CN207891096U - 光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置和系统 - Google Patents

Abstract

光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置和系统，光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置包括脱硫废水组件，脱硫废水组件包括由内而外依次设置的内支撑边框、外支撑边框和背板，内支撑边框和外支撑边框均为矩形，四边均设有U型卡槽，所述内支撑边框和外支撑边框边框部位卡固在U型卡槽内，内支撑边框框内设有绞织丝网，内支撑边框前后两面分别敷设有平板式多孔疏水膜和太阳能集热板，内支撑边框上边框和下边框分别设有脱硫废水出水管和脱硫废水进水管；所述外支撑边框框内设有支撑网格，所述背板朝向支撑网格的一侧面敷设有保温层。本实用新型具有安全、适用等特点，有很好的推广和实用价值，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益。

Description

光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置和系统

技术领域

本实用新型涉及废水脱硫技术领域，尤其涉及光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置和系统。

背景技术

目前，我国能源结构以煤炭为主，截止2009年底燃煤机组占总装机容量的75%以上，大量的燃煤和煤中较高的含硫量必然导致大量S02排放，由此造成了严重的环境污染。

为了适应在电力行业快速发展的情况下做好环境保护工作的需要，控制燃煤电厂的污染物排放，改善我国大气质量和控制酸雨污染，国家环保部2003年底发布了GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》，新标准分三个时段对不同时期的火力发电厂建设项目分别规定了对应的大气污染物排放控制要求。现有的脱硫工艺一般采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺技术，一炉单塔布置方式,设置或不设置GGH。目前随着国家排放标准的提高，又在原有一炉单塔工艺的基础上，出现了单塔双循环（AFT），一炉双塔等新工艺。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺技术在防治大气污染的过程中，发挥了不可替代的作用，但是在石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺过程中，产生了一定量的脱硫废水，在原有的脱硫废水处理过程中虽然经过絮凝、中和、有机硫化反应去除了大部分重金属、钙镁硬度等污染物，但脱硫过程中的产生的高含盐量的脱硫废水仍无法直接达标排放。目前，国内部分企业采用脱硫废水浓缩—结晶工艺分离脱硫废水中的盐分和水，实现达标排放的目的。目前，在脱硫废水浓缩过程中多采用DTRO、电渗析等工艺预浓缩，然后用薄膜蒸发器浓缩接近至所需饱和浓度，采用上述工艺路线，工艺过程复杂，需要必要的箱罐、及泵阀对物料进行多次的储存的输送，过程控制要求高，同时需要消耗大量的蒸汽和电力能耗。因此有必要对脱硫废水的浓缩工艺进行改进。

太阳能利用绿色能源之一，太阳能的光热转换时利用太阳能的主要方式之一，特别对于我国西部地区，日照时间长、强度高，年蒸发量大，合理利用太阳能除了降低能源消耗，也可以降低所在地区的水蒸发量。太阳能与其他能源相比其能量密度低，为了获得一定的能量需要相对较大的面积。

膜蒸馏（membrane distillation ，简称MD）是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，可用于水的蒸馏淡化，对水溶液去除挥发性物质。例如当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽就会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸馏过程。同时，对减压膜蒸馏（VMD）是通过负压的方式抽出水蒸气，与直接接触膜蒸馏、气吹扫膜蒸馏的对比研究表明，VMD过程的产水水质最好，通量最大。同时，蒸汽通过负压的方式抽出，更便于对其相变热进行回收等设计，因此，更具大规模工业化应用前景。

减压多效膜蒸馏(MEMD)是针对MD过程能耗高、蒸汽冷凝耗水量大的问题，将多效蒸发原理引入MD过程，提出了多效膜蒸馏概念，同时利用真空降低冷侧的水蒸汽分压，使得高浓度下膜蒸馏过程仍能进行，从而得到了多效脱硫废水装置(MEMD)。其特征是首次在VMD过程中设立特殊的多效蒸发区。其中的膜组件同时具有蒸汽的换热降温与原料液的升温蒸发双重作用，利用管程内原料液发生相变来回收卞蒸发区所产蒸汽的相变热，从而实现VMD过程蒸汽相变热的高效回收利用，降低过程能耗。

但减压多效膜蒸馏存在的主要问题就是膜通量较低，仅为30～40kg/L,因而限制了减压多效膜蒸馏的应用。但对于光热法多效脱硫废水装置来说，由于太阳能集热板的能量密度较低，与减压多效膜蒸馏工艺相结合，相互之间的不足不会成为光热法减压膜蒸馏工艺的制约因素。因此，光热法减压膜蒸馏工艺处理脱硫废水从原理上是可行的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置和系统，要解决现有技术不能满足施工需求的技术问题；并解决现有技术施工效率较低的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置，其特征在于：所述光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置包括脱硫废水组件，所述脱硫废水组件包括由内而外依次设置的内支撑边框、外支撑边框和背板，所述内支撑边框和外支撑边框均为矩形，四边均设有U型卡槽，所述内支撑边框和外支撑边框边框部位卡固在U型卡槽内，所述U型卡槽靠近外支撑边框的竖部设有紧固螺栓，所述紧固螺栓穿过U型卡槽竖部后抵在设于外支撑边框边框上的压板上，将内支撑边框和外支撑边框固定在U型卡槽内，所述U型卡槽靠近内支撑边框的竖部与内支撑边框之间、所述内支撑边框与外支撑边框之间和所述背板与压板之间均设有密封胶垫；

所述内支撑边框框内设有绞织丝网，所述内支撑边框前后两面分别敷设有平板式多孔疏水膜和太阳能集热板，所述内支撑边框上边框和下边框分别设有脱硫废水出水管和脱硫废水进水管；所述外支撑边框框内设有支撑网格，所述背板朝向支撑网格的一侧面敷设有保温层；所述外支撑边框左右边框均设有蒸汽进出管，下边框设有冷凝疏水出口。

进一步优选地，所述外支撑边框前表面四周边沿设有条状凸起，条状凸起围成的矩形与背板相适应。

进一步地，所述支撑网格包括竖向格栅条和对竖向格栅条起限位作用的横向格栅条，由耐温高分子材料制成，所述竖向格栅条朝向平板式多孔疏水膜的一侧为锯齿状。

进一步地，所述太阳能集热板由钛板或1.4529不锈钢制成，太阳能集热板（8）采光侧设有电镀黑铬涂层。

进一步地，所述平板式多孔疏水膜为聚偏佛乙烯PVDF或聚丙烯PP，膜片厚度为1.0mm～2.0mm，膜片孔径为0.10μm～0.20μm，膜片开孔率为80%～85%。

除外，所述U型卡槽的横部设有供脱硫废水出水管、脱硫废水进水管或蒸汽进出管穿过的开孔。

更加优选地，所述绞织丝网为聚丙烯或聚偏否乙烯，格网为绞织10#～20#，丝径为0.5mm～0.8mm，层数为1～3层。

带有光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置的浓缩系统，其特征在于：包括从左到右顺次相连的废水缓冲箱、脱硫废水供水泵、冷凝器、多效脱硫废水装置、浓缩后废水缓冲箱，所述冷凝器和多效脱硫废水装置均与冷凝水箱相连，所述冷凝器还与真空泵相连；

所述多效脱硫废水装置包括5或6个脱硫废水组件（18），为2或3级、呈楔形布置；2级所述多效脱硫废水装置为5个脱硫废水组件，呈3:2分布，3级所述多效脱硫废水装置为6个脱硫废水组件，呈3:2:1分布，所述脱硫废水组件之间通过串联连接的水蒸气管道相连，还通过并联相连的脱硫废水管道相连。

与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：

本实用新型利用太阳能作为脱硫废水蒸发浓缩过程中的热源，同业结合多效脱硫废水装置对废水浓度适用范围广（盐水最高浓度达到200g/L），能量利用率高，造水比（一吨过热蒸汽所能蒸发的水量）高（达到5、6左右），不产生低浓度含盐废水，浓缩过程中产生的蒸馏水可以回用等优点，与传统的含盐废水浓缩工艺相比具有工艺及控制过程简单，运行能耗低，能源利用率高等优点。

本实用新型除了脱硫废水在输送过程中、及抽真空真空过程中消耗的电能之外不需消耗大量的热能或电能（如MVR工艺中蒸汽压缩机的大功率电机）用于废水的蒸发和浓缩。同时采用真空减压多效膜蒸馏方法，可以多次重复利用太阳能所产生蒸汽，能量利用率高，造水比（一吨过热蒸汽所能蒸发的水量）高（达到5至6），整个过程能量利用率高，运行能耗低，运行费用低。

本实用新型对废水中盐浓度的适应范围广（20g/L～200g/L），与采用DTRO，纳滤、多效薄膜蒸发器等多工艺联用的脱硫废水浓缩工艺相比，可以在同一工艺过程中，将脱硫废水浓缩到近饱和浓度。采用平板太阳能集热板，与其他热源（过热蒸汽、电加热）相比，其能量密度低在蒸发过程中不会产生局部过热，同时采用减压多效膜蒸馏工艺，在脱硫废水高含盐段发生干管或结晶等问题。因此，该工艺的工艺过程简单，运行故障率低，对系统自控要求低。

本实用新型在浓缩过程中分离的水以蒸汽的形式得到分离，经过换热冷凝后回收，因此在处理过程中不产生低浓度废水，同时分离产生的蒸馏水其盐分低可以直接利用或回用。

本实用新型具有安全、适用等特点，有很好的推广和实用价值，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益。

附图说明

图1为本实用新型涉及的脱硫废水组件的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的仰视图；

图4是图1中B-B的剖视图；

图5是图4中A部的放大结构示意图；

图6是本实用新型涉及的支撑网格的结构示意图；

图7是支撑网格的竖向格栅条的结构示意图；

图8是支撑网格的横向格栅条的结构示意图；

图9是本实用新型涉及的内支撑边框的结构示意图；

图10是图9的左视图；

图11是本实用新型涉及的外支撑边框的结构示意图；

图12是图11右视图；

图13是带有光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置的浓缩系统的工艺流程示意图。

附图标记：1-内支撑边框；2-内支撑边框；3-U型卡槽；4-紧固螺栓；5-压板；6-绞织丝网；7-平板式多孔疏水膜；8-太阳能集热板；9-支撑网格；10-脱硫废水出水管；11-脱硫废水进水管；12-背板；13-蒸汽进出管；14-保温层；15-条状凸起；16-竖向格栅条；17-横向格栅条；18-脱硫废水组件；19-脱硫废水供水泵；21-浓缩后废水缓冲箱；22-冷凝水箱；23-水蒸气管道；24-脱硫废水管道；25-冷凝疏水出口；26-开口；27-密封胶垫；28-真空泵；29-废水缓冲箱。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本实用新型进一步说明。

在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置，如图1~4所示，光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置包括脱硫废水组件18，脱硫废水组件18包括由内而外依次设置的内支撑边框1、外支撑边框2和背板12，内支撑边框1和外支撑边框2均为矩形，四边均设有U型卡槽3，内支撑边框1和外支撑边框2边框部位卡固在U型卡槽3内，如图5所示，U型卡槽3靠近外支撑边框2的竖部设有紧固螺栓4，紧固螺栓4穿过U型卡槽3竖部后抵在设于外支撑边框2边框上的压板5上，将内支撑边框1和外支撑边框2固定在U型卡槽3内，U型卡槽3靠近内支撑边框1的竖部与内支撑边框1之间、内支撑边框1与外支撑边框2之间和背板12与压板5之间均设有密封胶垫27；

如图1、9和10所示，内支撑边框1框内设有绞织丝网6，内支撑边框1前后两面分别敷设有平板式多孔疏水膜7和太阳能集热板8，内支撑边框1上边框和下边框分别设有脱硫废水出水管10和脱硫废水进水管11；外支撑边框2框内设有支撑网格9，背板12朝向支撑网格9的一侧面敷设有保温层14；外支撑边框2左右边框均设有蒸汽进出管13，下边框设有冷凝疏水出口25。如图11和12所示外支撑边框2前表面四周边沿设有条状凸起15，条状凸起15围成的矩形与背板12相适应。如图6~8所示支撑网格9包括竖向格栅条16和对竖向格栅条起限位作用的横向格栅条17，由耐温高分子材料制成，竖向格栅条16朝向平板式多孔疏水膜7的一侧为锯齿状，竖向格栅条16和横向格栅条17非连接部位均设有圆孔。太阳能集热板8由钛班或1.4529不锈钢制成，太阳能集热板8采光侧设有电镀黑铬涂层。平板式多孔疏水膜7为聚偏佛乙烯PVDF或聚丙烯PP，膜片厚度为1.0mm～2.0mm，膜片孔径为0.10μm～0.20μm，膜片开孔率为80%～85%。U型卡槽3的横部设有供脱硫废水出水管10、脱硫废水进水管11或蒸汽进出管13穿过的开孔26。绞织丝网6为聚丙烯或聚偏否乙烯，格网为绞织10#～20#，丝径为0.5mm～0.8mm，层数为1～3层。

带有光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置的浓缩系统，如图13所示，包括从左到右顺次相连的废水缓冲箱29、脱硫废水供水泵19、冷凝器20、多效脱硫废水装置、浓缩后废水缓冲箱21，冷凝器20和多效脱硫废水装置均与冷凝水箱22相连，冷凝器20还与真空泵28相连；

多效脱硫废水装置包括5或6个脱硫废水组件18，为2或3级、呈楔形布置；2级所述多效脱硫废水装置为5个脱硫废水组件18，呈3:2分布，3级所述多效脱硫废水装置为6个脱硫废水组件18，呈3:2:1分布，脱硫废水组件18之间通过串联连接的水蒸气管道23相连，还通过并联相连的脱硫废水管道24相连。

带有光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置的浓缩系统浓缩脱硫废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，预处理：脱硫废水在进入光热法减压膜蒸馏系统的废水缓冲箱29前，首先采用氢氧化钠/纯碱法或纳滤工艺去除脱硫废水中残余的少量钙镁离子；

步骤二，预热：进入废水缓冲箱9的脱硫废水经脱硫废水供水泵19、进入冷凝器20的管侧冷凝，冷凝器20壳程上部开口与真空泵28相连；

步骤三，多效脱硫废水装置对脱硫废水的处理：预热后的脱硫废水进入多效脱硫废水装置进行多级处理形成浓缩脱硫废水；

步骤四，脱硫废水浓缩水箱收集浓缩脱硫废水：步骤三处理后的浓缩脱硫废水流至脱硫废水浓缩水箱21，至此，本实用新型带有光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置的浓缩系统浓缩脱硫废水完毕。

本实用新型具体脱硫废水在进入光热法减压膜蒸馏系统的废水缓冲箱前，首先采用氢氧化钠/纯碱法或纳滤工艺去除脱硫废水中残余的少量钙镁离子，防止钙镁离子在脱硫废水的分盐过程中造成沸点升高和结晶的氯化钠质量不达标，进入废水缓冲箱的脱硫废水经脱硫废水输送泵进入冷凝器的管侧冷凝在光热法减压膜蒸馏浓缩过程中的产生的蒸汽，蒸汽在冷凝器的壳程。在冷凝器壳程上部开口与真空泵相连，预热后的脱硫废水进入多效脱硫废水装置的一级，一级膜组件可以根据系统的处理能力采用一个或多个膜元件，膜元件即为脱硫废水组件18，在膜元件的太阳能集热板吸收太阳能的光能转化的热能，同时在热传导作用下将所吸收的能量传递给膜元件中流动的脱硫废水，在膜元件的分离膜侧，上一级膜元件产生的水蒸气与分离膜换热加热在另一侧的脱硫废水，在二者作用下使得脱硫废水的温度升高，在分离膜的水蒸气侧在真空作用下脱硫废水中的水以蒸汽的形式透过膜使脱硫废水得到一定程度的浓缩，浓缩后的脱硫废水进入下一级膜组件进一步浓缩，透过的水蒸气一部分重新冷凝经膜元件的冷凝水出口排至冷凝水箱。另一部分蒸汽进入蒸汽冷凝器用于脱硫废水的预热，浓缩后的脱硫废水进入多效脱硫废水装置的二级，二级膜组件可以根据系统的处理能力采用一个或多个膜元件，在膜元件的太阳能集热板吸收太阳能的光能转化的热能，同时在热传导作用下将所吸收的能量传递给膜元件中流动的脱硫废水，同时在三级膜组件产生水蒸气与分离膜换热加热在另一侧的脱硫废水，在二者作用下使得脱硫废水的温度升高，在分离膜的水蒸气侧在真空作用下脱硫废水中的水以蒸汽的形式透过膜使脱硫废水得到一定程度的浓缩，浓缩后的脱硫废水进入三级膜组件进一步浓缩，透过的水蒸气一部分重新冷凝经膜元件的冷凝水出口排至冷凝水箱，另一部分蒸汽进入一级的膜组件用于脱硫废水的加热，浓缩后的脱硫废水进入多效脱硫废水装置的下三级，三级膜组件可以根据系统的处理能力采用一个或多个膜元件，在膜元件的太阳能集热板吸收太阳能的光能转化的热能，同时在热传导作用下将所吸收的能量传递给膜元件中流动的脱硫废水，使得脱硫废水的温度升高，在分离膜的水蒸气侧在真空作用下脱硫废水中的水以蒸汽的形式透过膜使脱硫废水得到一定程度的浓缩，浓缩后的脱硫废水进入达到所需浓度进入脱硫废水浓缩水箱，用于进一步浓缩。透过的水蒸气一部分重新冷凝经膜元件的冷凝水出口排至冷凝水箱。另一部分蒸汽进入二级的膜组件用于脱硫废水的加热。

根据脱硫废水中的含盐量、所要求的脱硫废水预浓缩浓度的不同，光热法减压膜蒸馏系统可以采用多级（不少于3级）处理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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 (8)

1.光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置，其特征在于：所述光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置包括脱硫废水组件（18），所述脱硫废水组件（18）包括由内而外依次设置的内支撑边框（1）、外支撑边框（2）和背板（12），所述内支撑边框（1）和外支撑边框（2）均为矩形，四边均设有U型卡槽（3），所述内支撑边框（1）和外支撑边框（2）边框部位卡固在U型卡槽（3）内，所述U型卡槽（3）靠近外支撑边框（2）的竖部设有紧固螺栓（4），所述紧固螺栓（4）穿过U型卡槽（3）竖部后抵在设于外支撑边框（2）边框上的压板（5）上，将内支撑边框（1）和外支撑边框（2）固定在U型卡槽（3）内，所述U型卡槽（3）靠近内支撑边框（1）的竖部与内支撑边框（1）之间、所述内支撑边框（1）与外支撑边框（2）之间和所述背板（12）与压板（5）之间均设有密封胶垫（27）；

所述内支撑边框（1）框内设有绞织丝网（6），所述内支撑边框（1）前后两面分别敷设有平板式多孔疏水膜（7）和太阳能集热板（8），所述内支撑边框（1）上边框和下边框分别设有脱硫废水出水管（10）和脱硫废水进水管（11）；所述外支撑边框（2）框内设有支撑网格（9），所述背板（12）朝向支撑网格（9）的一侧面敷设有保温层（14）；所述外支撑边框（2）左右边框均设有蒸汽进出管（13），下边框设有冷凝疏水出口（25）。

2.如权利要求1所述的光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置，其特征在于：所述外支撑边框（2）前表面四周边沿设有条状凸起（15），条状凸起（15）围成的矩形与背板（12）相适应。

3.如权利要求1所述的光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置，其特征在于：所述支撑网格（9）包括竖向格栅条（16）和对竖向格栅条起限位作用的横向格栅条（17），由耐温高分子材料制成，所述竖向格栅条（16）朝向平板式多孔疏水膜（7）的一侧为锯齿状，所述竖向格栅条（16）和横向格栅条（17）非连接部位均设有圆孔。

4.如权利要求1所述的光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置，其特征在于：所述太阳能集热板（8）由钛班或1.4529不锈钢制成，太阳能集热板（8）采光侧设有电镀黑铬涂层。

5.如权利要求1所述的光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置，其特征在于：所述平板式多孔疏水膜（7）为聚偏佛乙烯PVDF或聚丙烯PP，膜片厚度为1.0mm～2.0mm，膜片孔径为0.10μm～0.20μm，膜片开孔率为80%～85%。

6.如权利要求1所述的光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置，其特征在于：所述U型卡槽（3）的横部设有供脱硫废水出水管（10）、脱硫废水进水管（11）或蒸汽进出管（13）穿过的开孔（26）。

7.如权利要求1所述的光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置，其特征在于：所述绞织丝网（6）为聚丙烯或聚偏否乙烯，格网为绞织10#～20#，丝径为0.5mm～0.8mm，层数为1～3层。

8.带有如权利要求1~7任意一项所述的光热法减压多效膜蒸馏处理脱硫废水的装置的浓缩系统，其特征在于：包括从左到右顺次相连的废水缓冲箱（29）、脱硫废水供水泵（19）、冷凝器（20）、多效脱硫废水装置、浓缩后废水缓冲箱（21），所述冷凝器（20）和多效脱硫废水装置均与冷凝水箱（22）相连，所述冷凝器（20）还与真空泵（28）相连；

所述多效脱硫废水装置包括5或6个脱硫废水组件（18），为2或3级、呈楔形布置；2级所述多效脱硫废水装置为5个脱硫废水组件（18），呈3:2分布，3级所述多效脱硫废水装置为6个脱硫废水组件（18），呈3:2:1分布，所述脱硫废水组件（18）之间通过串联连接的水蒸气管道（23）相连，还通过并联相连的脱硫废水管道（24）相连。