CN216918669U - 一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高盐废水处理领域，公开了一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，该系统包括蒸发单元和用于与蒸发单元换热的换热单元，换热单元包括前端换热器和备用蒸汽管道，前端换热器型式为烟道换热器或者管式换热器，前端换热器与蒸发单元之间连通有换热管道，备用蒸汽系统与换热管道连通，且换热管道与备用蒸汽管道上均设置有阀门。本技术方案以烟气换热器或者水‑水换热的管式换热器任选其一作为主热源，采用电厂高温蒸汽作为备用热源，与主要热源进行配合使用，设立可切换组合的双热源系统。根据现场的实际情况，若现场不具备烟气换热的条件，则选用管式换热器换热，热源选择灵活，能够保证系统对高盐废水的有效处理。

Description

一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统

技术领域

本实用新型涉及高盐废水处理领域，具体涉及一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统。

背景技术

高盐废水是指总含盐质量分数至少为1％的废水，其主要来自化工厂及石油和天然气的采集加工等，产生途径广泛，水量也逐年增加。脱硫废水是高盐废水的一种，主要产生于石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，石灰石-石膏湿法烟气脱硫主要处理热力发电厂花式染料燃烧产生的SO₂，由于湿法烟气脱硫工艺优越的性能，其沿烟气处理领域得到广泛应用，成为领域内燃煤发电厂烟气脱硫的主导工艺。在石灰石-石膏湿法锅炉烟气脱硫系统中，为保证脱硫效率，维持系统氯离子平衡，需要排出部分脱硫废水。脱硫废水成分极其复杂，含有大量溶解盐、固体悬浮物及少量氟离子、重金属离子等有害污染物，不能直接排放，成为燃煤电厂最难处理的废水之一。

近年来，脱硫废水等高盐废水的排放问题越来越受到关注，目前的处理工艺主要是利用物理化学处理方法对废水进行絮凝、沉降及中和，减少废水中的悬浮物及有害物质，但是处理后出水含盐量很高，直接排放仍会造成二次污染，且废水量巨大，处理难度及处理成本都较高。针对上述问题，现有技术中有采用高温烟气对废水进行浓缩处理，利用高温烟气实现换热浓缩，达到烟气降温和废水浓缩的效果，浓缩后的废水体积减少，在进行后续处理时，能够在一定程度上降低处理难度及处理成本。但是，上述的高盐废水处理方法仍存在如下问题：

1、换热部分采用烟道换热器，热源来源单一，仅仅采用电厂低温烟气，通过换热器对废水进行蒸发浓缩。但是当该处理系统不具备低温烟气使用条件，如在烟气温度过低，烟气流量小，厂区不允许使用烟气等条件下，无法实现蒸发浓缩；

2、蒸发浓缩部分人工参与程度过低，系统运行过程中，运行条件无法进行相应调节，在此前提下，一旦运行环境出现波动，则会有导致运行出错，运行结果不理想等问题；

3、高盐废水浓缩后固含量较高，输送过程容易堵塞。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，以解决现有技术中的在对高盐废水处理时，换热部分仅采用低温烟气作为热源，当处理系统不具备低温烟气使用条件时，无法实现蒸发浓缩的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，包括蒸发单元和用于与蒸发单元换热的换热单元，换热单元包括前端换热器和备用蒸汽管道，前端换热器为烟道换热器或者管式换热器，前端换热器与蒸发单元之间连通有换热管道，备用蒸汽管道与换热管道连通，且换热管道与备用蒸汽管道上均设置有阀门。

本方案的原理及优点是：实际应用时，在高盐废水的处理系统中，通过蒸发单元实现对高盐废水的浓缩处理，换热单元为蒸发单元提供初始热源。本技术方案中，不同于现有技术的以单一的低温烟气作为热源，而是以烟气换热器和水-水换热的管式换热器(并联设置)任选其一作为主要热源，采用电厂高温蒸汽作为备用热源，与主要热源进行配合使用，设立可切换组合的双热源系统。根据现场的实际情况，若现场不具备烟气换热的条件，则采用管式换热器作为主热源。本技术方案热源切换灵活，在系统不具备低温烟气使用条件时，使用管式换热器，为废水的多效蒸发系统提供热源，从而实现对高盐废水的连续热交换，保证系统连续、稳定运行，同时保证系统对高盐废水的处理效率。

优选的，作为一种改进，蒸发单元包括至少一组蒸发组件，蒸发组件包括管道连接成环的分离器、循环泵和换热器，循环泵设置在分离器与换热器之间，换热器与换热单元连通。

本技术方案中，高盐废水在蒸发单元内实现蒸发浓缩，高盐废水首先被泵入分离器内，并由循环泵泵至换热器内通过与前端换热单元产生的蒸汽实现热交换，热交换后的废水送至分离器内蒸发出水蒸气，实现浓缩。

优选的，作为一种改进，蒸发单元包括管道连接的三组蒸发组件，包括沿高盐废水流动方向依次设置的一级蒸发组件、二级蒸发组件和三级蒸发组件；上一级分离器的蒸汽出口与下一级换热器管道连接，上一级分离器的浓缩液出口与下一级分离器的废水入口管道连接。

本技术方案中，通过将蒸发单元设置成三级蒸发组件依次连通的形式，便于充分利用进入蒸发单元的热量，实现高盐废水的逐级换热，提高能源利用率，且整个蒸发过程无外部热量输入，降低了系统能耗。

优选的，作为一种改进，一级蒸发组件的换热器连通有首端冷凝单元，二级蒸发组件的换热器与三级蒸发组件的换热器连通有尾端冷凝单元。

本技术方案中，被一级蒸发组件蒸发出来的蒸汽通过首端冷凝单元进行冷却，被三级蒸发组件蒸发出来的水蒸气通过尾端冷凝单元进行冷却，经过二级、三级蒸发器换热后的冷却水也储存在尾端冷凝单元内。冷凝后的除盐水可实现回收利用，实现了水资源的循环使用。

优选的，作为一种改进，首端冷凝单元包括首端冷凝器、首端气液分离器、首端冷凝罐；尾端冷凝单元包括尾端冷凝器、尾端气液分离器、尾端冷凝罐；首端气液分离器与尾端气液分离器均连接有真空泵。

本技术方案中，经蒸发单元多效蒸发出来的水蒸气在冷凝器内被冷凝后，经气液分离器分离后，液体部分进入冷凝罐内暂存备用，气体部分被真空泵泵出，实现了气液分离，便于后期资源化处理及利用。

优选的，作为一种改进，尾端冷凝罐与二级蒸发组件的换热器、三级蒸发组件的换热器的连通管道上均设置有手动阀。

本技术方案中，通过设置手动阀，根据系统(分离器、冷凝罐)压力计、温度计及液位计的显示结果，当观察到系统异常时，能够通过调节手动阀的阀门开度快速调节真空度，在完成废水换热蒸发浓缩的同时维持系统稳定运行，避免系统因外界环境波动影响废水处理结果。

优选的，作为一种改进，三级蒸发组件的分离器连接有高温烟气干燥单元，高温烟气干燥单元包括干燥塔、高温烟气管道和管式除尘器，干燥塔内设置有雾化组件，高温烟气管道与干燥塔连通；干燥塔与三级蒸发组件的分离器之间设置有增稠器和浓液箱。

本技术方案中，经过蒸发单元蒸发浓缩后的废水会进入到增稠器内破坏掉真空度，而后在浓液箱内搅拌均质后，进入到干燥塔内并通过介质雾化喷枪或机械旋转雾化盘雾化成雾滴，利用高温烟气实现干燥，实现了高温烟气热量的回收使用。

优选的，作为一种改进，浓液箱连通有浓液输送回路，浓液输送回路与干燥塔之间连通有浓液输送管道，浓液输送回路的管径大于浓液输送管道的管径，且浓液输送回路上设置有输送泵。

本技术方案中，在对高盐废水进行蒸发浓缩后，浓缩后的废水因固含量升高，在浓缩废水输送的过程中，需防止系统板结、堵塞，传统的处理方式是对废水进行软化处理，而本方案省去了废水软化处理步骤，在浓液箱上连通浓液输送回路，通过大流量、高扬程的输送泵将废水在浓液输送回路中进行高流速循环，对管道进行冲刷，避免管路堵塞。在浓液输送回路与干燥塔之间连接浓液输送管道，并将其管径设置为小于浓液输送回路的管径，通过小口径管道排出需要的输送量即可。

优选的，作为一种改进，一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤I、均质：将暂存在废水缓冲池内的高盐废水搅拌均质；

步骤II、多效蒸发浓缩：将搅拌后的高盐废水泵入蒸发单元内进行多级浓缩，蒸发单元连接有换热组件，换热组件单元，换热单元包括前端换热器和备用蒸汽管道，前端换热器为烟道换热器或者管式换热器；

步骤III、雾化干燥：浓缩后的废水经增稠器破坏真空度后，输送到干燥塔内经雾化成雾滴，雾滴与高温烟气在干燥塔内混合，进行干燥；

步骤IV、除尘：干燥后的灰渣经除尘后收集，除尘后的烟气进入烟气系统。

本技术方案中，在对高盐废水进行处理时，相较于传统的高盐废水处理存在如下的技术优势：

1、本技术方案在对高盐废水进行处理前，首先进行均质操作，能够保证高盐废水体系浓度均一，一方面能够避免局部浓度过高而出现堵塞，另一方面还能够保证后期系统运行稳定。

2、本技术方案不同于现有技术的以单一的低温烟气作为热源，而是以烟气换热器和水-水换热的管式换热器任选其一作为主要热源，采用电厂高温蒸汽作为备用热源，与主要热源进行配合使用，设立可切换组合的双热源系统。根据现场的实际情况，若现场不具备烟气换热的条件，则采用管式换热器作为主热源。本技术方案热源切换灵活，在系统不具备低温烟气使用条件时，使用管式换热器，为废水的多效蒸发系统提供热源，从而实现对高盐废水的连续热交换，保证系统连续、稳定运行，同时保证系统对高盐废水的处理效率。

3、本技术方案采用多效蒸发浓缩的形式，便于充分利用进入蒸发单元的热量，实现高盐废水的逐级换热，提高能源利用率，且整个蒸发过程无外部热量输入，降低了系统能耗。

4、本技术方案中，多效蒸发过程中产生的蒸汽会被冷凝，而后液体部分进入冷凝罐内暂存备用，气体部分被真空泵泵出，实现了气液分离及除盐水的循环利用。

5、本技术方案中，利用高温烟气对蒸发浓缩后的废水进行干燥，实现了高温烟气的利用，经干燥后的灰渣经除尘处理后统一处理。本方案实现了废水零排放处理，且该处理方法具有能耗低、资源循环利用率高、连续性好的有点，非常适合于工业化推广应用。

优选的，作为一种改进，步骤III中，干燥塔的烟气进口温度为300-400℃，烟气出口温度为100-150℃。

本技术方案中，干燥塔以高温烟气作为干燥热源，高温烟气进入干燥塔是的温度一般高达300-400℃，经过干燥换热后，烟气出口的温度降至100-150℃左右，实现了高温烟气热源的高效利用。

附图说明

图1为本实用新型实施例中利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。若未特别指明，下述实施方式所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

说明书附图中的附图标记包括：前端换热器1、备用蒸汽管道2、换热管道3、阀门4、一级分离器5、一级循环泵6、一级换热器7、二级分离器8、二级换热器9、三级分离器10、三级换热器11、首端冷凝器12、首端冷凝罐13、首端气液分离器14、尾端冷凝器15、尾端气液分离器16、尾端冷凝罐17、真空泵18、冷却塔19、手动阀20、干燥塔21、高温烟气管道22、除尘器23、增稠器24、浓液箱25、浓液输送泵26、浓液输送回路27、浓液输送管道28、出液泵29、渣仓30、废水缓冲池31。

实施例一

本实施例基本如附图1所示：一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，包括换热单元、蒸发单元、首端冷凝单元、尾端冷凝单元和高温烟气干燥单元，各单元之间通过管道连接。

换热单元用于向蒸发单元提供换热的热源，换热单元包括包括前端换热器1和备用蒸汽管道2，前端换热器1为主热源，备用蒸汽管道2以高温蒸汽作为热源，为备用热源。前端换热器1为烟道换热器(以烟气作为热源)或者管式换热器(以热媒水作为热源)，前端换热器与蒸发单元之间连通有换热管道3，备用蒸汽管道2与换热管道3连通，换热管道3与备用蒸汽管道2上均设置有阀门4。

蒸发单元同于对高盐废水进行蒸发浓缩，蒸发单元包括至少一组蒸发组件，本实施例中，蒸发组件的数量为三组，即包括沿高盐废水流动方向依次设置的一级蒸发组件、二级蒸发组件和三级蒸发组件；一级蒸发组件包括管道连接成环的一级分离器5、一级循环泵6和一级换热器7；二级蒸发组件包括管道连接成环的二级分离器8、二级循环泵和二级换热器9；三级蒸发组件包括管道连接成环的三级分离器10、三级循环泵和三级换热器11。每一级的分离器均设有废水入口、浓缩液出口和蒸汽出口，上一级分离器的蒸汽出口与下一级换热器管道连接，上一级分离器的浓缩液出口与下一级分离器的废水入口管道连接。换热管道3的出气端与一级换热器7连通，换热单元产生的蒸汽用于一级换热器7换热。一级分离器5的废水入口通过管道连通有废水缓冲池31，高盐废水在废水缓冲池31内经搅拌均质后被泵入到一级分离器5内。

首端冷凝单元包括首端冷凝器12、首端冷凝罐13和首端气液分离器14，首端冷凝器12连接有冷却塔19，首端冷凝器12的进气口与一级换热器7连通。尾端冷凝单元包括尾端冷凝器15、尾端气液分离器16、尾端冷凝罐17；尾端冷凝器15的进气口与二级换热器9和三级换热器11以及三级分离器10的蒸汽出口连通，且尾端冷凝器15也与冷却塔19连通。首端气液分离器14与尾端气液分离器16均连接有真空泵18。尾端冷凝罐17与二级换热器9、三级换热器11的连通管道上均设置有手动阀20。

三级分离器10的浓缩液出口与高温烟气干燥单元连通，高温烟气干燥单元包括干燥塔21、高温烟气管道22和除尘器23，干燥塔21内设置有雾化组件，本实施例中的雾化组件为雾化喷枪或机械旋转雾化盘，高温烟气管道22与干燥塔21连通，为干燥塔21提供干燥热源。本实施例中的除尘器23为管式除尘器23，管式除尘器23连通有干燥塔21增压风机。干燥塔21与三级分离器10之间设置有管道连通的增稠器24和浓液箱25。浓液箱25内设置有搅拌器，且浓液箱25连通有浓液输送回路27，浓液输送回路27与干燥21之间连通有浓液输送管道28，浓液输送回路27的管径大于浓液输送管道28的管径，且浓液输送回路27上设置有输送泵，浓液输送管道上设置有出液泵29。

一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤I、均质：高盐废水输送至废水缓冲池31内储存，通过曝气或机械搅拌的方式进行均质，保证高盐废水体系均一，保证后续处理稳定，且避免因体系不均造成管道堵塞问题。

步骤II、多效蒸发浓缩：将均质后的高盐废水被泵入到一级分离器5内，并由一级循环泵6送至一级换热器7内进行第一次换热浓缩，一级换热器7内的换热的热源来自于换热单元，可以根据现场实际情况，切换热源来源，当现场不具备烟气加热条件时，则主要利用管式换热器与备用蒸汽管道2作为浓缩的热源。

高盐废水在一级换热器7内换热后，热蒸汽进入到首端冷凝器12内进行冷凝后进入到首端冷凝罐13，得到除盐水可后续循环使用。被加热后的废水被送至一级分离器5内蒸发出水蒸气，产生的蒸汽送至二级换热器9，为二级换热器9提供热源；浓缩后的废水进入到二级分离器8内进行第二次浓缩，蒸发出的水蒸汽进入三级换热器11为三级换热器11提供热源，浓缩后的废水进入三级分离器10，随后废水在三级循环泵的作用下进入三级换热器11，在三级换热器11中换热后进入三级分离器10完成第三次水分蒸发和废水浓缩。二级换热器9与三级换热器11蒸发出来的水蒸汽进入尾端冷凝器15，冷凝后经尾端气液分离器16分离气体后，除盐水进入尾端冷凝罐17，得到的除盐水可后续循环使用，提高资源利用率。

步骤III、雾化干燥：经三级浓缩后的废水经增稠器24破坏真空度后，进入到浓液箱25内，在浓液箱25内经搅拌器搅拌后在浓液输送泵的作用下被泵出，由于浓液箱25上连通浓液输送回路27，通过大流量、高扬程的输送泵将废水在浓液输送回路27中进行高流速循环，对管道进行冲刷，避免管路堵塞。另一部分废水会沿小管径的浓液输送管道28排出需要的输送量到干燥塔21内。废水浓液沿浓液输送管道27进入到干燥塔21内后，经雾化形成雾滴。

高温烟气进入到干燥塔21内，与雾滴混合，进行干燥，干燥塔21的烟气进口温度为300-400℃，烟气出口温度为100-150℃。

步骤IV、除尘：干燥后的灰渣进入到管式除尘器23内进行收集后，通过仓泵输送至渣仓30或单独收集；除尘后的烟气则进入烟气系统。

本方案针对高盐废水的处理，能够根据现场是否支持烟气换热灵活调节，且通过三效蒸发能够实现废水的浓缩，浓缩后的废水经高温烟气干燥后，灰渣可实现单独收集，实现废水零排放处理，且该处理方法具有能耗低、资源循环利用率高、连续性好的有点，非常适合于工业化推广应用。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，各级分离器、首端/尾端冷凝罐上均设有压力计、温度计和液位计。在使用时，根据一级分离器5和二级分离器8上的压力计、温度计和水位计显示结果，尤其是压力计和温度计显示结果，对两个手动阀20的阀门开度进行调节，以维持系统稳定运行。

三级分离器10上的压力计显示系统运行的真空度，较低的真空度(低压)便于提高多效蒸发系统内蒸汽的汽化潜能，因此在系统正常运行条件下，三级分离器10上压力计的参数范围为0.01～0.1MPa，且压力计和温度计的参数范围沿着废水流动方向依次递减，系统运行过程中下一级蒸发组件内压力低于上一级蒸发组件均符合系统运行参数要求，便于热能的梯级利用；以及、二级、三级分离器内温度计的参数范围沿废水流动方向依次为75～85℃、60～70℃和50～60℃。随着废水输送离开蒸发系统，蒸发系统的压力升高，温度随之升高，造成系统中废水蒸发浓缩效率降低。此时，操作者可通过手动调节手动阀20的阀门开度，从而调节尾端气液分离器16上的真空泵抽取空气的速度，从而调节分离器内真空度，使得分离器的温度和压力恢复正常。

具体的，当二级分离器8上压力计显示数据高于一级分离器5上压力计显示数据，或二级分离器8上温度高于70℃，均微调以拧松手动阀20，增大阀门开度，加快尾端气液分离器16上的真空泵抽取第二级分离器内空气速度，降低二级分离器8内压力和温度，使其恢复正常。

当二级分离器8上压力计显示数据低于三级分离器10上压力计显示数据，或二级分离器8上温度低于60℃，均微调以拧紧手动阀20，减小阀门开度，减缓尾端气液分离器16上的真空泵抽取二级分离器8内空气速度，升高二级分离器8内压力和温度，使其恢复正常。

当一级分离器5上压力计显示数据高于0.1MPa，或二级分离器8上温度高于85℃，均微调以拧松手动阀20，增大阀门开度，加快尾端气液分离器16上的真空泵抽取一级分离器5内空气速度，降低一级分离器5内压力和温度，使其恢复正常。

当一级分离器5上压力计显示数据低于二级分离器8上压力计显示数据，或二级分离器8上温度低于75℃，均微调以拧紧手动阀20，减小阀门开度，减缓尾端气液分离器16上的真空泵抽取一级分离器5内空气速度，升高一级分离器5内压力和温度，使其恢复正常。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，其特征在于：包括蒸发单元和用于与蒸发单元换热的换热单元，所述换热单元包括前端换热器和备用蒸汽管道，前端换热器为烟道换热器或者管式换热器，前端换热器与蒸发单元之间连通有换热管道，备用蒸汽管道与换热管道连通，且换热管道与备用蒸汽管道上均设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，其特征在于：所述蒸发单元包括至少一组蒸发组件，蒸发组件包括管道连接成环的分离器、循环泵和换热器，循环泵设置在分离器与换热器之间，换热器与换热单元连通。

3.根据权利要求2所述的一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，其特征在于：所述蒸发单元包括管道连接的三组蒸发组件，包括沿高盐废水流动方向依次设置的一级蒸发组件、二级蒸发组件和三级蒸发组件；上一级分离器的蒸汽出口与下一级换热器管道连接，上一级分离器的浓缩液出口与下一级分离器的废水入口管道连接。

4.根据权利要求3所述的一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，其特征在于：所述一级蒸发组件的换热器连通有首端冷凝单元，二级蒸发组件的换热器与三级蒸发组件的换热器连通有尾端冷凝单元。

5.根据权利要求4所述的一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，其特征在于：所述首端冷凝单元包括首端冷凝器、首端气液分离器、首端冷凝罐；尾端冷凝单元包括尾端冷凝器、尾端气液分离器、尾端冷凝罐；所述首端气液分离器与尾端气液分离器均连接有真空泵。

6.根据权利要求5所述的一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，其特征在于：所述尾端冷凝罐与二级蒸发组件的换热器、三级蒸发组件的换热器的连通管道上均设置有手动阀。

7.根据权利要求6所述的一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，其特征在于：所述三级蒸发组件的分离器连接有高温烟气干燥单元，高温烟气干燥单元包括干燥塔、高温烟气管道和管式除尘器，干燥塔内设置有雾化组件，高温烟气管道与干燥塔连通；干燥塔与三级蒸发组件的分离器之间设置有增稠器和浓液箱。

8.根据权利要求7所述的一种利用废热的蒸发浓缩高盐废水系统，其特征在于：所述浓液箱连通有浓液输送回路，浓液输送回路与干燥塔之间连通有浓液输送管道，浓液输送回路的管径大于浓液输送管道的管径，浓液输送回路上设置有输送泵。

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