CN210825817U - 基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及余热蒸汽利用和污水处理技术领域，具体涉及基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统；该系统包括污水蒸发系统，水合物生成系统，水合物分解系统及管路系统；利用低温余热放散蒸汽将污水进行蒸发，蒸汽在水合物生成室生成水合物，水合物经离心后在分解室分解为纯水。该系统能一次性同时处理含有重金属离子废水、有机染料废水、或者有机、无机混合污水。处理后的污水理论上能够达到纯水的标准。本实用新型提供的污水处理系统能够有效减少污水处理步骤，提高处理效率，降低处理成本。此外，还能够有效利用工业低温余热蒸汽，减少蒸汽放散，解决工厂污水和能源放散难题，提高工厂经济和环保效益。
Description
技术领域
本实用新型属于污水处理领域，具体涉及一种基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统。
背景技术
第一次工业革命以来，人类科技取得了巨大的发展，但随之而来的是人类对环境的破坏日益加深。当今世界面临着人口、资源与环境三大问题，其中水资源是各种资源中不可替代的一种重要资源，水资源问题己成为举世瞩目的重要问题之一。科学调研表明，我国的七大水系流域均存在不同程度的水污染现象，水污染治理已经刻不容缓。
常见的水污染包括水体富营养化、重金属离子污染、印染废水污染等，常见的污水处理方法包括生物法、物理法、化学法等。但是常见的工业污水往往含有大量的不同种类的污染物，采用单一的处理方法无法同时去除水体中的污染物，需要采用多道工序、多种方法的结合才能将污水中的污染物去除，达到排放标准。因此，传统的污水处理方法不仅处理工序繁琐，而且费时费力，成本高昂。为此，有待对现有的污水处理方法进行改进。
天然气水合物俗称“可燃冰”，是在低温高压条件下由甲烷和水相互作用形成的非化学计量形笼形固态晶体物质。常见的水合物包括SI型、SII型和SH水合物，其主要区别在于水分子形成的笼形结构大小的不同。环己烷、R141b等物质均能与水分子形成纯净的SH型水合物。其中水分子形成笼状的空间结构，环己烷或R141b分子位于笼子的中间。被水分子包被着从而形成只含有环己烷或 R141b的固态晶体物质。正式由于水合物的这一性质，水合物技术也应用于海水淡化、蓄冷、气体储运等领域。
同时，在工业领域中大量的低温余热资源被白白浪费掉，因为蒸汽压力低，温度在100-200摄氏度以内，相对较低，无法进入动力设备中进行做功从而被有效利用，同时由于低温余热蒸汽的产生量随着生产周期的进行而波动，蒸汽产生量变化较大，因此在实际生产中只能白白放散到空气中，造成了巨大的能源浪费，间接加重了环境污染，每年全国由此造成的损失达上亿吨标准煤。因此，将低温余热蒸汽加以利用，不仅能够节能环保，还能够产生巨大的经济效益。
本实用新型针对目前传统污水处理方法所存在的缺陷，结合水合物技术，提出了一种新的基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统。
实用新型内容
针对传统的污水处理方法处理工序繁琐，费时费力，成本高昂的问题。本实用新型的目的是提出一种基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统，减少污水处理流程，提高污水处理效率，降低污水处理成本。
具体技术方案为：
一种基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统，包括污水蒸发系统、水合物生成系统、水合物分解系统、低温余热蒸汽管路换热系统和数据采集及控制系统；所述的污水蒸发系统包括初级蒸发室和次级蒸发室，所述的初级蒸发室经高温液体泵与次级蒸发室的入料口相连，在初级蒸发室的入口设置有控制污水流量的水泵，在初级蒸发室内设置有第一温压传感器对初级蒸发室内的压力温度进行监测；
所述的水合物生成系统包括水合物生成室和水合物生成剂供应罐以及原料泵，所述的水合物生成室包括在生成室内壁上排列的喷嘴和位于底部的搅拌器；所述的水合物生成室入口前段设置有抽气装置，以排出不凝结气体维持蒸发室和管道压力；
所述的水合物生成室出料口与离心室相连，离心室的水合物离心出口与水合物分解室相连，离心室出水口与水合物生成室相连，所述的分解室的底端与原料泵相连，分解室上端设置有出水口，在分解室内设置有冷却循环，为水合物生成室提供冷量；
所述的低温余热蒸汽管路换热系统包括入口段的蒸汽流量计和蒸汽流量控制阀,以及分别位于初级蒸发室、次级蒸发室和水合物分解室的第一换热器、第二换热器和第三换热器；所述的余热蒸汽先经过第一换热器进行初次换热后进入次级蒸发室第二换热器进一步换热，再经水合物分解室第三换热器进行换热后重新进入水循环管路；在第二换热器和第三换热器之间设置有第二温压传感器对第二换热器出口的温压进行监测；
所述的温压传感器和第二温压传感器、蒸汽流量计、蒸汽流量控制阀、水泵、原料泵所采集的数据均与数据采集及控制系统连接并接受计算机系统的控制。
上述水合物生成剂供应罐中装的水合物生成剂为与水不互溶的水合物生成剂，包括环己烷、R141b。
初级蒸发室的压力为使初级蒸发室中的污水的蒸发温度为60-80℃的气压值，此时对应的气压值为P1；所述的次级蒸发室的压力为使次级蒸发室中的污水的蒸发温度比初级蒸发室的污水的蒸发温度低5-10℃。
所处理的污水可以是富含氮、磷等无机污水，可以是重金属污染废水，也可以是印染等产生的有机污水，或者多种污染物混合的污水。
所述的基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统的方法，进行污水处理的步骤包括：
第一步，将污水进行沉淀、过滤处理步骤去除污水中的固体颗粒；利用抽气装置将蒸发室内的压力维持在设定的真空度压力值，将处理后的污水经过水泵进入初级蒸发室，然后打开蒸汽流量控制阀将蒸汽通入换热器中，污水经第一换热器加热后产生蒸汽，产生的蒸汽经管道输送到水合物生成室；
第二步，污水经初级蒸发后经高温液体泵进入次级蒸发室进行二次蒸发，产生的蒸汽经管道输送到水合物生成室；产生的废弃物经排渣口排出；
第三步，产生的蒸汽进入水合物生成室，在低温下与喷嘴喷出的水合物生成剂生成水合物；
第四步，生成的水合物进入离心室进行离心固液分离，离心后的水合物进入水合物分解室进行分解，固液离心产生的液体重新进入水合物生成室生成水合物；
第五步，离心后的水合物进入水合物分解室，经第三换热器加热后分解为纯水和水合物生成剂；将底部的水合物生成剂经原料泵抽至水合物生成室循环使用，产生的纯水经出水口排出；
所述第一步至第五步中，当蒸汽参数发生变化使第二换热器出口的实时温度 T＞T1时，所述T1是根据水合物分解室的设计处理量计算得出第二换热器的出口最低设计温度；继续以下步骤：
S1：启动水泵，增加蒸发室内污水处理量进而增加换热量，降低第二换热器出口温度值；
S2：启动抽气装置，排出非凝结气体，降低蒸发室内的压力，促进污水蒸发；
S3：增大原料泵的功率，增加水合物生成剂的供应量，降低冷却循环温度，加快水合物的生成，增加水合物的生成量，进而增加水合物分解室水合物分解吸热量；
S4：当采用S1-S3步骤后，实时温度T仍持续升高，使得水合物的实时生成量大于Q1时，所述Q1是离心室满负荷运行对应的水合物的最大设计生成量；启动蒸汽流量阀，降低换热器内的蒸汽的流量，直至实时温度T达到设计温度T1；其中，S1-S4步骤均是实时数据采集，接受控制系统的实时调控；
当蒸汽参数发生变化使得第二换热器出口的实时温度T＜T1时，继续以下步骤：
S5：启动蒸汽流量阀，增大管道内蒸汽流量，根据采集的反馈数据，实时调节，直至蒸汽流量阀完全打开；
S6：蒸汽流量阀完全打开后，降低水泵的运行功率，减少进入初级蒸发室的污水；
S7：降低高温液体泵的功率，减少进入次级蒸发室的污水量；同时，调节原料泵减少水合物剂的供应量；
S8：当实时温度T持续低于设计温度T1时，关闭高温液体泵，只采用初级蒸发室进行污水处理，并动态调整水泵的功率；其中，S5-S8步骤均是实时数据采集，接受控制系统的实时调控。
上述水合物分解室的温度维持在高于水合物相平衡温度以上；所述的水合物生成室内的温度控制在水合物相平衡温度以下。
本实用新型的有益效果为：通过本实用新型应用水合物法进行污水处理，能同时处理含有各种不同污染物的污水，能够有效减少污水处理步骤，减小污水处理所需要的时间，提高污水处理效率，降低污水处理成本。同时，处理后的污水接近纯水，若经多次生成水合物，多次分解，甚至能达到饮用水标准，能大大节约用水。此外，基于水合物法的污水处理还能够有效利用工业低温余热蒸汽，减少蒸汽放散造成的能源和经济浪费。对于工厂，污水和低温余热蒸汽的产生量都很大，运用水合物法污水处理能同时解决这两大工业难题，提高工厂经济效益，还能保护环境。
附图说明
图1为一种基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统的示意图。
图中：1水泵；2初级蒸发室；3水合物生成室；4喷嘴；5搅拌器；6离心室；7水合物分解室；8原料泵；9水合物生成剂罐；10次级蒸发室；11高温液体泵；21第一换热器；22第二换热器；23第三换热器；31蒸汽流量控制阀； 32蒸汽流量计；33第一温压传感器；34第二温压传感器；35计算机控制系统。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统；其步骤如下：
先将污水进行沉淀、过滤处理，去除污水中的不溶性颗粒物质，打开初级蒸发室入口阀门，再启动水泵1，将污水抽入蒸发室，同时打开蒸汽流量控制阀，将低温余热蒸汽通入换热器与污水进行换热。蒸发室产生的蒸汽经管道进入水合物生成室。蒸发后剩余的残渣经排渣口排出。
启动冷却水水循环，将水合物生成室的温度控制在不高于环戊烷、R141b生成的SII型水合物的相平衡温度；以环戊烷为例，为了加快水合物的生成，这里将温度设定在2℃。同时启动原料泵8将水合物生成剂供应罐内的环戊烷通过喷嘴4喷入到水合物生成室。水蒸汽和环戊烷在低温下生成水合物。同时在低温下生成水合物会导致水合物生成室内的压力降低，也能够使蒸发室内的压力降低，从而还能够促进蒸发室内污水的蒸发。搅拌器的使用能够促进水合物的生成。
生成后的水合物进入离心室6内离心进行固液分离，分离后的水合物固体进入水合物分解室，分解后的液体进入水合物生成室进行水合物的生成。进入水合物分解室的水合物在第三换热器23的换热下进行吸热分解成纯水和水合物生成剂，其中水合物生成剂密度较大位于分解室的底部，分解后的纯水位于水合物生成剂上方。分解完成后纯水经上部出水口排出，水合物生成剂经原料泵8重新进入水合物生成室生成水合物。
当蒸汽流量发生变化时，使得第二换热器出口的实时温度T＞T1时，继续以下步骤：
S1：启动水泵1，增加蒸发室内污水处理量进而增加换热量，降低第二换热器出口温度值；
S2：启动抽气装置，排出非凝结气体，降低蒸发室内的压力，促进污水蒸发；
S3：增大原料泵8的功率，增加水合物生成剂的供应量，降低冷却循环温度，加快水合物的生成，增加水合物的生成量，进而增加水合物分解室水合物分解吸热量；
S4：当采用S1-3步骤后，实时温度T仍持续升高，使得水合物的实时生成量大于离心室最大处理量Q1时，启动蒸汽流量阀，降低换热器内的蒸汽的流量，直至实时温度T达到设计温度T1；
其中，S1-S4步骤均是实时数据采集，接受控制系统的实时调控；
当蒸汽参数发生变化使得第二换热器出口的实时温度T＜T1时，继续以下步骤：
S5：启动蒸汽流量阀，增大管道内蒸汽流量，根据采集的反馈数据，实时调节，直至蒸汽流量阀完全打开；
S6：蒸汽流量阀完全打开后，降低水泵1的运行功率，减少进入初级蒸发室的污水；
S7：降低高温液体泵11的功率，减少进入次级蒸发室的污水量；同时，调节原料泵8减少水合物剂的供应量；
S8：当实时温度T持续低于设计温度T1时，关闭高温液体泵11，只采用初级蒸发室进行污水处理，并动态调整水泵1的功率；
其中，S5-S8步骤均是实时数据采集，接受控制系统的实时调控。
以上实施例是本实用新型具体实施方式的一种，本领域技术人员在本技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统，其特征在于，包括污水蒸发系统、水合物生成系统、水合物分解系统、低温余热蒸汽管路换热系统和数据采集及控制系统；所述的污水蒸发系统包括初级蒸发室(2)和次级蒸发室(10)，所述的初级蒸发室(2)经高温液体泵(11)与次级蒸发室(10)的入料口相连，在初级蒸发室的入口设置有控制污水流量的水泵(1)，在初级蒸发室(2)内设置有第一温压传感器(33)对初级蒸发室内的压力温度进行监测；
所述的水合物生成系统包括水合物生成室(3)和水合物生成剂供应罐(9)以及原料泵(8)，所述的水合物生成室(3)包括在生成室内壁上排列的喷嘴(4)和位于底部的搅拌器(5)；所述的水合物生成室(3)入口前段设置有抽气装置，以排出不凝结气体维持蒸发室和管道压力；
所述的水合物生成室出料口与离心室(6)相连，离心室(6)的水合物离心出口与水合物分解室(7)相连，离心室(6)出水口与水合物生成室(3)相连，所述的分解室(7)的底端与原料泵(8)相连，分解室(7)上端设置有出水口，在分解室内设置有冷却循环，为水合物生成室提供冷量；
所述的低温余热蒸汽管路换热系统包括入口段的蒸汽流量计(32)和蒸汽流量控制阀(31),以及分别位于初级蒸发室(2)、次级蒸发室(10)和水合物分解室(7)的第一换热器(21)、第二换热器(22)和第三换热器(23)；所述的余热蒸汽先经过第一换热器(21)进行初次换热后进入次级蒸发室第二换热器(22)进一步换热，再经水合物分解室第三换热器(23)进行换热后重新进入水循环管路；在第二换热器和第三换热器之间设置有第二温压传感器(34)对第二换热器出口的温压进行监测；
所述的温压传感器(33)和第二温压传感器(34)、蒸汽流量计(32)、蒸汽流量控制阀(31)、水泵(1)、原料泵(8)所采集的数据均与数据采集及控制系统连接并接受计算机系统的控制。
2.根据权利要求1所述的基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统，其特征在于，所述水合物生成剂供应罐(9)中装的水合物生成剂为与水不互溶的水合物生成剂，包括环己烷、R141b。
3.根据权利要求1所述的基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统，其特征在于，初级蒸发室的压力为使初级蒸发室中的污水的蒸发温度为60-80℃的气压值，此时对应的气压值为P1；所述的次级蒸发室的压力为使次级蒸发室中的污水的蒸发温度比初级蒸发室的污水的蒸发温度低5-10℃。
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| CN110563240A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-13 | 大连理工大学 | 基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统及方法 |
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| CN110563240B (zh) * | 2019-09-27 | 2023-07-18 | 大连理工大学 | 基于水合物法利用工业余热蒸汽的污水处理系统及方法 |
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