CN212740792U - 一种翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，该装置包括至少二级串联浓缩蒸发系统，第一换热腔室、第二换热腔室、热管，热管包括上部的热管冷凝端和下部的热管蒸发端，从第一换热腔室高温湿空气进风口端开始，按照高温循环空气流动方向依次设置液气换热器、热管蒸发端、高温风机、热泵冷凝器，第一换热腔室下部为高温冷凝器；第二换热腔室内按照中温循环空气的流动方向从中温干空气进风口端开始依次设置中温风机、热管冷凝端，第二换热腔室出风口、中温蒸发器进风口、中温蒸发器出风口、中温冷凝器进风口、中温冷凝器出风口、第二换热腔室进风口依次管路连接。本实用新型装置能耗低、投资成本低，具有可推广性。

Description

一种翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体涉及一种翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置。

背景技术

现有的废水处理技术中，各自有相应的特点，目前对于难处理污水普遍采用蒸发浓缩，国内外普遍还是采用电/气/煤锅炉蒸发装置，由于操作温度高，蒸汽压力大，设备材料防腐蚀耐压要求高，需要耐压操作，承压设备都很昂贵；煤锅炉蒸发浓缩装置由于污染环境严重，基本上已经淘汰或正在淘汰；气加热锅炉蒸发浓缩装置由于安全性及经济性双方面的原因，目前应用不多。由于便利性及环保考虑，电加热浓缩装置目前应用增多。单级电锅炉能耗非常高，即使采用多级蒸发，电锅炉蒸发浓缩装置吨水能耗仍然约为200-300kwh，电锅炉蒸发浓缩装置设备投资高，能耗仍然较高。对于MVR蒸汽压缩蒸发浓缩系统，设备要求高，工艺过程复杂，尤其是MVR蒸汽压缩机价格昂贵，系统投资成本很高，几乎是锅炉蒸发浓缩设备的3倍。对于热泵低温真空蒸发浓缩系统，吨水能耗也仍然较高达200kwh，而且工艺过程有真空承压设备，设备昂贵，投资成本高。采用热泵蒸发除湿浓缩污水，可以在低温常压下对污水进行蒸发浓缩，设备要求较低，投资较少，而且由于热泵有3-4倍能效提升作用，还可以降低能耗，所以在污水蒸发浓缩领域，热泵蒸发除湿浓缩将是大势所趋。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，通过该装置，能耗低，操作简单，自动化程度，能够实现标准化生产，大大节省了投资和运行成本，解决现有技术中设备投资大、能耗高、操作流程复杂、常规热管换热器制作过程不规范、质量不稳定等问题。

本实用新型提供的翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，包括至少二级串联的浓缩蒸发装置，该装置包括：

第一换热腔室，从第一换热腔室高温湿空气进风口端开始，按照高温循环空气流动方向依次设置液气换热器、第二热管的热管蒸发端、高温风机、热泵冷凝器；液气换热器翅片竖直设置，与循环空气流动方向平行且与翅片横管(污水原液的流路)的方向垂直，通过液气换热器污水原液吸热并使高温湿空气中的水蒸气结露冷凝，既增加冷凝水量又增加污水原液热量利于后续蒸发，可以增加系统蒸发能效，第一换热腔室下部就是高温冷凝器；液气换热器通过进料液口与中温蒸发器连通；第二热管分为上部和下部，第二热管的翅片水平设置，且与冷媒管的方向垂直，上部位于第二换热腔室内形成热管冷凝端，下部位于第一换热腔室内形成热管蒸发端；第一换热腔室出风口、高温蒸发器进风口、高温蒸发器出风口、第一换热腔室进风口依次管路连接，形成高温循环空气流路；

第二换热腔室，第二换热腔室内按照中温循环空气的流动方向从中温干空气进风口端开始依次设置中温风机、第二热管的热管冷凝端；第二换热腔室出风口、中温蒸发器进风口、中温蒸发器出风口、中温冷凝器进风口、中温冷凝器出风口、第二换热腔室进风口依次管路连接，形成中温循环空气流路。

进一步的，高温蒸发器出料液口设置高温循环泵，高温蒸发器、高温循环泵之间形成高温料液循环回路，高温蒸发器与中温循环泵管路连通。

进一步的，中温蒸发器出料液口设置中温循环泵，中温蒸发器、中温循环泵之间形成中温料液循环回路。

进一步的，热泵机组包括热泵蒸发器、热泵冷凝器，热泵冷凝器与热泵蒸发器之间设置热泵机组进行冷媒循环和热量交换。

进一步的，高温蒸发器与中温循环泵连通管路上设置控制阀门。

本实用新型的第二目的在于提供一种翅片热管低温多效蒸发污水浓缩工艺，至少包括中温级浓缩蒸发段和高温级浓缩蒸发段，其中：

中温级浓缩蒸发段包括以下步骤，污水与高温湿空气热交换后得到升温污水；

吸热后的升温污水雾化处理得到水雾，通过中温干空气对所述水雾加热蒸发，得到中温湿空气；

对中温湿空气换热除湿得到低温干空气和冷凝水；

将低温干空气换热，使之成为所述中温干空气。

高温级浓缩蒸发段包括以下步骤：所述高温湿空气与污水原液热交换后，高温湿空气中的部分水蒸气结露冷凝，部分除湿后的较高温较湿空气继续在热管蒸发端通过热管与热管冷凝端外的中温干空气换热，结露冷凝成为较高温干空气，较高温干空气再与热泵冷凝器换热升温，得到高温干空气；

通过对所述高温液体循环雾化处理，得到水雾，水雾经高温干空气加热蒸发，得到所述高温湿空气和污水浓缩液。

进一步的，所述步骤具体为：冷的污水原液从布置有高温级浓缩蒸发段高温冷凝器的第二换热腔室中的液气换热器流过，管内污水原液吸热升温；

升温污水原液进入中温级浓缩蒸发段，与经中温段的循环泵加压、来自中温蒸发器的循环液混合，在中温蒸发器顶部喷雾，雾滴与经过热管冷凝端加热的中温循环干空气换热蒸发；中温循环干空气吸湿成为中温湿空气，再流入中温冷凝器中的热泵蒸发器放热除湿，再通过中温风机入热管冷凝端加热吸热，成为中温循环干空气，又再流入中温蒸发器循环吸湿；净化后的中温冷凝水从中温冷凝器底部的中温冷凝水出口排出；

部分预浓缩污水通过控制阀门进入高温级浓缩蒸发段，与经过高温循环泵加压、来自高温蒸发器的循环液混合，在高温蒸发器顶部喷雾，雾滴与经过热泵冷凝器加热的高温循环干空气换热蒸发；吸湿成为高温湿空气，再流入高温冷凝器中的热管蒸发端放热除湿，再通过高温风机入热泵冷凝器加热吸热，成为高温循环干空气，又再流入高温蒸发器循环吸湿；净化后的高温冷凝水从高温冷凝器底部的高温冷凝水出口排出；浓缩液则从高温蒸发器底部的浓缩液出口排出。

原理说明：冷的污水原液从布置有高温级浓缩蒸发段高温冷凝器第二换热腔室中的液气换热器流过，管内污水原液吸热升温，管外高温湿空气放热冷凝结露，这样提高高温冷凝器冷凝量，同时污水原液吸热可以增加系统蒸发能效。

升温污水原液进入中温级浓缩蒸发段，经中温段的循环泵加压，与来自中温蒸发器的循环液混合，在中温蒸发器顶部喷雾，雾滴与经过热管冷凝端加热的中温循环干空气换热蒸发；中温循环干空气吸湿成为中温湿空气，再流入中温冷凝器中的热泵蒸发器放热除湿，再通过中温风机入热管冷凝端加热吸热，成为中温循环干空气，又再流入中温蒸发器循环吸湿；净化后的中温冷凝水从中温冷凝器底部的中温冷凝水出口排出。

部分预浓缩污水通过控制阀门进入高温级浓缩蒸发段，与经过高温循环泵加压、来自高温蒸发器的循环液混合，在高温蒸发器顶部喷雾，雾滴与经过热泵冷凝器加热的高温循环干空气换热蒸发；吸湿成为高温湿空气，再流入高温冷凝器中的热管蒸发端放热除湿，再通过高温风机入热泵冷凝器加热吸热，成为高温循环干空气，又再流入高温蒸发器循环吸湿；净化后的高温冷凝水从高温冷凝器底部的高温冷凝水出口排出；浓缩液则从高温蒸发器底部的浓缩液出口排出。

热管可采用常规空调、热泵用标准化产品翅片换热器简单改装，把翅片换热器的冷媒管进出口都封闭，管内抽真空后，再充入少量制冷剂，制冷剂的充注量约为该制冷剂在热管工作温度下制冷剂饱和蒸汽压所对应质量的1/5左右。安装时保持冷媒管为竖直方向利于热管高效传热，翅片为水平方向。热管的翅片采用分隔板分区隔开，上部为热管冷凝端，置入中温级浓缩蒸发段的中温风机之后；下部为热管蒸发端，置入高温级浓缩蒸发段高温冷凝器中，热管采用通用产品翅片换热器有利于同时提高热管的换热效率和降低设备成本。

液气换热器可采用常规空调、热泵用标准化产品翅片换热器改装，管内走原液液体，管外来自高温蒸发器的高温湿空气与翅片换热，采用通用产品翅片换热器有利于同时提高换热效率和降低设备成本。

本实用新型提供的这种翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，采用在低温低压蒸发浓缩条件下的热泵逆流二级蒸发浓缩技术，能耗低，投资成本低；采用翅片换热器热管技术，换热效率高，成本低；热管采用通用产品翅片换热器简单改装有利于同时提高热管的换热效率、可靠性和降低成本；采用液气换热器热回收技术同时具有热回收/冷回收双倍功效；液气换热器直接采用通用产品翅片换热器有利于同时提高换热效率、可靠性和降低成本。

附图说明

图1为本实用新型的装置的结构示意图。

图中，液气换热器-1，中温蒸发器-2，中温冷凝器-3，第二热管-4，中温风机-5，热管冷凝端-6，冷媒管-7，热管蒸发端-8，高温冷凝器-9，热泵蒸发器-10，热泵冷凝器-11，高温蒸发器-12，中温循环泵-13，高温循环泵-14，控制阀门-15，高温风机-16，翅片-17，喷雾管-18，热泵机组-19，第一换热腔室-20，第二换热腔室-21。

具体实施方式

实施例一，本实用新型提供的这种翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，如图1所示，该装置包括：包括至少二级串联的浓缩蒸发装置，该装置包括第一换热腔室20和第二换热腔室21以及液气换热器1，中温蒸发器2，中温冷凝器3，第二热管4，中温风机5，热管冷凝端6，冷媒管7，热管蒸发端8，高温冷凝器9，热泵蒸发器10，热泵冷凝器11，高温蒸发器12，中温循环泵13，高温循环泵14，控制阀门15，高温风机16，翅片17，其中：

从第一换热腔室高温湿空气进风口端开始，按照高温循环空气流动方向依次设置液气换热器1、第二热管4的热管蒸发端8、高温风机16、热泵冷凝器 11；液气换热器翅片竖直设置，与循环空气流动方向平行且与翅片横管(污水原液的流路)的方向垂直，通过液气换热器污水原液吸热并使高温湿空气中的水蒸气结露冷凝，既增加冷凝水量又增加污水原液热量利于后续蒸发，增加系统蒸发能效，第一换热腔室下部为高温冷凝器9；中温蒸发器2，具有进料液口、中温湿空气出风口、出料液口以及中温干空气进风口，液气换热器通过进料液口与中温蒸发器连通，中温蒸发器出风口与中温冷凝器3连接；第二换热腔室设置第二热管，第二热管的翅片水平设置，且与冷媒管7的方向垂直，第二热管分为上部和下部，上部位于第二换热腔室内形成热管冷凝端6，下部位于第一换热腔室内形成热管蒸发端8，第二换热腔室与中温冷凝器、中温蒸发器连通，进风口处设置中温风机5；第一换热腔室出风口处设置高温风机16，高温冷凝器9设置在热管蒸发端和高温风机之间；中温冷凝器与高温冷凝器之间设置热泵机组19进行热交换。

本实施例的中温蒸发器出料液口设置中温循环泵13，中温蒸发器、中温循环泵之间形成中温料液循环回路，中温蒸发器与中温循环泵管路连通。

本实施例的高温蒸发器12出料液口设置高温循环泵14，高温蒸发器、高温循环泵16之间形成高温料液循环回路。

本实施例的热泵机组19包括热泵蒸发器10、热泵冷凝器11，热泵冷凝器与热泵蒸发器之间设置热泵机组进行冷媒循环和热量交换。

本实施例的高温蒸发器与中温循环泵连通管路上设置控制阀门15。

一种使用实施例1所述的翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置工艺，其包括以下步骤：

至少包括中温级浓缩蒸发段和高温级浓缩蒸发段两级污水浓缩蒸发处理，其中中温级浓缩蒸发段包括以下步骤：污水与高温度湿空气热交换后得到吸热污水；

吸热后的污水雾化处理，得到水雾，通过中温干空气对所述水雾加热蒸发，得到中温湿空气；

对中温湿空气冷凝得到低温干空气和冷凝水；

将低温干空气换热，使之成为所述中温干空气。

高温级浓缩蒸发段包括以下步骤：所述高温湿空气与污水原液热交换后，高温湿空气中的部分水蒸气结露冷凝，部分除湿后的较高温较湿空气继续在热管蒸发端通过热管与热管冷凝端外的中温干空气换热，结露冷凝成为较高温干空气，较高温干空气再与热泵冷凝器换热升温，得到高温干空气；

通过对所述高温液体进行雾化处理，得到水雾，水雾经高温干空气加热蒸发，得到所述高温湿空气和污水浓缩液。

所述步骤具体为：冷的污水原液从布置有高温级浓缩蒸发段高温冷凝器的第二换热腔室中的液气换热器流过，管内污水原液吸热升温；管外高温湿空气放热冷凝结露，这样提高高温冷凝器冷凝量，同时污水原液吸热可以增加系统蒸发能效；

升温污水原液进入中温级浓缩蒸发段，经中温段的循环泵加压、与来自中温蒸发器的循环液混合，在中温蒸发器顶部通过喷雾管18喷雾，雾滴与经过热管冷凝端加热的中温循环干空气换热蒸发；中温循环干空气吸湿成为中温湿空气，再流入中温冷凝器中的热泵蒸发器放热除湿，再通过中温风机入热管冷凝端加热吸热，成为中温循环干空气，又再流入中温蒸发器循环吸湿；净化后的中温冷凝水从中温冷凝器底部的中温冷凝水出口排出。

部分预浓缩污水通过控制阀门进入高温级浓缩蒸发段，与经过高温循环泵加压、来自高温蒸发器的循环液混合，在高温蒸发器顶部(同样设置喷雾管18) 喷雾，雾滴与经过热泵冷凝器加热的高温循环干空气换热蒸发；吸湿成为高温湿空气，再流入高温冷凝器中的热管蒸发端放热除湿，再通过高温风机入热泵冷凝器加热吸热，成为高温循环干空气，又再流入高温蒸发器循环吸湿；净化后的高温冷凝水从高温冷凝器底部的高温冷凝水出口排出；浓缩液则从高温蒸发器底部的浓缩液出口排出。

本实施例的第二热管4采用常规空调、热泵用标准化产品翅片换热器简单改装，把翅片换热器的冷媒管进出口都封闭，管内抽真空后，再充入少量制冷剂，制冷剂的充注量约为该制冷剂在热管工作温度下制冷剂饱和蒸汽压所对应质量的1/5左右。安装时保持冷媒管为竖直方向利于热管高效传热，翅片为水平方向。热管的翅片17采用分隔板分区隔开，上部为热管冷凝端，置入中温级浓缩蒸发段的中温风机之后；下部为热管蒸发端，置入高温级浓缩蒸发段高温冷凝器中。翅片换热器是大批量规模化生产的高效、低成本成熟产品，热管采用通用产品翅片换热器有利于同时提高热管的换热效率和降低设备成本。

本实施例的液气换热器1直接采用常规空调、热泵用标准化产品翅片换热器改装，管内走原液液体，多个翅片纵向设置，且与污水流动的方向垂直，管外来自高温蒸发器的高温湿空气与翅片换热。翅片换热器是大批量规模化生产的高效、低成本成熟产品，采用通用产品翅片换热器有利于同时提高换热效率和降低设备成本。

本实用新型实施例1和2的装置及处理工艺，对比电锅炉蒸发浓缩/MVR蒸汽压缩蒸发浓缩/热泵低温真空蒸发浓缩装置，成本可以大幅降低80～40％左右；

对比常规热泵蒸发除湿浓缩装置250kwh左右的吨水蒸发能耗，低温多效蒸发污水浓缩技术可以达到125kwh左右的吨水蒸发能耗，能耗可以大幅降低约 50％，更加节能降低成本；

对比其他热管换热器，采用翅片换热器作为热管换热器具有可靠性高、效率高，成本低的优点。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，其特征在于，该装置包括至少二级串联的浓缩蒸发系统，系统包括：第一换热腔室、第二换热腔室、热管、中温蒸发器、中温冷凝器，热管包括上部的热管冷凝端和下部的热管蒸发端，从第一换热腔室高温湿空气进风口端开始，按照高温循环空气流动方向依次设置液气换热器、热管蒸发端、高温风机、热泵冷凝器，第一换热腔室下部为高温冷凝器；第二换热腔室内按照中温循环空气的流动方向从中温干空气进风口端开始依次设置中温风机、热管冷凝端，第二换热腔室出风口、中温蒸发器进风口、中温蒸发器出风口、中温冷凝器进风口、中温冷凝器出风口、第二换热腔室进风口依次管路连接，形成中温循环空气流路。

2.根据权利要求1所述的翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，其特征在于，所述热管采用翅片换热器，多个翅片水平设置，且与冷媒管的方向垂直。

3.根据权利要求2所述的翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，其特征在于，所述热管采用常规空调或热泵用标准化翅片换热器，翅片换热器的冷媒管进出口封闭，管内充入制冷剂。

4.根据权利要求3所述的翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，其特征在于，所述制冷剂的量为该制冷剂在热管工作温度下制冷剂饱和蒸汽压所对应质量的1/5左右。

5.根据权利要求1所述的翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，其特征在于，所述液气换热器采用常规空调或热泵用标准化翅片换热器，管内走原液液体，多个翅片竖直设置，且与污水原液流动的方向垂直。

6.根据权利要求4或5所述的翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，其特征在于，所述中温蒸发器出料液口设置中温循环泵，中温蒸发器、中温循环泵之间形成中温料液循环回路；高温蒸发器出料液口设置高温循环泵，高温蒸发器、高温循环泵之间形成高温料液循环回路。

7.根据权利要求6所述的翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，其特征在于，中温冷凝器与高温冷凝器之间设置热泵机组进行热交换，所述热泵机组包括热泵蒸发器、热泵冷凝器。

8.根据权利要求7所述的翅片热管低温多效蒸发污水浓缩装置，其特征在于，所述高温蒸发器与中温循环泵连通管路上设置控制阀门。

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