申请日2018.03.07
公开(公告)日2018.06.12
IPC分类号C02F9/10; C02F1/04; C02F1/06; C02F1/12
摘要
本发明公开了一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统及方法。从燃气电厂空分装置引出压缩空气辅助雾化电厂含盐废水，辅助雾化后的空气(废气)作为热泵热源经风机送至热泵蒸发器，废气被冷却除湿，回收废热，空气中水蒸气在蒸发器冷凝后的冷凝水定期排放;电厂预处理废水首先流进热泵冷凝器与制冷剂蒸汽换热预热;预热后的废水与经蒸发器冷却除湿后的废气在浓缩室进行接触式传质浓缩，浓缩后的较高浓度的废水流进多级闪蒸装置进行闪蒸。闪蒸过程产生的淡化水汇集至集水槽，闪蒸装置中的循环废水流进喷雾室进一步被压缩空气辅助雾化浓缩，含盐废水在喷雾室蒸发至完全结晶，生成的结晶盐堆积喷雾室底部出料口并由刮板定期清除。该系统充分利用了废热，实现了能源梯级利用，实现电厂废水零排放。
权利要求书
1.一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，该系统包括预处理模块、热泵模块、浓缩模块、多级闪蒸模块，其特征在于：还包括雾化模块，预处理模块通过将预处理的废水通过废水管输入热泵模块预热，预热后的废水经由浓缩模块浓缩，浓缩废水由多级闪蒸模块闪蒸，闪蒸后的废水经雾化模块雾化。
2.根据权利要求1所述一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，其特征在于，所述的预处理模块设有钠离子过滤器，浓缩模块设有浓缩室，多级闪蒸模块设有多组闪蒸器，所述雾化模块设有喷雾室。
3.根据权利要求2所述一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，其特征在于，所述钠离子过滤器(1)入口通过废水管(32)接入电厂含盐废水，出口依次通过循环泵I(13)和废水管(33)与冷凝器(4)入水口连接。
4.根据权利要求1或2所述一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，其特征在于，所述的热泵模块为空气源热泵包括蒸发器(2)、压缩机(3)、冷凝器(4)和电磁膨胀阀(5)，相互之间通过制冷剂管(52)依次连接，形成一条闭合的制冷剂循环通道;冷凝器(4)入水口与预处理模块的废水管(33)连接。
5.根据权利要求1或2所述一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，其特征在于，所述的浓缩模块为气液直接接触式浓缩模块，蒸发器(2)空气出口依次通过风道(49)、引风机II(22)与浓缩室(6)空气入口连接，浓缩室(6)空气出口依次通过风道(50)、引风机III(23)、风道(51)排出废气;
浓缩室(6)出水口依次通过循环泵III(15)和废水管(35)连接至冷凝管束(56c)入口;
所述浓缩室(6)呈长方形;螺旋式喷水管(67)由上至下均布在浓缩室(6)中，其上设有若干带喷嘴的分水管(68);浓缩室(6)的废气出口侧设有折流挡板(69);所述折流挡板(69)为用镀锌钢板或玻璃钢条加工而成的多折形挡水板。
6.根据权利要求1或2所述一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，其特征在于，多级闪蒸模块包括闪蒸器I(7)、闪蒸器II(8)、闪蒸器III(9)，闪蒸器I(7)包括冷凝管束(56a)、集水盘(57a)、除雾器(58a);闪蒸器II(8)包括冷凝管束(56b)、集水盘(57b)、除雾器(58b);闪蒸器III(9)包括冷凝管束(56c)、集水盘(57c)、除雾器(58c);所述冷凝管束依次通过废水 管首尾相接;闪蒸器II(8)和闪蒸器III(9)中还分别设有换热器I(59a)和换热器II(59b);换热器I(59a)入口与二次蒸汽管(60)连接，换热器I(59a)出口通过二次蒸汽管(61)与换热器II(59b)入口连接，换热器II(59b)出口通过二次蒸汽管引出;所述集水盘出口分别通过淡水管连接至淡水管(46)并通过淡水泵(20)连接至集水槽(12);
所述闪蒸器I(7)、闪蒸器II(8)、闪蒸器III(9)依次通过废水管(40)、真空泵II(17)及废水管(41)、真空泵III(18)串联连接，各级闪蒸器内均为负压;所述废水管上分别设有真空计;所述集水盘分别位于冷凝管束正下部，除雾器分别与集水盘处于闪蒸器内同一高度;所述换热器I(59a)和换热器II(59b)分别位于闪蒸器II(8)、闪蒸器III(9)底部，浸没于循环盐水中;
废水通过闪蒸器I(7)的冷凝管束后，流入盐水加热器(10);
所述盐水加热器(10)入口通过废水管(38)连接至冷凝管束(56a)出口，盐水加热器(10)出口依次通过废水管(39)和真空泵I(16)连接至闪蒸器I(7)循环盐水入口，闪蒸器I(7)循环盐水出口依次通过废水管(40)和真空泵II(17)与闪蒸器II(8)循环盐水入口连接，闪蒸器II(8)循环盐水出口依次通过废水管(41)和真空泵III(18)与闪蒸器III(9)循环盐水入口连接。
7.根据权利要求1或2所述一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，其特征在于，雾化模块为压缩空气辅助雾化模块，设有喷雾室，所述喷雾室(11)入水口依次通过浓液泵(19)和废水管(42)连接至闪蒸器III(9)循环盐水出口;所述喷雾室(11)顶部通过压缩空气管(47)接入压缩空气，出口依次通过引风机I(21)和风道(48)与蒸发器(2)空气入口连接，蒸发器(2)空气出口依次通过风道(49)、引风机II(22)与浓缩室(6)空气入口连接，浓缩室(6)空气出口依次通过风道(50)、引风机III(23)、风道(51)排出废气;
所述喷雾室(11)顶部和底部为抛物线型，中部为圆柱形，喷雾室(11)上部设有隔板(71)，两相流喷嘴(72)固定在隔板(71)中间，两相流喷嘴(72)内部设置混合室(73)。
8.根据权利要求6所述一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，其特征在于，所述盐水加热器(10)为铜合金套管式换热器，盐水加热器(10)入口通过蒸汽引出管(53)接入高温蒸汽，出口通过蒸汽引出管(54)排出低温蒸汽;高低温蒸汽可以直接从与燃气轮机相关联的燃料操作的锅炉热回收蒸汽发生器供应或从适合于脱盐过程的压力下从蒸汽背压式涡轮机的排气口或从精馏抽汽汽轮机排出，所述蒸汽引出管和二次蒸汽管上设有保温层。
9.根据权利要求4所述一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，其特征在于，所述蒸发器(2)为卧式壳管式换热器，换热管为带有蛇形铝质翅片(63)的铜质盘管，蒸发器(2)底部设有泄水管(64)，泄水管(64)上安装有蝶阀(65)，废气出口侧设有折流板(66);所述冷凝器(4)为不锈钢螺旋管式换热器，浸没式置于管壳内，管壳外层铺设保温层(62)，所述废水管设有保温层，废水管上分别设有闸阀;所述压缩空气管、风道上分别设有保温层，其上分别设有风阀。
10.一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶方法，其特征在于，燃气电厂空分装置引出的压缩空气在喷雾室(11)利用两相流喷嘴(72)辅助雾化来自多级闪蒸装置的电厂含盐废水，辅助雾化后的废气通过风机(21)送至蒸发器(2)空气入口，与蒸发器(2)中的制冷剂换热，自身冷却除湿，释放显热和潜热，驱动热泵;空气中水蒸气在蒸发器冷凝后的冷凝水通过泄水管(64)定期排放出并收集;
电厂废水首先流过钠离子过滤器(1)并加入阻垢剂、消泡剂得到预处理后流进冷凝器(4)与制冷剂蒸汽换热预热，预热后的废水与经蒸发器(2)冷却除湿后的废气在浓缩室(6)进行接触式传质浓缩，浓缩后的较高浓度的废水流进多级闪蒸装置进行闪蒸，最后在喷雾室(11)被压缩空气辅助雾化蒸发至完全结晶;
闪蒸过程产生的淡化水依次通过淡水管(46)和淡水泵(20)流入集水槽(12);闪蒸装置中的循环废水进一步流进喷雾室(11)，废水在喷雾室(11)蒸发至完全结晶，生成的结晶盐进入喷雾室(11)底部出料口(74)。
说明书
一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统及方法
技术领域
本发明涉及一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统及方法，属于电厂废水处理和热泵技术领域。
背景技术
水资源和水环境问题已成为制约工业发展的瓶颈。“废水零排放”在火电企业越来越多地被提及，电厂中的高含盐废水是实现废水零排放的关键。对于浓缩盐水的循环利用或产品化再处理，实现盐水脱盐淡化过程的零排放将是一项极富挑战而且意义重大的工作。
热泵技术是利用低品味热源的一项成熟和节能技术，应用热泵技术用于回收废热和预热废水，是节省能耗的一种有效方法。
多级闪蒸MSF最突出的特点是蒸发面在料液与蒸汽接触面上，而不是在容器的壁面上，因此在蒸发过程中不存在结垢的问题。另外，闪蒸技术的单级容量很大，淡水生产量可达76000m3/d。但此工艺技术也有很多缺点：动力消耗大，设备的操作弹性小，不适用于造水量变化大的场合等。与多效蒸发相比每立方米淡水多消耗3kWh。因此，如何降低能耗是该技术需要解决的问题。
液体介质的雾化过程依赖于转化为动能的压力能量，以产生分散的液相。燃气电厂空分装置引出的压缩空气具有巨大压力能和热能，若能得到充分利用来辅助雾化浓盐水，将大大降低废水处理的能耗，这样浓盐水的处理问题将有一个很大的改善。压缩空气用于雾化后的废气，仍有一定的压力和温度，还有利用的价值，直接排放势必造成能源上的浪费。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统。
一种利用压缩空气和热泵处理电厂含盐废水的多效蒸发结晶系统，该系统包括预处理模块、热泵模块、浓缩模块、多级闪蒸模块，还包括雾化模块，预处理模块通过将预处理的废水通过废水管输入热泵模块预热，预热后的废水经由浓缩模块浓缩，浓缩废水由多级闪蒸模块闪蒸，闪蒸后的废水经雾化模块雾化。
所述的预处理模块设有钠离子过滤器，浓缩模块设有浓缩室，多级闪蒸模块设有多组闪蒸器，所述雾化模块设有喷雾室。
所述钠离子过滤器入口通过废水管接入电厂含盐废水，出口依次通过循环泵I和废水管与冷凝器入水口连接。
所述的热泵模块为空气源热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器和电磁膨胀阀，相互之间通过制冷剂管依次连接，形成一条闭合的制冷剂循环通道;冷凝器入水口与预处理模块的废水管连接，
所述冷凝器为不锈钢螺旋管式换热器，浸没式置于管壳内，管壳外层铺设保温层。
所述的浓缩模块为气液直接接触式浓缩模块，蒸发器空气出口依次通过风道、引风机II与浓缩室空气入口连接，浓缩室空气出口依次通过风道、引风机III、风道排出废气;
浓缩室出水口依次通过循环泵III和废水管连接至冷凝管束入口;
所述浓缩室呈长方形;螺旋式喷水管由上至下均布在浓缩室中，其上设有若干带喷嘴的分水管;浓缩室的废气出口侧设有折流挡板;所述折流挡板为用镀锌钢板或玻璃钢条加工而成的多折形挡水板。
多级闪蒸模块包括闪蒸器I、闪蒸器II、闪蒸器III，闪蒸器I包括冷凝管束、集水盘、除雾器;闪蒸器II包括冷凝管束、集水盘、除雾器;闪蒸器III包括冷凝管束、集水盘、除雾器;所述冷凝管束依次通过废水管、首尾相接;闪蒸器II和闪蒸器III中还分别设有换热器I和换热器II;换热器I入口与二次蒸汽管连接，换热器I出口通过二次蒸汽管与换热器II入口连接，换热器II出口通过二次蒸汽管引出;所述集水盘出口分别通过淡水管连接至淡水管并通过淡水泵连接至集水槽;
所述闪蒸器I、闪蒸器II、闪蒸器III依次通过废水管、真空泵II及废水管、真空泵III串联连接，各级闪蒸器内均为负压;所述废水管上分别设有真空计;所述集水盘分别位于冷凝管束正下部，除雾器分别与集水盘处于闪蒸器内同一高度;所述换热器I和换热器II分别位于闪蒸器II、闪蒸器III底部，浸没于循环盐水中。
废水通过闪蒸器I的冷凝管束后，流入盐水加热器，所述盐水加热器入口通过废水管连接至冷凝管束出口，盐水加热器出口依次通过废水管和真空泵I连接至闪蒸器I循环盐水入口，闪蒸器I循环盐水出口依次通过废水管和真空泵II与闪蒸器II循环盐水入口连接，闪蒸器II循环盐水出口依次通过废水管和真空泵III与闪蒸器III循环盐水入口连接。
雾化模块为压缩空气辅助雾化模块，设有喷雾室，所述喷雾室入水口依次通过浓液泵和废水管连接至闪蒸器III循环盐水出口;所述喷雾室顶部通过压缩空气管接入压缩空气，出口依次通过引风机I和风道与蒸发器空气入口连接，蒸发器空气出口依次通过风道、引风机II与浓缩室空气入口连接，浓缩室空气出口依次通过风道、引风机III、风道排出废气。
所述喷雾室顶部和底部为抛物线型，中部为圆柱形，喷雾室上部设有隔板，两相流喷嘴固定在隔板中间，两相流喷嘴内部设置混合室。
所述盐水加热器为铜合金套管式换热器，盐水加热器入口通过蒸汽引出管接入高温蒸汽，出口通过蒸汽引出管排出低温蒸汽;高低温蒸汽可以直接从与燃气轮机相关联的燃料操作的锅炉热回收蒸汽发生器供应或从适合于脱盐过程的压力下从蒸汽背压式涡轮机的排气口或从精馏抽汽汽轮机排出。
所述蒸发器为卧式壳管式换热器，换热管为带有蛇形铝质翅片的铜质盘管，蒸发器底部设有泄水管，泄水管上安装有蝶阀，废气出口侧设有折流板;所述废水管设有保温层，废水管上分别设有闸阀;所述压缩空气管、风道上分别设有保温层，其上分别设有风阀;所述蒸汽引出管和二次蒸汽管上设有保温层。
燃气电厂空分装置引出的压缩空气在喷雾室利用两相流喷嘴辅助雾化来自多级闪蒸装置的电厂含盐废水，辅助雾化后的废气通过风机送至蒸发器空气入口，与蒸发器中的制冷剂换热，自身冷却除湿，释放显热和潜热，驱动热泵;空气中水蒸气在蒸发器冷凝后的冷凝水通过泄水管定期排放出并收集;
电厂废水首先流过钠离子过滤器并加入阻垢剂、消泡剂得到预处理后流进冷凝器与制冷剂蒸汽换热预热，预热后的废水与经蒸发器冷却除湿后的废气在浓缩室进行接触式传质浓缩，浓缩后的较高浓度的废水流进多级闪蒸装置进行闪蒸，最后在喷雾室被压缩空气辅助雾化蒸发至完全结晶;
闪蒸过程产生的淡化水依次通过淡水管和淡水泵流入集水槽;闪蒸装置中的循环废水进一步流进喷雾室，废水在喷雾室蒸发至完全结晶，生成的结晶盐进入喷雾室底部出料口。
本发明具有以下有益效果：
1)综合考虑多级闪蒸MSF和多效蒸发的的优点，提出改进的多级闪蒸电厂废水处理系统。在原有多级闪蒸的基础上，结合多效蒸发将二次蒸汽的潜热利用在下一效的特点，将各级闪蒸器中闪蒸出的二次蒸汽的一部分引到下一级闪蒸器中用来加热循环盐水，同时二次蒸汽冷凝为产品淡水，淡水可以直接作为电厂的锅炉用水，而经过处理之后的则可以作为饮用水解决淡水资源紧缺的现状，提高了现有MSF系统的造水比，降低了产水成本。
2)利用燃气轮机空分装置引出的压缩空气来辅助雾化浓盐水，大大降低了废水处理的能耗，提高了含盐废水浓缩效果。
3)含盐废水经过压缩空气辅助雾化后完全结晶，实现了废水的零排放和无机盐的回收。
4)压缩空气辅助雾化后的空气(废气)蕴含可观的显热和潜热，在热泵蒸发器冷却除湿，将全热传递给蒸发器中的制冷剂，而热泵又通过冷凝器预热废水，随后冷却除湿后的废气与预热后的废水进行接触式热质交换，浓缩废水，废气得到了充分利用，实现了能量梯级利用，具有良好的经济和社会效益。