一种深度节能的多效蒸发系统及工艺方法

技术领域

本发明属于环境保护领域，特别涉及一种深度节能的多效蒸发系统及工艺方法。

背景技术

在工业废水处理方面，零排放技术可最大限度地减少污染物排放直至无污染物排放到环境中，其不仅有利于生态系统保护，从长远角度看对企业和当地政府在实现循环经济、减少后期环境污染处理投入等各方面有着不可估量的价值。对于高浓盐水的零排放处理，最有效、最彻底的解决办法就是采用蒸发结晶工艺，实现水全部回用、盐类和污染物经过浓缩结晶以固体形式排出工厂送垃圾处理厂填埋或将其回收作为有用的化工原料。

多效蒸发，即几个蒸发器连接起来操作，前一蒸发器内蒸发时所产生的二次蒸汽用作后一蒸发器的加热蒸汽。加入蒸汽的蒸发器称为第一效，利用第一效二次蒸汽加热的称为第二效，依此类推。蒸气循环利用，等于多次重复利用了热能，显著地降低了蒸气用量，减少热能耗用量，大大降低了成本，也增加了效率。

多效蒸发工艺利用各效产生的二次蒸汽可以高效地对废水进行浓缩处理，效果优异且能耗较低。然而，多效蒸发末效产生的二次蒸汽多用循环冷却水直接冷凝，由于蒸汽有较高的冷凝潜热，该潜热被转移至循环冷却水中而未加以利用，造成了能量的浪费。但与此同时，末效的蒸汽品位低，直接利用到蒸发系统的难度较大。若对末效蒸汽的潜热加以回收用于蒸发系统，则可以进一步降低系统的能耗，产生更经济的节能效果。

一种解决方案是将末效蒸汽用于空气的加热，从而提升空气的温度，降低空气的相对湿度。提温降湿后的空气对水分的容纳能力进一步增强，于是可以与进入多效蒸发系统的含盐废水接触，强化废水与热空气的传质，达到废水预浓缩的目的，有效利用低品位的末效蒸汽，并且进一步节省多效蒸发系统的蒸汽使用量，达到深度节能的目的。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供了一种深度节能的多效蒸发系统及工艺方法。

所述深度节能的多效蒸发系统，其特征在于，在多效蒸发处理装置之前设置有废水预热器、空气预热器、风机、废水预浓缩器、预浓废水预热器，所述多效蒸发处理装置的末效蒸发处理装置的蒸汽出口分别与所述废水预热器、空气预热器以及预浓废水预热器的热侧进口连接，以对所述设备中的废水或空气进行预热，剩余热蒸汽进入二次蒸汽冷凝器进行冷凝。

进一步地，所述多效蒸发处理装置包括一效蒸发处理装置和二效蒸发处理装置，所述一效蒸发处理装置包括依次连接的一效加热器、一效分离器、一效循环泵，所述二效蒸发装置包括依次连接的二效加热器、二效分离器、二效循环泵。

进一步地，所述一效分离器底部出口经一效循环泵分别与一效加热器冷侧进口和二效分离器下部进口连接，所述一效加热器冷侧出口与一效分离器上部进口连接，所述一效分离器顶部的蒸汽出口与所述二效加热器热侧进口连接。

所述二效分离器底部出口经二效循环泵与二效加热器冷侧进口连接，所述二效加热器冷侧出口与二效分离器上部进口连接，所述二效分离器顶部的蒸汽出口分别与所述二次蒸汽冷凝器、废水预热器、空气预热器和预浓废水预热器热侧进口连接。

进一步地，所述废水预热器与所述废水预浓缩器液体进口连接，所述空气预热器与所述废水预浓缩器气体进口连接，所述废水预浓缩器液体出口连接所述预浓废水预热器冷侧进口，所述预浓废水预热器冷侧出口与一效分离器下部进口连接，所述风机与所述空气预热器连接。

再进一步的地，所述多效蒸发系统，还包括稠厚釜、离心机、母液泵；所述二效分离器下部出口与稠厚釜连接；稠厚釜底部出口与所述离心机连接，所述离心机母液出口通过母液泵与废水预热器冷侧进口连接。

更进一步地，所述废水预浓缩器由气体进气室、气液接触室、气液分离室构成，所述气液接触室内设置有若干个水平放置的文丘里管，所述气体进气室通过文丘里管与气液分离室气路相通；所述文丘里管的喉部外侧沿圆周方向均匀设置有若干个通气小孔；气液分离室顶部和底部分别设有气体出口和废水出口，气液接触室上连接有废水进水装置。

同时，本发明还给出了一种深度节能的多效蒸发工艺方法，包括以下步骤：

1)将空气经过风机送入空气预热器中，与来自二效分离器的二次蒸汽换热，空气被预热后送入废水预浓缩器中；

2)废水与来自母液泵的离心母液混合后进入废水预热器中，与来自二效分离器的二次蒸汽换热，废水被预热后送入废水预浓缩器中；

3)空气和废水在废水预浓缩器的文丘里管中发生强烈撞击、混合，废水中的一部分水分蒸发进入空气中，使空气增湿，而废水则进行一定程度的提浓，经过强化接触后空气排空或进入废气总管，废水进入预浓废水预热器中；其中，废水和空气的质量比为1:2~20；

4)废水在预浓废水预热器中与来自二效分离器的二次蒸汽换热，废水被预热后进入一效分离器中，一效分离器中的废水经过一效循环泵一部分进入一效加热器中，另一部分进入二效分离器中；

5)废水在一效加热器中与新鲜蒸汽发生换热，废水被加热后进入一效分离器中闪蒸出二次蒸汽，二次蒸汽进入二效加热器；

6)二效分离器中的一部分废水经过二效循环泵进入二效加热器中，与来自一效分离器中的二次蒸汽换热，废水被加热后进入二效分离器中闪蒸出二次蒸汽，二次蒸汽进入二次蒸汽冷凝器、废水预热器、空气预热器、预浓废水预热器；二效分离器中的另一部分废水进入稠厚釜后在离心机中离心分离出结晶盐，离心母液经过母液泵进入废水预热器中；

7)废水预热器、空气预热器、预浓废水预热器采用二效分离器产生的二次蒸汽加热，其余二次蒸汽在蒸汽冷凝器中经循环冷却水冷凝。

采用本发明可以带来的积极效果有：

1)本发明设计了一种多效蒸发系统深度节能的工艺，主要由废水的预浓缩和多效蒸发工艺组成；

2)在废水预浓缩装置中，利用气体在文丘里管喉部的高流速产生的负压，从外界吸入废水，使废水被高速流过的空气打散成小液滴，大大增加了气液接触界面，从而强化气液接触传质；

3)末效蒸汽用于空气和废水的加热，一方面可提高空气的水分容纳能力，另一方面能提升空气和废水的温度，促进气液传质，减少多效蒸发系统新鲜蒸汽的使用量；

4)本发明的方法实施简单，操作方便，可有效节能。

附图说明

图1为本申请的一种深度节能的多效蒸发系统工艺的流程示意图。

图中：1-二次蒸汽冷凝器、2-废水预热器、3-空气预热器、4-风机、5-废水预浓缩器、6-预浓废水预热器、7-一效加热器、8-一效分离器、9-一效循环泵、10-二效加热器、11-二效分离器、12-二效循环泵、13-稠厚釜、14-离心机、15-母液泵。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1：对照图1

一种深度节能的多效蒸发系统，包括二次蒸汽冷凝器1，用于对末效剩余蒸汽进行冷凝、废水预热器2，用于对待处理废水进行预热、空气预热器3，用于对空气进行预热、风机4、废水预浓缩器5，用于使空气增湿和废水进一步预浓缩、预浓废水预热器6，用于对经过预浓缩的废水进行预热、一效加热器7、一效分离器8、一效循环泵9、二效加热器10、二效分离器11、二效循环泵12、稠厚釜13、离心机14，用于离心分离出母液和结晶物、母液泵15。

具体的，废水预热器2与废水预浓缩器5液体进口连接，空气预热器3与废水预浓缩器5气体进口连接，废水预浓缩器5液体出口连接预浓废水预热器6冷侧进口，预浓废水预热器6冷侧出口与一效分离器8下部进口连接，风机4与空气预热器3连接；

一效分离器8底部出口经一效循环泵9分别与一效加热器7冷侧进口和二效分离器11下部进口连接，一效加热器7冷侧出口与一效分离器8上部进口连接，一效分离器8顶部的蒸汽出口与二效加热器10热侧进口连接；

二效分离器11底部出口经二效循环泵12与二效加热器10冷侧进口连接，二效加热器10冷侧出口与二效分离器11上部进口连接，二效分离器11顶部的蒸汽出口分别与二次蒸汽冷凝器1、废水预热器2、空气预热器3和预浓废水预热器6热侧进口连接，所述二效分离器11下部出口与稠厚釜13连接；

稠厚釜13底部出口与离心机14连接，离心机14母液出口通过母液泵15与废水预热器2冷侧进口连接。

其中，废水预浓缩器5由气体进气室、气液接触室、气液分离室构成，所述气液接触室内设置有若干个水平放置的文丘里管，所述气体进气室通过文丘里管与气液分离室气路相通；所述文丘里管的喉部外侧沿圆周方向均匀设置有若干个通气小孔；气液分离室顶部和底部分别设有气体出口和废水出口，气液接触室上连接有废水进水装置。

对照图1，具体工艺为，40%的硫酸钠废水流量为4m

进一步地，废水预浓缩器5分为气体进气室、气液接触室和气液分离室，所述气液接触室内设置有21个水平放置的文丘里管，所述气体进气室通过文丘里管与气液分离室气路相通；所述文丘里管的喉部外侧沿圆周方向均匀设置有4个通气小孔；气液分离室顶部和底部分别设有气体出口和废水出口，气液接触室上连接有废水进水装置。

进一步地，文丘里管收缩管入口直径130mm，收缩管长度160mm；喉管直径60mm，喉管长度60mm，喉管侧部沿圆周均匀开设4个直径10mm的通气小孔；扩散管出口直径100mm，扩散管长度290mm。

液体在废水预浓缩器5中初步浓缩后，从液体出口进入与之连接的预浓废水预热器6管程，被末效蒸汽加热到60℃后进入一效分离器8。一效分离器8中的废水经过一效循环泵9，一部分进入一效加热器7的管程，一部分进入二效分离器11。一效加热器7的壳程采用新鲜蒸汽加热，加热后的废水从顶部进入一效分离器8中汽化。一效分离器8的二次蒸汽从顶部进入二效加热器10的壳程，加热管程中从二效分离器11中泵入的废水，废水加热后从顶部进入二效分离器11汽化，二次蒸汽在废水预热器2、空气预热器3和预浓废水预热器6中被利用，多余的二次蒸汽在二次蒸汽冷凝器1中被循环冷却水冷却。

进一步地，二效分离器11中的一部分废水从下部出口经过稠厚釜13进入离心机14离心结晶出结晶盐，离心母液再通过母液泵15与废水混合后进入废水预热器2。

经过本发明新工艺处理前后，节能效果分析：

计算基准：废水浓度：40%；废水量：4000kg/h；空气量：10000m

空气相对湿度：40%；温度：25℃；新鲜蒸汽压力：2.5bar

计算过程：

末效分离器产生的二次蒸汽压力：0.3bar

末效分离器产生的二次蒸汽温度：69.12℃

废水在废水预热器中被二次蒸汽加热后的温度：59℃

废气在废气预热器中被二次蒸汽加热后的温度：59℃

废水和废气在废水预浓缩器中发生强化传质，根据气液平衡计算可得，废水进入空气中的水分为：245.2kg/h

原废水中的水量为：4000*60%=2400kg/h

废水经预提浓后的减少比例为：245.2/2400=10.22%

该比例即为节省的蒸汽比例。

由此可见，经过本发明新工艺处理方法，可节省约10%的新鲜蒸汽使用量。

本说明书所述内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。