一种利用湿能的节能高效浓缩工艺及系统

技术领域

本发明属于浓缩工艺技术领域，尤其涉及一种利用湿能的节能高效浓缩工艺及系统。

背景技术

当前浓缩工艺主要通过蒸汽加热方式实现，即利用目标液体与水沸点不同，通过蒸汽加热稀液，从而将稀液中的水分转化为水蒸气进行分离，达到浓缩稀液的目的。但是，由于当前浓缩工艺主要是利用蒸汽，因而需要源源不断的提供蒸汽，所需成本较高。在此基础上，由于浓缩过程中产生的热量未被回收利用，因而会造成大量的能源浪费。

因此传统工艺中，蒸汽浓缩工艺存在着种种弊端，制约着工业的发展。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种利用湿能的节能高效浓缩工艺，利用空气、水、能量三者之间的热质转换，通过空气作为载体，在实现水循环和能量循环的基础上，将稀液中的水分带走，从而达到稀液浓缩的效果。本发明还公开了一种应用于上述浓缩工艺的浓缩系统。

一种利用湿能的节能高效浓缩工艺，包括如下步骤：

利用第一换热器将第一介质携带的热量转移至第一浓缩器，用以加热进入或待进入第一浓缩器的空气；

将第一溶液通入第一浓缩器，利用升温后的空气对第一溶液浓缩，得到第二溶液；

将通过第一浓缩器的空气通入除湿器，利用除湿器得到低温干燥空气和携附冷凝热的液态水；

利用热泵将液态水的冷凝热提升并转移至第一介质；

将通过除湿器的空气循环至第一浓缩器；

其中，所述液态水可在除湿器中循环流动。

优选的，还包括如下步骤：

利用热泵将液态水的冷凝热提升并转移至第二介质；

利用第二换热器将第二介质携带的热量转移至第二浓缩器，用以加热进入或待进入第二浓缩器的低温干燥空气；

将第二溶液通入第二浓缩器，利用升温后的低温干燥空气对第二溶液浓缩，得到第三溶液；

将通过第二浓缩器的空气循环至第一浓缩器。

优选的，通过工业余热加热第一介质替代热泵加热第一介质；或

通过工业余热加热第二介质替代热泵加热第二介质。

优选的所述第一介质和/或第二介质为水溶液；

还包括如下步骤：

将液态水排出除湿器，融入第一介质和/或第二介质；和/或

将液态水排出除湿器，收集备用。

一种利用湿能的节能高效浓缩系统，应用于如上所述的浓缩工艺，所述浓缩系统包括：

第一浓缩器，用于利用高温空气浓缩第一溶液以得到第二溶液；

第一换热器，用于将第一介质的热量转移至第一浓缩器，以加热进入或待进入第一浓缩器的空气；

除湿器，用于接收第一浓缩器排出的空气，并将其降温除湿，得到低温干燥空气和携附冷凝热的液态水；

第二浓缩器，用于利用高温空气浓缩第二溶液以得到第三溶液；

第二换热器，用于将第二介质的热量转移至第二浓缩器，以加热进入或待进入第二浓缩器的低温干燥空气；

热泵，用于获取除湿器在除湿过程中产生的冷凝热，加热第一介质和/或第二介质；以及

风机，用于将第二浓缩器排出的空气循环至第一浓缩器。

通过第一浓缩器、第二浓缩器、第一换热器、第二换热器、除湿器、热泵和风机，使空气、能量、水形成换热体系，以使得空气得到加热，当加热后的空气进入第一浓缩器和第二浓缩器后，利用水蒸气分压力差带走第一溶液和第二溶液中的水分，以达到浓缩效果，并在长时间的使用中，实现能量循环；并且上述过程只需要对热泵供电，耗能较小。

优选的，所述热泵用于加热第一介质和第二介质中的其中一者；

还包括：

工业余热释放设备，用于通过工业余热加热第一介质和第二介质中的另外一者。

将工业余热利用在本系统内，能够进一步减少能耗。

优选的，所述除湿器设有循环管道，用于接收液态水，并使液态水在除湿器中循环。

循环管道能够实现液态水的循环使用，避免水资源浪费。

优选的，所述除湿器还设有排水管道，所述排水管道和循环管道切换使用。

排水管道能够实现排出除湿器中的液态水，保证除湿器的除湿效果。

优选的，所述第一介质和第二介质为水溶液；

所述排水管道将除湿器排出液态水融入第一介质和/或第二介质。

液态水可以通过融入第一介质和/或第二介质以实现水资源回收利用，从而进一步降低系统使用成本。

优选的，还包括：

收集容器，用于收集排水管道注入的液态水。

收集容器收集的液态水可以作为备用，在需要的使用融入第一介质和/或第二介质，或则用做其他，从而达到节约水资源的目的。

和现有技术相比，本发明能够在一个换热体系内实现空气循环、能量循环和水循环；利用整个浓缩系统内部的热量进行循环，无需持续提供热量用于浓缩，整个浓缩系统只需要提供少量的电能用于热泵，即可实现热量的持续利用，大大降低浓缩所需的成本；利用热泵技术实现了水和热量的循环使用，大大节约水资源和能量成本，环境友好，节能增效；本发明可回收利用工业余热，提升浓缩效果。

附图说明

图1为本发明实施例的一种工艺流程示意图；

图2为本发明实施例的另一种工艺流程示意图。

图中：1-第一浓缩器；2-第一换热器；3-除湿器；4-第二浓缩器；5-第二换热器；6-热泵；7-风机；8-循环管道；9-排水管道。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

由背景技术可知，现有技术具有一些使用上的缺陷。

1、传统利用蒸汽对稀液进行浓缩，需要耗费大量的蒸汽，而蒸汽的成本较高，工业上稀液处理量又十分巨大，因此利用蒸汽进行浓缩成本十分巨大，制约了稀液浓缩的发展，降低了生产效益。

2、传统利用蒸汽对稀液进行浓缩需要消耗大量的水，也是一种极大的成本，且对环境不友好。

3、蒸汽的产生需要锅炉，投资使用锅炉不仅大大增加了建设、用地等成本，而且所需燃料也是一种极大的能源消耗，且对环境会造成严重的污染，增加碳排放，加剧全球变暖。

由此，如图1所示，本实施例公开了一种利用湿能的节能高效浓缩系统，包括第一浓缩器1、第一换热器2、除湿器3、热泵6和风机7。

其中，所述第一浓缩器1用于利用高温空气浓缩第一溶液以得到第二溶液；

所述第一换热器2用于将第一介质的热量转移至第一浓缩器1，以加热进入或待进入第一浓缩器1的空气；所述除湿器3用于接收第一浓缩器1排出的空气，并将其降温除湿，得到低温干燥空气和携附冷凝热的液态水；所述热泵6用于获取除湿器3在除湿过程中产生的冷凝热，加热第一介质和/或第二介质；所述风机7用于将第二浓缩器4排出的空气循环至第一浓缩器1。

具体的，在第一换热器2通入有第一介质，所述第一介质能量载体，通过第一换热器2将能量转移至第一浓缩器1。所述第一介质为用于第一换热器2的循环水溶液。

由此，所述第一换热器2通过将水携带的热量转移至第一浓缩器1，以加热待进入第一浓缩器1的空气，当空气被加热后，由于饱和空气含水率随温度的升高而升高，因此利用空气作为载体，即可带走第一溶液中的部分水分，从而达到浓缩稀液的目的。

除湿器3工作时，其内空气被降温除湿，因此整个过程会存在放热，因此，当热泵6获取除湿过程所产生的冷凝热后，将冷凝热提升并转移至第一换热器2，通过第一换热器2的水作为载体，使第一换热器2能够将这部分能量转移至第一浓缩器1，从而加热待进入第一浓缩器1的空气。

可知的是，热泵6在实际使用过程中，只需为压缩机付出少量的电能，就可以将获取的热量进一步提升并转移至通过第一换热器2的循环水溶液，之后通过第一换热器2为第一浓缩器1提供热量，如此循环。因而付出少量电能的代价，就可以实现整个浓缩系统内的热量循环，大大降低浓缩所需加热成本。

所述除湿器3排出的空气能够通过风机7引流至第一浓缩器1，从而保持浓缩系统内整体的空气循环。

由此，通过本实施例中利用湿能技术，构成空气、水、能量循环，实现热质交换及转换，利用稀液和空气中水蒸气分压力差作为驱动力，将稀液中的水分推入空气中，达到稀液浓缩的目的。

进一步的，浓缩系统还包括第二浓缩器4和第二换热器5；所述第二浓缩器4用于利用高温空气浓缩第二溶液以得到第三溶液；所述第二换热器5用于将第二介质的热量转移至第二浓缩器4，以加热进入或待进入第二浓缩器4的低温干燥空气。

在本实施例中，第二换热器5通入有第二介质，所述第二介质作为能量载体，通过第二换热器5将能量转移至第二浓缩器4。所述第二介质为用于第二换热器5的循环水溶液。

此时，第二溶液进入第二浓缩器4后，基于上述第一溶液进入第一浓缩器1产生第二溶液的原理，使得第二溶液通过第二浓缩器4后，能够得到第三溶液。明显可知的是，此时第一溶液的浓度小于第二溶液的溶度小于第三溶液浓度。因而以第一溶液为稀液的产品得到了以第三溶液为浓液的产品。

需要说明的是，此时风机7将第二浓缩器4排出的空气循环至第一浓缩器1。

为了更好的使用本实施例，还包括工业余热释放设备，用于通过工业余热加热第一介质。此时，所述热泵6用于加热第二介质。

鉴于冶金等工业中有大量的工业余热可以利用，虽然这种余热仅为低品质余热，但是同样可以用于对稀液的浓缩。因而当本实施例引入工业余热后，能够在保证浓缩质量的情况下，进一步降低能源消耗。

在另外的一些实施例中，工业余热加热第二介质，热泵6加热第一介质。

为了更好的使用本实施例，所述除湿器3设有循环管道8，用于接收液态水，并使液态水在除湿器3中循环。所述除湿器3还设有排水管道9，所述排水管道9和循环管道8切换使用。

进一步的，为了更好的使用本实施例，所述第一介质和第二介质为水溶液；所述排水管道9将除湿器3排出液态水融入第一介质和/或第二介质。

再进一步，还包括收集容器，用于收集排水管道9注入的液态水。

由此，在本实施例中，液态水在循环管道8中流动，并携带冷凝热通过热泵6。并且，液态水可以通过排水管道9排出除湿器3，用于补充第一介质和/或第二介质，同时也可以对液态水进行收集备存，在需要的时候再另做他用。

在一些实施例中，所述第一换热器2用于将工业余热的热量转移至第一浓缩器1，以加热进入第一浓缩器1的空气；所述第二换热器5用于将除湿器3内产生的冷凝热转移至第二浓缩器4，以加热进入第二浓缩器4的低温干燥空气。可知的是，这种实施例的能量交换效率不高，但是同样能够实现与本实施例相同的技术效果。可以理解的是，相比于提前加热空气，临时加热的空气无法保证提高含水率，因而浓缩效果不及本实施例。

由此，基于上述浓缩系统，本实施例还公开了一种利用湿能的节能高效浓缩工艺，包括如下步骤：

S100、利用第一换热器2将第一介质携带的热量转移至第一浓缩器1，用以加热待进入第一浓缩器1的空气；

S200、将第一溶液通入第一浓缩器1，利用升温后的空气对第一溶液浓缩，得到第二溶液；

S300、将通过第一浓缩器1的空气通入除湿器3，利用除湿器3得到低温干燥空气和携附冷凝热的液态水；

S400、利用热泵6将液态水的冷凝热提升并转移至第二介质；

S500、利用第二换热器5将第二介质携带的热量转移至第二浓缩器4，用以加热待进入第二浓缩器4的低温干燥空气；

S600、将第二溶液通入第二浓缩器4，利用升温后的低温干燥空气对第二溶液浓缩，得到第三溶液；

S700、将通过第二浓缩器4的空气循环至第一浓缩器1。

S600、循环S100～S500。

其中，所述液态水可在除湿器3中循环流动。

具体的，所述第一介质通过工业余热加热，工业余热来源于工业余热释放设备。

需要说明的是，在本实施例中，液态水的循环流动通过除湿器3设置的循环管道8实现。此外，所述第一介质和第二介质均为水溶液，其可以通过除湿器3设置的排水管道9排出的液态水以实现补充。

在另外一些实施例中，所述液态水被除湿器3设置的排水管道9注入收集容器，以实现水资源储备。

需要说明的是，在步骤S100～S600中，不同的实施例可以有不同的顺序变换，本实施例仅作为一种使用可能性，不代表仅上述步骤才能够实现浓缩系统的具体使用。

经上述浓缩工艺，目前已在某蒸汽冷凝水冷却及高盐废水浓缩项目中成功应用，通过对其冷凝水进行余热利用，以空气为浓缩载体，将高盐废水进行浓缩，成功将某项目高盐废水中氯化钙浓度浓缩至30000mg/L，本工艺在该项目利用了锅炉冷却塔循环水低品质余热，结合湿能技术对高盐废水中水分的提取能力，大幅降低了能耗，单位运行成本5.65元/t，而其他工艺如多效蒸发(MED)，需要外源蒸汽作为热源，在达到相同处理效果的前提下，该法的单位运行成本约90元/t，机械压蒸汽再缩技术(MVR)技术也需要50元/t左右的单位运行成本。

因此，达到产品销售要求，在节约资源、节省成本的基础上，本工艺相较于其他浓缩工艺具有明显的优势，可大幅度降低能耗，并确保了实现低能耗的高盐废水资源化利用。

同样，在某焦化废水盐废水零排放项目中也成功应用。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。