CN208429893U - 一种废水空气蒸馏浓缩净化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种废水空气蒸馏浓缩净化系统,该系统和方法以空气为载气从蒸馏浓缩塔的进气口进入,在蒸馏浓缩塔内与从塔上端喷下的废水对流,随着温度升高,废水中部分水分被空气带走,得到湿饱和空气和废水浓缩液,热源来自气体侧或液体侧或同时来自气体侧和液体测;该湿饱和空气经预热器相变换热后,冷凝形成冷凝水和除湿空气,冷凝水直接排放,除湿空气进入进气单元自然循环或直接排放;浓缩液收集锥斗内的浓缩液如达TDS≥25万ppm则直接排放,未达TDS≥25万ppm则通过废水循环管道与废水来水混合循环浓缩直至TDS≥25万ppm。蒸馏浓缩塔内还设有多层填料层用于增强传质传热。载气或用烟气、氦气、氩气、氮气、CO2或蒸汽等气体。
Description
技术领域
本实用新型涉及废水处理领域,涉及废水的浓缩减量,具体涉及一种废水空气蒸馏浓缩净化系统以及基于该系统的废水空气蒸馏浓缩方法,该废水可以为脱硫废水,空气或采用烟气、氦气、氩气、氮气、CO2或蒸汽等气体替换。
背景技术
脱硫废水零排放系统一般包括预处理单元、浓缩减量单元、末端固化单元三部分。
目前,国内外采用的浓缩减量技术主要有热浓缩(如:MVC/MED蒸发浓缩)、膜浓缩(如:RO高压反渗透、FO正渗透浓缩)。
MVC/MED热浓缩技术:可将脱硫废水预处理产水浓缩至TDS≤20万ppm,主要存在以下问题:1)由于高盐度废水具有较强的腐蚀性,所有与废水接触的设备部件都要使用价格高昂的金属材料,造成了设备成本较高;2)由于蒸汽与废水传热表面极其重要,若换热表面形成结垢,则系统性能将大幅度减低,因此该技术对废水预处理的要求也非常高;3)废水盐度较高时,相应的沸点升高也较高(如氯化钠溶液在饱和浓度条件下沸点升高达13℃),蒸发浓缩技术此时的能效不高,造成运行成本增加。因此,普遍存在投资、运行维护费用高,占地面积大,设备结垢腐蚀严重等问题。
膜浓缩技术:FO正渗透和RO高压反渗透浓缩技术,可将脱硫废水预处理产水分别浓缩至TDS≤18万ppm和TDS≤10万ppm,投资及运行维护费用、占地面积略低于MVC/MED热浓缩技术,1)为了防止膜元件污堵,其对废水的预处理要求较高,从而增加了预处理的投资和运维费用;2)运行过程中膜元件不断劣化,需要定期清洗和更换,增加了运行维护成本;3)受膜技术的限制,废水的浓缩倍数较低,浓水排放量高于MVC/MED热浓缩技术,增加了末端处理(如:蒸发结晶等)的投资和运维费用;4)普遍存在膜系统清洗困难、清洗周期和使用寿命短、抗负荷冲击能力差等问题。
发明内容
本实用新型目的在于克服现有技术的不足,提供一种废水空气蒸馏浓缩净化系统以及基于该系统的废水空气蒸馏浓缩方法,该废水可以为脱硫废水,空气或采用烟气、氦气、氩气、氮气、CO2或蒸汽等气体替换。
本实用新型的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的:
一种废水空气蒸馏浓缩净化系统,包括空气进气单元、废水进液单元、蒸馏浓缩塔、用于为空气进气单元或/和废水进液单元加热的加热单元,还包括收集蒸馏浓缩塔湿空气中热量为废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元与蒸馏浓缩塔的进气口连通;所述废水进液单元包括废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为废水进液口;
所述空气进气单元或/和废水进液单元设有加热单元;
所述预热器设于废水进液管道上,还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后进入空气进气单元自然循环或直接排放;
所述空气为载气,载气或采用烟气、氦气、氩气、氮气、CO2或蒸汽等气体。
进一步地,所述预热器为多段泡罩塔式换热器,多段泡罩塔内自下而上设有多个冷凝器(该冷凝器一般为翅片盘管式冷凝器,也可以是其它形式的管式或板式冷凝器,如:蛇管式冷凝器、翅片板式冷凝器、板框式冷凝器等),多段泡罩塔的底部设有冷流入口,自下而上设有多个对应于各冷凝器的热流入口,所述冷流入口为废水入口,所述热流入口分别通过管道连通于蒸馏浓缩塔的不同高度处抽取不同温度的湿空气,且多个热流入口自下而上分别对应连通于蒸馏浓缩塔自上而下的湿空气抽取口;多段泡罩塔侧面设冷凝产水出口,顶部设有除湿空气出口和经饱和湿空气预热的热废水出口。
进一步地,所述的空气蒸馏浓缩净化系统包括空气进气单元、废水进液单元、蒸馏浓缩塔、空气加热单元和为废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元包括空气滤清器和风机,空气加热单元包括换热器,空气依次经空气滤清器、风机、换热器从蒸馏浓缩塔的进气口进入塔体;换热器还与为空气加热的热源连通;
所述废水进液单元包括废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为废水进液口;所述预热器设于废水进液管道上,该预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后直接排放或进入空气进气单元自然循环;
所述浓缩液收集锥斗设有用于排放浓缩液的排放阀和排液泵,锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与废水进液管道连通。
进一步地,所述的空气蒸馏浓缩净化系统包括空气进气单元、废水进液单元、蒸馏浓缩塔、废水加热单元和为废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元包括空气滤清器和风机,空气依次经过空气滤清器、风机从蒸馏浓缩塔的进气口进入塔体;
所述废水进液单元包括废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为废水进液口;所述废水加热单元包括设于废水进液管道上的换热器,所述预热器设于废水进液管道上,废水依次经预热器预热和换热器加热进入塔体;所述预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后直接排放或进入空气进气单元自然循环;所述换热器还与为废水加热的热源连通;
所述浓缩液收集锥斗设有用于排放浓缩液的排放阀和排液泵,锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与废水进液管道连通。
进一步地,所述的空气蒸馏浓缩净化系统包括空气进气单元、废水进液单元、蒸馏浓缩塔、空气加热单元、废水加热单元和为废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元包括空气滤清器和风机,空气加热单元包括第一换热器,空气依次经过空气滤清器、风机、第一换热器从蒸馏浓缩塔的进气口进入塔体;所述第一换热器还与为空气加热的热源连通;
所述废水进液单元包括废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为废水进液口;所述废水加热单元包括设于废水进液管道上的第二换热器,所述预热器设于废水进液管道上,废水依次经预热器预热和第二换热器加热进入塔体;所述第二换热器还与为废水加热的热源连通;
所述预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后直接排放或进入空气进气单元自然循环;
所述浓缩液收集锥斗设有用于排放浓缩液的排放阀和排液泵,锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与废水进液管道连通。
进一步地,蒸馏浓缩塔内还设有多层填料层,下层填料采用散堆填料,上层填料采用规整填料,且每上一层填料的单位体积比表面积是其下一层填料的1.25-2.5倍。
进一步地,所述散堆填料选用洗涤塔高效塑料填料和/或特拉瑞德环填料或功能性能相近的类同散堆填料,所述规整填料选用脉冲型规整填料或功能性能相近的类同规整填料。
进一步地,所述的空气蒸馏浓缩净化系统还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的出气调制机构;
所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板;所述出气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板;
所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片;入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体,两端为半圆球体或圆锥体;出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体;所述调制叶片设于圆柱体的下端,包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片;
所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。
进一步地,所述入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成,所述调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的近下端锥体处。
一种采用上述系统的废水空气蒸馏浓缩方法,以空气为载气从蒸馏浓缩塔的进气口进入,在蒸馏浓缩塔内与从蒸馏浓缩塔上端喷下的废水对流,随着温度的升高,废水中部分水分被空气带走,分别得到湿饱和空气和废水浓缩液,热源来自气体侧或来自液体侧或同时来自气体侧和液体测;该湿饱和空气经预热器相变换热后,其中的水蒸气冷凝形成冷凝水和除湿空气,冷凝水直接排放,除湿空气进入空气进气单元自然循环或直接排放;浓缩液收集锥斗内的浓缩液如达到TDS≥25万ppm则直接排放,如未达到TDS≥25万ppm则通过废水循环出口及管道与废水来水混合循环浓缩直至TDS≥25万ppm时排放;载气或采用烟气、氦气、氩气、氮气、CO2或蒸汽等气体。
本实用新型的原理(以脱硫废水为例,载气以空气为例):利用不同温度、压力下饱和湿空气含水量不同(如:90℃饱和空气含湿量为1400g水/kg干空气;而25℃饱和空气含湿量为20g水/kg干空气),采用填料塔设备使脱硫废水预处理水与调制成旋风流态【注:增强传热传质】干燥空气直接接触,随着温度的升高【注:热源可以来自气体侧(经电厂除尘器前120-150℃热烟气或热水或蒸汽加热后的≤100℃的热空气)、也可以来自液体侧(经电厂除尘器前120-150℃热烟气或热水或蒸汽加热后的≤100℃脱硫废水预处理水)、还可以是气体和液体侧同时加热后的热空气和脱硫废水预处理水】,饱和湿空气具有较高的分压和较高的含水量,通过干燥空气增湿实现脱硫废水预处理水的蒸发和盐分的浓缩。排出填料塔的高温饱和湿空气经换热器回收热量预热脱硫废水预处理水或空气后排入脱硫塔作为脱硫工艺补水,产水可达到蒸馏水水质,优于《GB/T19923-2005》的技术标准。空气蒸馏浓缩液用于燃煤电厂干灰渣调湿或排至末端固化单元进行固化处理,从而实现燃煤电厂脱硫废水零排放。
上述技术方案中,以空气为载气从蒸馏浓缩塔的进气口进入,在蒸馏浓缩塔内与从蒸馏浓缩塔上端喷下的脱硫废水对流,随着温度的升高,脱硫废水中部分水分被空气带走,分别得到湿饱和空气和脱硫废水浓缩液,热源来自气体侧或来自液体侧或同时来自气体侧和液体测。空气滤清器用于对空气过滤,风机用于为空气提供动力。预热器一方面用于收集湿空气的热量对脱硫废水初步预热,另一方面对湿空气进行冷凝除湿,该冷凝水可达蒸馏水水质,回收利用,除湿空气进入空气进气单元自然循环或直接排放。换热器用于空气或/和脱硫废水加热至所需温度,为预热器提供热量的热源可以是热水、蒸汽或电厂的烟气。为了降低塔高,减少设备投资和占用空间,需要提高空气蒸馏浓缩效率,进气调制机构和出气调制机构可以发挥这种效果。入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片。出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方,都位于塔体的中心线上;入口导流板在垂直方向上位于入口气体分布调制器下方,水平方向上正对空气进气管道;出口导流板在垂直方向上位于出口气体分布调制器上方,水平方向上正对空气排气管道;空气从进气管道进入吹向入口导流板由水平流态引导为垂直流态,再吹向入口气体分布调制器由垂直上升流态调制为旋转上升流态,与雾化的热脱硫废水传质对流后依次吹向出口气体分布调制器、出口导流板排出。出口气体分布调制器的调制轴体和入口气体分布调制器的调制轴体像一对虚拟轴承,入口气体分布调制器、出口气体分布调制器共同使气流被分布成绕雾化液滴旋转运动的旋风流态,实现高效传质传热,使进出风更加均匀,塔内空间利用率大幅提高,有效降低塔高度。入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体,两端为半圆球体或圆锥体,可以增强调制叶片对气体的旋转调制强度,出口气体分布调制器的调制轴体的下端锥体具有同样的作用。浓缩液收集锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与脱硫废水进液管道连通,可以将浓缩液多次循环浓缩,直至达到目的浓度后从排液口排出锥斗。填料层的作用在于增强传质,在最下层填料层单位体积填料的比表面积最小,在最上层填料层单位体积填料的比表面积最大。因为脱硫废水自上而下,脱硫废水被逐步浓缩,流经下段塔节的脱硫废水已被浓缩,盐分浓度升高、结垢倾向更为严重。预热器可以采用多段泡罩塔式换热器,多段泡罩塔内自下而上设有多个冷凝器(该冷凝器一般为翅片盘管式冷凝器,也可以是其它形式的管式或板式冷凝器,如:蛇管式冷凝器、翅片板式冷凝器、板框式冷凝器等),多段泡罩塔的底部设有冷流入口,自下而上设有多个对应于各冷凝器的热流入口,所述冷流入口为脱硫废水入口,所述热流入口分别通过管道连通于蒸馏浓缩塔的不同高度处抽取不同温度的湿空气,且多个热流入口自下而上分别对应连通于蒸馏浓缩塔自上而下的湿空气抽取口;多段泡罩塔的侧面设有冷凝产水出口,顶部设有除湿空气出口和经饱和湿空气预热的热脱硫废水出口。蒸馏浓缩塔多段抽取及其与多段泡罩塔的连接配合关系可以显著提高热交换效率,能量利用率高。
本实用新型提供的系统和方法可以有效对脱硫废水进行浓缩,同时具有如下优点:
1、浓水排放量远小于其它浓缩减量技术,大大减轻末端处理(如:蒸发结晶等)的投资和运维费用【与MVC/MED热浓缩技术相比,末端处理(如:蒸发结晶等)的投资和运维费用可降低25%以上;与RO高压反渗透浓缩技术相比,末端处理(如:蒸发结晶等)的投资和运维费用可降低50%以上;与FO正渗透浓缩技术相比,末端处理(如:蒸发结晶等)的投资和运维费用可降低32%以上】。
2、系统运行温度为60-95℃左右,可有效利用电厂各种低温废热作为热源。
3、主要工艺设备采用塑料类材料或普通碳钢内衬塑料类材料制造,并采用直接接触传热传质,具有较高的传热传质效率和优良的防腐防垢性能。
4、对预处理水质要求较低,不会增加脱硫废水预处理投资和运维费用;
5、设备投资少、占地面积小、运行维护简单,投资及运维费用远小于其它浓缩减量技术【可降低投资60%以上;可降低运行费用50%以上】,系统运行稳定可靠,处理效果明显,产水可达蒸馏水水质,优于《GB/T19923-2005城市污水再生利用-工业用水水质》(工艺水)的技术标准,全部回用于脱硫工艺水。浓缩减量后浓缩液,可用于灰渣调湿或进行固化处理。
附图说明
图1为脱硫废水空气蒸馏浓缩系统的结构示意图(热源来自气体侧);
图2为脱硫废水空气蒸馏浓缩系统的结构示意图(热源来自液体侧);
图3为脱硫废水空气蒸馏浓缩系统的结构示意图(热源来自气体侧和液体侧);
图4为入口气体分布调制器的结构示意图;
图5为入口气体分布调制器的调制叶片的结构示意图;
图6为入口气体分布调制器和入口导流板的结构示意图;
图7为出口气体分布调制器和出口导流板的结构示意图;
图8为蒸馏浓缩塔与泡罩塔的结构示意及连接关系示意图(热源来自气体侧);
图9为蒸馏浓缩塔与泡罩塔的结构示意及连接关系示意图(热源来自液体侧);
图10为蒸馏浓缩塔与泡罩塔的结构示意及连接关系示意图(热源来自气体侧和液体侧);
其中,21-入口导流板,22-出口导流板,23-调制轴体,24-叶片,25-内箍筋,26-外箍筋。
具体实施方式
下面结合实施例具体介绍本实用新型的实质性内容,但并不以此限定本实用新型的保护范围。
下述实施例以脱硫废水为例,载气以空气为例。
实施例1:如图1所示的一种脱硫废水空气蒸馏浓缩净化系统,包括空气进气单元、脱硫废水进液单元、蒸馏浓缩塔、空气加热单元和为脱硫废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元包括空气滤清器和风机,空气加热单元包括换热器,空气依次经空气滤清器、风机、换热器从蒸馏浓缩塔的进气口进入塔体;换热器还与为空气加热的热源(热水、蒸汽或热烟气)连通;
所述脱硫废水进液单元包括脱硫废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为脱硫废水进液口;所述预热器设于脱硫废水进液管道上,该预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后直接排放或进入空气进气单元自然循环;
所述浓缩液收集锥斗设有用于排放浓缩液的排放阀和排液泵,锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与脱硫废水进液管道连通。
图1中可见,蒸馏浓缩塔内还设有多层填料层(一般为2-8层,常用为四层),填料材质为耐温≥100℃的耐腐蚀抗结垢塑料材料,常用PP聚丙烯材质。下层填料采用散堆填料,上层填料采用规整填料,且每上一层填料的单位体积比表面积是其下一层填料的1.25-2.5倍。
散堆填料选用洗涤塔高效塑料填料和/或特拉瑞德环填料或功能性能相近的类同散堆填料,所述规整填料选用脉冲型规整填料或功能性能相近的类同规整填料。
所述空气蒸馏浓缩系统还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的出气调制机构(如图4-7所示);
所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板;所述出气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板;入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成;
所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片;入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体,两端为半圆球体或圆锥体;出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体;所述调制叶片设于圆柱体的下端,包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片;具体地,调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的下端。所述调制轴体为中空结构。
所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。
实施例2:
如图2所示的一种脱硫废水空气蒸馏浓缩净化系统,包括空气进气单元、脱硫废水进液单元、蒸馏浓缩塔、脱硫废水加热单元和为脱硫废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元包括空气滤清器和风机,空气依次经过空气滤清器、风机从蒸馏浓缩塔的进气口进入塔体;
所述脱硫废水进液单元包括脱硫废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为脱硫废水进液口;所述脱硫废水加热单元包括设于脱硫废水进液管道上的换热器,所述预热器设于脱硫废水进液管道上,脱硫废水依次经预热器预热和换热器加热进入塔体;所述预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后直接排放或进入空气进气单元自然循环;所述换热器还与为脱硫废水加热的热源(热水、蒸汽或热烟气)连通;
所述浓缩液收集锥斗设有用于排放浓缩液的排放阀和排液泵,锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与脱硫废水进液管道连通。
图2中可见,蒸馏浓缩塔内还设有多层填料层(一般为2-8层,常用为四层),填料材质为耐温≥100℃的耐腐蚀抗结垢塑料材料,常用PP聚丙烯材质。下层填料采用散堆填料,上层填料采用规整填料,且每上一层填料的单位体积比表面积是其下一层填料的1.25-2.5倍。
散堆填料选用洗涤塔高效塑料填料和/或特拉瑞德环填料或功能性能相近的类同散堆填料,所述规整填料选用脉冲型规整填料或功能性能相近的类同规整填料。
所述空气蒸馏浓缩系统还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的出气调制机构(如图4-7所示);
所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板;所述出气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板;入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成;
所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片;入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体,两端为半圆球体或圆锥体;出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体;所述调制叶片设于圆柱体的下端,包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片;具体地,调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的下端。所述调制轴体为中空结构。
所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。
实施例3:
如图3所示的一种脱硫废水空气蒸馏浓缩净化系统,包括空气进气单元、脱硫废水进液单元、蒸馏浓缩塔、空气加热单元、脱硫废水加热单元和为脱硫废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元包括空气滤清器和风机,空气加热单元包括第一换热器,空气依次经过空气滤清器、风机、第一换热器从蒸馏浓缩塔的进气口进入塔体;所述第一换热器还与为空气加热的热源(热水、蒸汽或热烟气)连通;
所述脱硫废水进液单元包括脱硫废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为脱硫废水进液口;所述脱硫废水加热单元包括设于脱硫废水进液管道上的第二换热器,所述预热器设于脱硫废水进液管道上,脱硫废水依次经预热器预热和第二换热器加热进入塔体;所述第二换热器还与为脱硫废水加热的热源(热水、蒸汽或热烟气)连通;
所述预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后直接排放或进入空气进气单元自然循环;
所述浓缩液收集锥斗设有用于排放浓缩液的排放阀和排液泵,锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与脱硫废水进液管道连通。
图3中可见,蒸馏浓缩塔内还设有多层填料层(一般为2-8层,常用为四层),填料材质为耐温≥100℃的耐腐蚀抗结垢塑料材料,常用PP聚丙烯材质。下层填料采用散堆填料,上层填料采用规整填料,且每上一层填料的单位体积比表面积是其下一层填料的1.25-2.5倍。
散堆填料选用洗涤塔高效塑料填料和/或特拉瑞德环填料或功能性能相近的类同散堆填料,所述规整填料选用脉冲型规整填料或功能性能相近的类同规整填料。
所述空气蒸馏浓缩系统还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的出气调制机构(如图4-7所示);
所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板;所述出气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板;入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成;
所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片;入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体,两端为半圆球体或圆锥体;出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体;所述调制叶片设于圆柱体的下端,包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片;具体地,调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的下端。所述调制轴体为中空结构。
所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。
上述实施例中,预热器和换热器采用常规热交换效率较高的预热器和换热器即可,比如换热器可以采用泡罩塔换热器。换热器的热源采用电厂除尘器前热烟气。
另外,不同工作段应设计取样口、观察口、检修口,方便随时观察取样、观察、开口检修检查内部部件;不同工作段,应配置压力表、温度计。塔体分段制作,法兰连接。不同部件的材质,应根据接触介质的成分和浓度,选择材质。耐腐蚀材料可根据接触介质的成分和浓度选择碳钢内衬耐温≥100℃的橡胶或塑料【如:聚四氟乙烯、玻璃钢、PP聚丙烯、玻璃鳞片等】、或金属【如:不锈钢、钛合金、C276、1.4529等】、或耐温≥100℃的塑料【如:聚四氟乙烯、玻璃钢、PP聚丙烯等】。
一种采用实施例1-3系统的脱硫废水空气蒸馏浓缩方法,以空气为载气从蒸馏浓缩塔的进气口进入,在蒸馏浓缩塔内与从蒸馏浓缩塔上端喷下的脱硫废水对流,随着温度的升高,脱硫废水中部分水分被空气带走,分别得到湿饱和空气和脱硫废水浓缩液,热源来自气体侧或来自液体侧或同时来自气体侧和液体测;该湿饱和空气经预热器相变换热后,其中的水蒸气冷凝形成冷凝水和除湿空气,冷凝水直接排放,除湿空气进入空气进气单元自然循环或直接排放;浓缩液收集锥斗内的浓缩液如达到TDS≥25万ppm则直接排放,未达到TDS≥25万ppm则通过废水循环出口及管道与脱硫废水来水混合循环浓缩直至TDS≥25万ppm时排放。
实施例4:预热器的一种具体实例
图8为蒸馏浓缩塔与多段泡罩塔的结构示意及连接关系示意图(热源来自气体侧)。该实施例中,预热器为多段泡罩塔式换热器,设于液体测。多段泡罩塔内垂直方向设有四个盘管式冷凝器(本实施例采用翅片盘管式冷凝器,也可以是其它形式的管式或板式冷凝器,如:蛇管式冷凝器、翅片板式冷凝器、板框式冷凝器等),蒸馏浓缩塔内有四层填料层,多段泡罩塔的底部设有冷流入口,自下而上设有四个对应于各盘管式冷凝器的热流入口,冷流入口为脱硫废水入口,热流入口分别通过管道连通于蒸馏浓缩塔的不同高度处(对应于四层填料层)抽取不同温度的湿空气,且四个热流入口自下而上分别对应连通于蒸馏浓缩塔自上而下的四个湿空气抽取口;多段泡罩塔的侧面设有冷凝产水出口,顶部设有除湿空气出口和经饱和湿空气预热的热脱硫废水出口。
图9为蒸馏浓缩塔与多段泡罩塔的结构示意及连接关系示意图(热源来自液体侧)。该实施例中,预热器为多段泡罩塔式换热器,设于液体侧。多段泡罩塔内垂直方向设有四个盘管式冷凝器(本实施例采用翅片盘管式冷凝器,也可以是其它形式的管式或板式冷凝器,如:蛇管式冷凝器、翅片板式冷凝器、板框式冷凝器等),蒸馏浓缩塔内有四层填料层,多段泡罩塔的底部设有冷流入口,自下而上设有四个对应于各盘管式冷凝器的热流入口,冷流入口为脱硫废水入口,热流入口分别通过管道连通于蒸馏浓缩塔的不同高度处(对应于四层填料层)抽取不同温度的湿空气,且四个热流入口自下而上分别对应连通于蒸馏浓缩塔自上而下的四个湿空气抽取口;多段泡罩塔的侧面设有冷凝产水出口,顶部设有除湿空气出口和经饱和湿空气预热的热脱硫废水出口。
图10为蒸馏浓缩塔与多段泡罩塔的结构示意及连接关系示意图(热源来自气体侧和液体侧)。该图代表的实例是在图8、9基础上于气体侧和液体侧同时设置换热器。
上述技术方案中,以空气为载气从蒸馏浓缩塔的进气口进入,在蒸馏浓缩塔内与从蒸馏浓缩塔上端喷下的脱硫废水对流,随着温度的升高,脱硫废水中部分水分被空气带走,分别得到湿饱和空气和脱硫废水浓缩液,热源来自气体侧或来自液体侧或同时来自气体侧和液体测。空气滤清器用于对空气过滤,风机用于为空气提供动力。预热器一方面用于收集湿空气的热量对脱硫废水初步预热,另一方面对湿空气进行冷凝除湿,该冷凝水可达蒸馏水水质,回收利用,除湿空气进入空气进气单元自然循环或直接排放。换热器用于空气或/和脱硫废水加热至所需温度,为预热器提供热量的热源可以是热水、蒸汽或电厂的烟气。为了降低塔高,减少设备投资和占用空间,需要提高空气蒸馏浓缩效率,进气调制机构和出气调制机构可以发挥这种效果。入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片。出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方,都位于塔体的中心线上;入口导流板在垂直方向上位于入口气体分布调制器下方,水平方向上正对空气进气管道;出口导流板在垂直方向上位于出口气体分布调制器上方,水平方向上正对空气排气管道;空气从进气管道进入吹向入口导流板由水平流态引导为垂直流态,再吹向入口气体分布调制器由垂直上升流态调制为旋转上升流态,与雾化的热脱硫废水传质对流后依次吹向出口气体分布调制器、出口导流板排出。出口气体分布调制器的调制轴体和入口气体分布调制器的调制轴体像一对虚拟轴承,入口气体分布调制器、出口气体分布调制器共同使气流被分布成绕雾化液滴旋转运动的旋风流态,实现高效传质传热,使进出风更加均匀,塔内空间利用率大幅提高,有效降低塔高度。入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体,两端为半圆球体或圆锥体,可以增强调制叶片对气体的旋转调制强度,出口气体分布调制器的调制轴体的下端锥体具有同样的作用。浓缩液收集锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与脱硫废水进液管道连通,可以将浓缩液多次循环浓缩,直至达到目的浓度后从排液口排出锥斗。填料层的作用在于增强传质,在最下层填料层单位体积填料的比表面积最小,在最上层填料层单位体积填料的比表面积最大。因为脱硫废水自上而下,脱硫废水被逐步浓缩,流经下段塔节的脱硫废水已被浓缩,盐分浓度升高、结垢倾向更为严重。预热器可以采用多段泡罩塔式换热器,多段泡罩塔内自下而上设有多个冷凝器(一般采用翅片盘管式冷凝器,也可以是其它形式的管式或板式冷凝器,如:蛇管式冷凝器、翅片板式冷凝器、板框式冷凝器等),多段泡罩塔的底部设有冷流入口,自下而上设有多个对应于各冷凝器的热流入口,所述冷流入口为脱硫废水入口,所述热流入口分别通过管道连通于蒸馏浓缩塔的不同高度处抽取不同温度的湿空气,且多个热流入口自下而上分别对应连通于蒸馏浓缩塔自上而下的湿空气抽取口;多段泡罩塔的侧面设有冷凝产水出口,顶部设有除湿空气出口和经饱和湿空气预热的热脱硫废水出口。蒸馏浓缩塔多段抽取及其与多段泡罩塔的连接配合关系可以显著提高热交换效率,能量利用率高。
本实用新型提供的系统和方法可以有效对脱硫废水进行浓缩,同时具有如下优点:
1、浓水排放量远小于其它浓缩减量技术,大大减轻末端处理(如:蒸发结晶等)的投资和运维费用【与MVC/MED热浓缩技术相比,末端处理(如:蒸发结晶等)的投资和运维费用可降低25%以上;与RO高压反渗透浓缩技术相比,末端处理(如:蒸发结晶等)的投资和运维费用可降低50%以上;与FO正渗透浓缩技术相比,末端处理(如:蒸发结晶等)的投资和运维费用可降低32%以上】。
2、系统运行温度为60-95℃左右,可有效利用电厂各种低温废热作为热源。
3、主要工艺设备采用塑料类材料或普通碳钢内衬塑料类材料制造,并采用直接接触传热传质,具有较高的传热传质效率和优良的防腐防垢性能。
4、对预处理水质要求较低,不会增加脱硫废水预处理投资和运维费用;
5、设备投资少、占地面积小、运行维护简单,投资及运维费用远小于其它浓缩减量技术【可降低投资60%以上;可降低运行费用50%以上】,系统运行稳定可靠,处理效果明显,产水可达蒸馏水水质,优于《GB/T19923-2005城市污水再生利用-工业用水水质》(工艺水)的技术标准,全部回用于脱硫工艺水。浓缩减量后浓缩液,可用于灰渣调湿或进行固化处理。
上述实施例的作用在于具体介绍本实用新型的实质性内容,但本领域技术人员应当知道,不应将本实用新型的保护范围局限于该具体实施例。
Claims (17)
1.一种废水空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:包括空气进气单元、废水进液单元、蒸馏浓缩塔、用于为空气进气单元或/和废水进液单元加热的加热单元,还包括收集蒸馏浓缩塔湿空气中热量为废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元与蒸馏浓缩塔的进气口连通;所述废水进液单元包括废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为废水进液口;
所述空气进气单元或/和废水进液单元设有加热单元;
所述预热器设于废水进液管道上,预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后进入空气进气单元自然循环或直接排放;
所述空气为载气,载气或采用烟气、氦气、氩气、氮气、CO2或蒸汽。
2.根据权利要求1所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:所述预热器为多段泡罩塔式换热器,多段泡罩塔内自下而上设有多个冷凝器,多段泡罩塔的底部设有冷流入口,自下而上设有多个对应于各冷凝器的热流入口,所述冷流入口为废水入口,所述热流入口分别通过管道连通于蒸馏浓缩塔的不同高度处抽取不同温度的湿空气,且多个热流入口自下而上分别对应连通于蒸馏浓缩塔自上而下的湿空气抽取口;多段泡罩塔侧面设冷凝产水出口,顶部设有除湿空气出口和经饱和湿空气预热的热废水出口。
3.根据权利要求1或2所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:包括空气进气单元、废水进液单元、蒸馏浓缩塔、空气加热单元和为废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元包括空气滤清器和风机,空气加热单元包括换热器,空气依次经空气滤清器、风机、换热器从蒸馏浓缩塔的进气口进入塔体;换热器还与为空气加热的热源连通;
所述废水进液单元包括废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为废水进液口;所述预热器设于废水进液管道上,该预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后直接排放或进入空气进气单元自然循环;
所述浓缩液收集锥斗设有用于排放浓缩液的排放阀和排液泵,锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与废水进液管道连通。
4.根据权利要求1或2所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:包括空气进气单元、废水进液单元、蒸馏浓缩塔、废水加热单元和为废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元包括空气滤清器和风机,空气依次经过空气滤清器、风机从蒸馏浓缩塔的进气口进入塔体;
所述废水进液单元包括废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为废水进液口;所述废水加热单元包括设于废水进液管道上的换热器,所述预热器设于废水进液管道上,废水依次经预热器预热和换热器加热进入塔体;所述预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后直接排放或进入空气进气单元自然循环;所述换热器还与为废水加热的热源连通;
所述浓缩液收集锥斗设有用于排放浓缩液的排放阀和排液泵,锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与废水进液管道连通。
5.根据权利要求1或2所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:包括空气进气单元、废水进液单元、蒸馏浓缩塔、空气加热单元、废水加热单元和为废水进液单元预热的预热器;
所述蒸馏浓缩塔的下部设有进气口,底部设有浓缩液收集锥斗,顶部设有湿空气出口;
所述空气进气单元包括空气滤清器和风机,空气加热单元包括第一换热器,空气依次经过空气滤清器、风机、第一换热器从蒸馏浓缩塔的进气口进入塔体;所述第一换热器还与为空气加热的热源连通;
所述废水进液单元包括废水进液管道,该管道的一端从蒸馏浓缩塔的上部进入塔体并向下开口,另一端为废水进液口;所述废水加热单元包括设于废水进液管道上的第二换热器,所述预热器设于废水进液管道上,废水依次经预热器预热和第二换热器加热进入塔体;所述第二换热器还与为废水加热的热源连通;
所述预热器还与蒸馏浓缩塔的湿空气出口连通,湿空气经预热器冷凝除湿后直接排放或进入空气进气单元自然循环;
所述浓缩液收集锥斗设有用于排放浓缩液的排放阀和排液泵,锥斗底部还设有废水循环出口及管道,该管道将废水循环出口与废水进液管道连通。
6.根据权利要求3所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:蒸馏浓缩塔内还设有多层填料层,下层填料采用散堆填料,上层填料采用规整填料,且每上一层填料的单位体积比表面积是其下一层填料的1.25-2.5倍。
7.根据权利要求6所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:所述散堆填料选用洗涤塔高效塑料填料和/或特拉瑞德环填料或功能性能相近的类同散堆填料,所述规整填料选用脉冲型规整填料或功能性能相近的类同规整填料。
8.根据权利要求4所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:蒸馏浓缩塔内还设有多层填料层,下层填料采用散堆填料,上层填料采用规整填料,且每上一层填料的单位体积比表面积是其下一层填料的1.25-2.5倍。
9.根据权利要求8所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:所述散堆填料选用洗涤塔高效塑料填料和/或特拉瑞德环填料或功能性能相近的类同散堆填料,所述规整填料选用脉冲型规整填料或功能性能相近的类同规整填料。
10.根据权利要求5所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:蒸馏浓缩塔内还设有多层填料层,下层填料采用散堆填料,上层填料采用规整填料,且每上一层填料的单位体积比表面积是其下一层填料的1.25-2.5倍。
11.根据权利要求10所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:所述散堆填料选用洗涤塔高效塑料填料和/或特拉瑞德环填料或功能性能相近的类同散堆填料,所述规整填料选用脉冲型规整填料或功能性能相近的类同规整填料。
12.根据权利要求3所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的出气调制机构;
所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板;所述出气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板;
所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片;入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体,两端为半圆球体或圆锥体;出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体;所述调制叶片设于圆柱体的下端,包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片;
所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。
13.根据权利要求12所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:所述入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成,所述调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的近下端锥体处。
14.根据权利要求4所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的出气调制机构;
所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板;所述出气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板;
所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片;入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体,两端为半圆球体或圆锥体;出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体;所述调制叶片设于圆柱体的下端,包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片;
所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。
15.根据权利要求14所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:所述入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成,所述调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的近下端锥体处。
16.根据权利要求5所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的出气调制机构;
所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板;所述出气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板;
所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片;入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体,两端为半圆球体或圆锥体;出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体;所述调制叶片设于圆柱体的下端,包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片;
所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。
17.根据权利要求16所述的空气蒸馏浓缩净化系统,其特征在于:所述入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成,所述调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的近下端锥体处。
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