进料缓冲罐内部设置有第一搅拌器，除钙镁反应罐中设置有第五搅拌器，进料缓冲罐与除钙镁反应罐之间连接有第一泵。
根据本实用新型，进料罐内部设置有第二搅拌器，进料罐还具有pH调节剂加料口，除钙镁反应罐与压滤机之间连接有第二泵，进料罐与结晶分离器之间连接有第三泵。
根据本实用新型，结晶分离器的饱和溶液出口通过循环泵与结晶加热器的浓盐水入口连接，结晶加热器的浓盐水出口与结晶分离器连接，结晶分离器的二次蒸汽出口与结晶加热器的蒸汽入口连通，二者连通的连接管段中设有一台或两台上述压缩机，该连接管段上还设置有辅助蒸汽注入口。
根据本实用新型，浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统还包括冷凝水罐，冷凝水罐具有冷凝水进口和产品水出口，冷凝水进口与结晶加热器的冷凝水出口连通，产品水出口与设置在结晶分离器内部的用于对除沫器进行清洗的喷嘴连接，产品水出口与喷嘴之间的连接管段中串联有第四泵并设置有产品水出口；以及乏汽冷却器，乏汽冷却器与冷凝水罐连通，并具有乏汽排出口，乏汽冷却器内部具有循环冷却水管路。
根据本实用新型，结晶分离器底部设置有淘析柱，淘析柱的底部出口与侧壁入口分别连接至第五泵的入口和出口，其中，淘析柱的侧壁入口和第五泵的出口之间的连接管段连接至增稠器。
根据本实用新型，增稠器的外部夹套连接有冷媒管路，增稠器内部设置有第三搅拌器，其中，增稠器的出口连接至离心机的入口，离心机的结晶盐出口连接至料仓。
根据本实用新型，母液罐中设置有第四搅拌器，母液罐的出口连接至结晶分离器，其中，母液罐的出口与结晶分离器之间的连接管段中串联有第六泵。
本实用新型的有益技术效果在于：
在本实用新型的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统中，设置除钙镁反应罐和压滤机，将浓盐水中的钙镁离子以碳酸钙、氢氧化镁沉淀物形式通过压滤机去除，降低系统内的污垢；在MVR蒸发结晶装置中强制循环结晶分离器内饱和溶液，使析出的盐晶体沉积到结晶分离器底部，并即时将结晶分离器底部的晶体经增稠器送到离心机，离心出晶体盐，降低整个系统内的晶体浓度，避免设备和管道堵塞；MVR蒸发结晶装置中压缩机将结晶分离器产生的二次蒸汽加压提高热焓，再输送到结晶加热器，用于浓盐水的加热，除开车以外基本不用新鲜蒸汽，降低整个系统的能耗。由此实现对浓盐水进行充分连续地蒸发结晶，使得由本实用新型系统析出的结晶盐含水率低于10％(质量百分比)，产品水TDS浓度低于100mg/L。
附图说明
图1是本实用新型浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图描述本实用新型的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统。其中，在本实用新型中所指的“浓盐水”为TDS(可溶解固体总数)浓度为100～300g/L，含有钙盐、镁盐、钠盐、钾盐等混合盐的浓盐水。
如图1所示，本实用新型的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统包括除钙镁反应罐3、压滤机5、进料罐6、MVR(机械蒸汽再压缩)蒸发结晶装置、增稠器19，离心机20和母液罐22。具体来说，压滤机5与除钙镁反应罐3连接，进料罐6与压滤机5连接；MVR蒸发结晶装置与进料罐6连接；增稠器19的入口与MVR蒸发结晶装置连接，增稠器19的出口与离心机20连接，离心机20的液体出口经母液罐22与MVR蒸发结晶装置连接。
其中，除钙镁反应罐3具有钙镁去除药剂加料口，在优选的实施例中，在钙镁去除药剂加料口分别加入Na2CO3、NaOH、PAM(聚丙烯酰胺)等药剂，但本实用新型并不局限于此。换句话说，进料罐6经压滤机5与除钙镁反应罐3连接，以将浓盐水中的钙镁离子以碳酸钙、氢氧化镁沉淀物形式通过压滤机5去除。
继续参照图1，MVR蒸发结晶装置包括结晶分离器8、结晶加热器12和压缩机。具体地，结晶分离器8分别与增稠器19的入口和进料罐6连接，从而通过这种方式实现MVR蒸发结晶装置分别与进料罐6和增稠器19之间的连接。另外，结晶加热器12的浓盐水入口与浓盐水出口均与结晶分离器8连接；压缩机的入口和出口分别与结晶分离器8和结晶加热器12连接，离心机20的液体出口经母液罐22与MVR蒸发结晶装置的结晶分离器8连接。
因此，在本实用新型的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统中，设置除钙镁反应罐3可以降低浓盐水中的钙、镁离子浓度，降低在结晶加热器12内的污垢，在MVR蒸发结晶装置中强制循环结晶分离器8内饱和溶液，使析出的盐晶体沉积到结晶分离器8底部(具体来说，析出的盐晶体会沉积到结晶分离器8底部的淘析柱10内，以下进行详述)并即时将淘析柱10内盐晶体经增稠器19送到离心机20，离心出晶体盐。由此实现对浓盐水进行充分连续地蒸发结晶，并最大程度的降低结晶加热器12内的污垢和晶体堵塞，通过MVR蒸发结晶装置中的压缩机将结晶分离器8出来的二次蒸汽提高热焓，再输送到结晶加热器12，用于浓盐水的加热，除开车以外基本不用新鲜蒸汽，降低整个系统的能耗。本实用新型系统析出的结晶盐含水率低于10％，产品水TDS浓度低于100mg/L，达到回用水标准，实现污水零排放，既解决部分地区水资源短缺问题，又减少对环境和生态造成的污染和破坏。
继续参照图1，在除钙镁反应罐3的入口连接有进料缓冲罐1，进料缓冲罐1内部设置有第一搅拌器，除钙镁反应罐3中设置有第五搅拌器，进料缓冲罐1与除钙镁反应罐3之间连接有第一泵2。另外，在进料罐6的内部设置有第二搅拌器，进料罐6还具有pH调节剂加料口，在优选的实施例中，由pH调节剂加料口注入的pH调节剂可以为H2SO4，但本实用新型并不局限于此。
进一步，除钙镁反应罐3与压滤机5之间连接有第二泵4，进料罐6与结晶分离器8之间连接有第三泵7。
另外，结晶分离器8的饱和溶液出口通过循环泵11与结晶加热器12的浓盐水入口连接，结晶加热器12的浓盐水出口与结晶分离器8连接，结晶分离器8的二次蒸汽出口与结晶加热器12的蒸汽入口连通，二者连通的连接管段中设有一台或两台上述的压缩机，在如图所示的实施例中，为第一压缩机13和第二压缩机14，并且结晶分离器8的蒸汽出口与结晶加热器12的蒸汽入口相连通的连接管段上还可以设置辅助蒸汽注入口。
优选地，本实用新型的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统还包括冷凝水罐15和乏汽冷却器17。具体地，冷凝水罐15具有冷凝水进口和产品水出口，冷凝水进口与结晶加热器12的冷凝水出口连通，产品水出口与设置在结晶分离器8内部的用于对除沫器9进行清洗的喷嘴连接，产品水出口与喷嘴之间的连接管段中串联有第四泵16，并且该连接管段中设置有产品水出口；而乏汽冷却器17与冷凝水罐15是相互连通的，乏汽冷却器17还具有乏汽排出口以用于将乏汽排出至大气中，在乏汽冷却器17内部还具有循环冷却水管路。
在优选的实施例中，结晶分离器8底部设置有淘析柱10，浓盐水浓缩到过饱和浓度后析出的盐晶体受到重力作用下沉积到淘析柱10内，淘析柱10的底部出口与侧壁入口分别连接至第五泵18的入口和出口，并且由淘析柱10的侧壁入口和第五泵18的出口之间的连接管段引出连接至增稠器19的连接管。
对于增稠器19来说，其设置成内、外双层结构，外层为增稠器19的外部夹套，该外部夹套连接有用于对增稠器19内部物料进行冷却的冷媒管路。优选地，在增稠器19内部可以设置有第三搅拌器。具体地，增稠器19的出口连接至离心机20的入口，而离心机20的晶体盐出口连接至料仓21，离心机20的液体出口连接至母液罐22。
如图1所示，在母液罐22中可以设置有第四搅拌器，并且母液罐22的出口连接至结晶分离器8。优选地，在母液罐22的出口与结晶分离器8之间的连接管段中可以串联有第六泵23。
现继续参照图1，对本实用新型的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统的工作过程进行具体描述。
如图所示，浓盐水首先由进料缓冲罐1的浓盐水注入口注入，在进料缓冲罐1中设置有第一搅拌器，来对注入的浓盐水进行搅拌。经搅拌过后的浓盐水由第一泵2送至除钙镁反应罐3，同时由除钙镁去除药剂加料口向除钙镁反应罐3中注入去除药剂，以在该反应罐3中除去浓盐水中的钙、镁离子，通过该除钙镁反应罐3可以降低浓盐水中钙、镁离子浓度，减轻后续的结晶加热器12中换热管内的结垢。经除钙、镁离子后的浓盐水由第二泵4送至压滤机5，在压滤机5中去除由钙、镁离子与去除药剂反应生成的碳酸钙、氢氧化镁等沉淀物后进入进料罐6。在进料罐6的pH调节剂加料口中注入H2SO4作为pH调节剂，以调节进料罐6中浓盐水的pH值。然后，由第三泵7将调节pH后的浓盐水泵送至MVR蒸发结晶装置的结晶分离器8中进行蒸发结晶分离。
浓盐水在MVR蒸发结晶装置的结晶分离器8蒸发结晶过程中，可分为汽液固三部分在系统中流动：
1)浓盐水蒸发产生的蒸汽由结晶分离器8顶部的蒸汽出口排出，进而经两级压缩机压缩后(在图1所示实施例中为第一压缩机13和第二压缩机14)送至结晶加热器12的蒸汽入口以进入结晶加热器12，加热加热管内循环的饱和溶液，开车阶段或结晶分离器8内未产生蒸汽时，可由辅助蒸汽注入口向结晶加热器12中注入蒸汽。
2)蒸发结晶过程，从过饱和溶液中析出的晶体受重力作用下沉积到结晶分离器8底部的淘析柱10内，而上部的饱和溶液由结晶分离器8的饱和溶液出口流出并通过循环泵11泵送至结晶加热器12的浓盐水入口。在此过程中，采用强制循环(即，循环泵11的引用)结晶分离器8内饱和溶液可以加大结晶加热器12换热管内的流速，并且该过程中只对结晶分离器8中的饱和溶液进行循环，可以降低结晶加热器12换热管内结垢和结晶盐的沉积。
结合上述可知，结晶分离器8产生的蒸汽作为热源向结晶加热器12中供热，即，蒸汽由结晶加热器12的蒸汽入口进入，经换热后由结晶加热器12的冷凝水出口流出。而结晶分离器8中的饱和溶液由浓盐水入口进入结晶加热器12的换热管，经与蒸汽换热后由结晶加热器12的浓盐水出口回流至结晶分离器8。通过上述循环方式，可进一步提高本实用新型系统的浓盐水蒸发结晶效率。
3)当淘析柱10内沉积的晶体浓度达到设定量时，第五泵18会开启，以起到对淘析柱10中晶浆进行搅拌的作用。在需要将晶浆导出时，其会由淘析柱10的侧壁入口与第五泵18之间的连接管段引出至增稠器19中。
在增稠器19中，与增稠器19的外部夹套连接的冷媒管路对增稠器19内部的晶浆进行冷却，同时利用增稠器19内部的第三搅拌器对晶浆进行搅拌。然后经冷却后的晶浆进入离心机20，经离心机20处理后的结晶盐由产品产物出口送至料仓21；而分离的液体可由第六泵23送回至结晶分离器8继续进行蒸发结晶。
由以上可知，采用带淘析柱10的结晶分离器8、带有冷媒冷却系统的增稠器19以及离心机20，可以即时将从过饱和溶液析出的晶体离心出晶体盐，从而降低了整个系统内浓盐水析出的晶体浓度，避免结晶加热器12换热管和管道的堵塞；晶浆经出料泵(即，第五泵18)后切向进入淘析柱10以起到搅拌作用，避免淘析柱10内晶浆堵塞，且出料泵出入口管和连接到增稠器19的管道大部分设置成非水平管段，即，设计成倾斜管段避免晶浆在管道内的堵塞。
此外，由于浓盐水在蒸发结晶过程中，易产生二次蒸汽雾沫夹带现象，雾沫中所带的含盐水滴附着在除沫器9的丝网或折流板上，不断浓缩析出晶体形成垢层，严重时造成二次蒸汽受阻，影响装置的连续、稳定运行。在结晶分离器8中设置除沫器9，并通过产品水自动对除沫器9进行清洗，避免二次蒸汽雾沫夹带而造成的二次蒸汽受阻；而且上述结构的使用可以降低整个系统的能耗和运行费用，大大提高工艺稳定性。
继续参照图1，经换热后由结晶加热器12的冷凝水出口流出的冷凝水可以流至冷凝水罐15中，冷凝水罐15与乏汽冷却器17相连接。具体地，乏汽冷却器17具有循环冷却水管路，该管路用于向乏汽冷却器17中通入冷却水，冷却蒸发结晶系统中产生的乏汽，并将其冷却后由乏汽排出口排放至大气中，而降温冷却后的冷凝水回流至冷凝水罐15中。此外，冷凝水罐15底部的冷凝产物出口与设置在结晶分离器8中的喷嘴相连接，以利用产品水通过喷嘴对除沫器9进行清洗。此时，由冷凝水罐15底部的产品水出口排出的冷凝水符合回用水使用要求，可作为产品水由产品水出口排出。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其特征在于，包括：
除钙镁反应罐(3)、压滤机(5)和进料罐(6)，其中，所述压滤机(5)与所述除钙镁反应罐(3)连接，所述进料罐(6)与所述压滤机(5)连接；
MVR蒸发结晶装置，所述MVR蒸发结晶装置与所述进料罐(6)连接；以及
增稠器(19)，离心机(20)和母液罐(22)，其中，所述增稠器(19)的入口与所述MVR蒸发结晶装置连接，所述增稠器(19)的出口与所述离心机(20)连接，所述离心机(20)的液体出口经母液罐(22)与所述MVR蒸发结晶装置连接。
2.根据权利要求1所述的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其特征在于，
所述MVR蒸发结晶装置包括结晶分离器(8)，结晶加热器(12)和压缩机，
其中，所述结晶分离器(8)分别与所述增稠器(19)的入口和所述进料罐(6)连接，所述结晶加热器(12)的浓盐水入口与浓盐水出口均与所述结晶分离器(8)连接；
所述压缩机的入口和出口分别与所述结晶分离器(8)和结晶加热器(12)连接，
所述离心机(20)的液体出口经母液罐(22)与所述MVR蒸发结晶装置的所述结晶分离器(8)连接。
3.根据权利要求1所述的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其特征在于，
所述除钙镁反应罐(3)具有钙镁去除药剂加料口，所述除钙镁反应罐(3)的入口连接有进料缓冲罐(1)，
所述进料缓冲罐(1)内部设置有第一搅拌器，所述除钙镁反应罐(3)中设置有第五搅拌器，所述进料缓冲罐(1)与所述除钙镁反应罐(3)之间连接有第一泵(2)。
4.根据权利要求2所述的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其特征在于，
所述进料罐(6)内部设置有第二搅拌器，所述进料罐(6)还具有pH调节剂加料口，所述除钙镁反应罐(3)与所述压滤机(5)之间连接有第二泵(4)，所述进料罐(6)与所述结晶分离器(8)之间连接有第三泵(7)。
5.根据权利要求2所述的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其特征在于，
所述结晶分离器(8)的饱和溶液出口通过循环泵(11)与所述结晶加热器(12)的所述浓盐水入口连接，所述结晶加热器(12)的所述浓盐水出口与所述结晶分离器(8)连接，
所述结晶分离器(8)的二次蒸汽出口与所述结晶加热器(12)的蒸汽入口连通，二者连通的连接管段中设有一台或两台所述压缩机，所述连接管段上还设置有辅助蒸汽注入口。
6.根据权利要求2所述的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其特征在于，还包括：
冷凝水罐(15)，具有冷凝水进口和产品水出口，所述冷凝水进口与所述结晶加热器(12)的冷凝水出口连通，所述产品水出口与设置在所述结晶分离器(8)内部的用于对除沫器(9)进行清洗的喷嘴连接，所述产品水出口与所述喷嘴之间的连接管段中串联有第四泵(16)并设置有产品水出口；以及
乏汽冷却器(17)，所述乏汽冷却器(17)与所述冷凝水罐(15)连通，并具有乏汽排出口，所述乏汽冷却器(17)内部具有循环冷却水管路。
7.根据权利要求2所述的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其特征在于，
所述结晶分离器(8)底部设置有淘析柱(10)，所述淘析柱(10)的底部出口与侧壁入口分别连接至第五泵(18)的入口和出口，
其中，所述淘析柱(10)的侧壁入口和所述第五泵(18)的出口之间的连接管段连接至所述增稠器(19)。
8.根据权利要求1所述的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其特征在于，
所述增稠器(19)的外部夹套连接有冷媒管路，所述增稠器(19)内部设置有第三搅拌器，
其中，所述增稠器(19)的出口连接至所述离心机(20)的入口，所述离心机(20)的结晶盐出口连接至料仓(21)。
9.根据权利要求2所述的浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，其特征在于，
所述母液罐(22)中设置有第四搅拌器，所述母液罐(22)的出口连接至所述结晶分离器(8)，
其中，所述母液罐(22)的出口与所述结晶分离器(8)之间的连接管段中串联有第六泵(23)。
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