申请日2018.09.06
公开(公告)日2019.01.11
IPC分类号C02F9/10; C01D3/04; C01F11/46
摘要
一种基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，属于工业节能与环境保护技术领域。本发明全系统包括四大工艺板块，即热法污水治理及资源化板块、除盐水板块、锅炉及热回收板块、汽轮机发电及余热回收板块，采用多种余热资源作为污水蒸发及结晶装置的驱动热源，对热电厂及外来公共污水实现蒸发浓缩减量、热法蒸发及高纯度分盐，其中用于加热除氧器、工艺水及热网回水等的较高品位蒸汽或高温水或烟气高温段显热等用于余热蒸发结晶、提纯及母液干化，污水侧二次蒸汽余热回用于对加热对象进行预热;汽轮机凝汽器余热及烟气余热则用于负压余热蒸发浓缩，回收的清水可用于除盐水水源补水，氯化钠用作氯碱厂等的原料，硫酸钙等可作建筑材料。
权利要求书
1.一种基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，全系统包括四大工艺板块，即热法污水治理及资源化板块(A1)、除盐水板块(A2)、锅炉及热回收板块(A3)、汽轮机发电及余热回收板块(A4)及板块内部与板块之间的辅助管线设施，其特征在于，汽轮机发电及余热回收板块(A4)的凝汽器(42)采用低真空换热结构，锅炉及热回收板块(A3)除包括锅炉本体(33)及其常规辅机系统外还包括烟气污水蒸发器(34)和基于锅炉进风水蒸气载热循环的锅炉烟气余热回收组件(30)，热法污水治理及资源化板块(A1)的多介质过滤器(1)的除盐水浓水(P1)的进口与除盐水板块(A2)的除盐水浓水(P1)的出口相连，多介质过滤器(1)的冷却塔排污水(P2)的进口与汽轮机发电及余热回收板块(A4)的冷却塔(44)的冷却塔排污水(P2)的出口相连，多介质过滤器(1)的悬浮高浓水(G9)的出口与絮凝沉淀池(21)的原水进口相连，多介质过滤器(1)的压滤水进口与第一压滤机(20)的压滤水出口相连，多介质过滤器(1)的处理水出口与一级反渗透膜(2)的原水进口相连，一级反渗透膜(2)的一级清水(D5)的出口与除盐水板块(A2)的除盐水反渗透膜(23)的再生原水(D)的进口相连，一级反渗透膜(2)的处理水出口与二级反渗透膜(3)的原水进口相连，二级反渗透膜(3)的二级清水(D4)的出口与除盐水反渗透膜(23)的再生原水(D)的进口相连，二级反渗透膜(3)的处理水出口与混水预处理池(4)的高浓原水(G)的进口相连，高浓原水(G)的进口还分别于包括来自一级反渗透膜(2)、二级反渗透膜(3)、超滤/微滤膜处理装置(6)、第二压滤机(15)、来自除盐水板块(A2)的水源水预处理池(22)、除盐水 反渗透膜(23)、来自锅炉及热回收板块(A3)的脱硫塔(34)在内的高浓排水出口相通，混水预处理池(4)的排污高浓水(G1)的出口与第二压滤机(15)的原水进口相连，混水预处理池(4)的处理水出口与氧化钙化池(5)的原水进口相连，氧化钙化池(5)设置有氧化剂(O)的进口、石灰乳及复合药剂(F)的投料口、硫酸钙(K3)的出料口、其它固态盐(K5)的出料口、处理水出口，氧化钙化池(5)的处理水出口与超滤/微滤膜处理装置(6)的原水进口相连，超滤/微滤膜处理装置(6)设置有碱液(CH)的进料口、再生污水(G3)的出口和处理水出口，超滤/微滤膜处理装置(6)的处理水出口与纳滤膜分盐装置(7)的原水进口相连，纳滤膜分盐装置(7)的高浓水(H)的出口与氧化钙化池(5)的高浓水(H)的进口相连，纳滤膜分盐装置(7)的净化水出口与余热蒸发结晶器(8)的原水进口相连，余热蒸发结晶器(8)设置有余热热源(J1)的进口、余热热源出水(J2)的出口、工业级氯化钠(K1)的出盐口、污水二次蒸汽(L)的出口和母液(G4)的出口，其中余热蒸发结晶器(8)的污水二次蒸汽(L)的出口与余热回收器组件(10+11)的高温侧进口相连，余热回收器组件(10+11)的高温侧凝结水出口与除盐水反渗透膜(23)的再生原水(D)的进口相通，超滤/微滤膜处理装置(6)的处理水出口还与负压余热蒸发器(14)的原水进口相连，负压余热蒸发器(14)设置有第一低温余热热源(R1)的进口、第一低温余热热源出水(R2)的出口、第二低温余热热源(R3)的进口、第二低温余热热源出水(R4)的出口、低压污水二次蒸汽(Ld)的出口和低压母液(G5)的出口，其中低压母液(G5)的出口与母液干化余热蒸发器(13)的原水进口相连，母液干化余热蒸发器(13)设置有余热热源(J1)的进口、余热热源出水(J2)的出口、母液干化固废(K6)的出料口，负压余热蒸发器(14)的低压污水二次蒸汽(Ld)的出口与循环冷却水换热器(12)的蒸汽进口相连，循环冷却水换热器(12)的冷却进水(N1)的进口与冷却塔(44)的冷却水出口相连，循环冷却水换热器(12)的冷却出水(N2)的出口与冷却塔(44)的冷却水进口相连，循环冷却水换热器(12)的低压清水(D3)的出口与除盐水反渗透膜(23)的再生原水(D)的进口相通。
2.如权利要求1所述的基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，其特征在于所述的余热蒸发结晶器(8)的工业级氯化钠(K1)的出盐口与结晶盐再净化装置(9)的进料口相通，结晶盐再净化装置(9)设置有余热热源(J1)的进口、凝结水回水(J2)的出口、高纯度工业级氯化钠(K4)的出料口。
3.如权利要求1所述的基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，其特征在于所述的锅炉及热回收板块(A3)的烟气污水蒸发器(37)的高温排烟(Y)的进口与来自锅炉或除尘器的高温排烟(Y)的烟道相连，烟气污水蒸发器(37)的中温烟气(Y0)的出口与脱硫塔(34)的脱硫进烟(Y1)的进口相连，烟气污水蒸发器(37)的喷淋用母液(G4)的进口与余热蒸发结晶器(8)的母液(G4)的出口相通，或者负压余热蒸发器(14)的低压母液(G5)的出口相通，或者其它高浓度污废水来源的出口相通，烟气污水蒸发器(37)还设置有烟气干化固废(K7)的出料口。
4.如权利要求1所述的基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，其特征在于所述的锅炉烟气余热回收组件(30)包含锅炉烟气余热复合喷淋塔(31)，锅炉烟气余热复合喷淋塔(31)的烟气进口与脱硫塔(34)的脱硫烟气(Y1)的出口相通，锅炉烟气余热复合喷淋塔(31)的烟气余热高温水(Rg1)的出口与负压余热蒸发器(14)的第一低温余热热源(R1)的进口相通，锅炉烟气余热复合喷淋塔(31)的烟气余热低温水(Rh2)的进口与第一低温余热热源出水(R2)的出口相通。
5.如权利要求1所述的基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，其特征在于所述的汽轮机发电及余热回收板块(A4)的凝汽器(42)的循环水出水(Rg3)的出口除了与冷却塔(44)的冷却水进口相连外，还与负压余热蒸发器(14)的第二低温余热热源(R3)的进口相通，凝汽器(42)的循环水进水(Rh4)的进口除了与冷却塔(44)的冷却水出口相连外，还与第二低温余热热源出水(R4)的出口相通。
6.如权利要求1所述的基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，其特征在于所述的汽轮机发电及余热回收板块(A4)的汽轮机(43)的抽汽出口除了与给水加热器组件(40)的进汽口、除氧器(41)的进汽口和供暖或工艺热用户的热水加热器(46)的高温侧进口相连外，还与余热蒸发结晶器(8)的余热热源(J1)的进口相通，或者与结晶盐再净化装置(9)的余热热源(J1)的进口相通，或者与母液干化余热蒸发器(13)的余热热源(J1)的进口相通，除氧器(41)的凝结水进口除了与凝汽器(42)的凝结水出口、热水加热器(46)的凝结水回水(J2)的出口相通外，还与来自余热蒸发结晶器(8)、或者结晶盐再净化装置(9)、母液干化余热蒸发器(13)的凝结水回水(J2)的出口相通，还与余热回收器组件(10+11)中的除氧器及工艺水余热加热器(11)的被加热出水(M2)的出口相通，除氧器及工艺水余热加热器(11)的被加热进水(M1)的进口与凝汽器(42)的凝结水出口相通。
7.如权利要求1所述的基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，其特征在于所述的余热回收器组件(10+11)包括热网回水余热加热器(10)，热网回水余热加热器(10)的热网回水进水来水(M3)的进口与热水加热器(46)的低温回水(Rh)的来水管相通，热网回水余热加热器(10)的热网回水进水去水(M4)的出口与热水加热器(46)的低温回水(Rh)的进口相通，热网回水余热加热器(10)的高温侧进口与余热蒸发结晶器(8)的污水二次蒸汽(L)的出口相连，热网回水余热加热器(10)的高温侧第二排水(D2)的出口与除氧器及工艺水余热加热器(11)的高温侧第一排水(D1)的出口相连后，与除盐水反渗透膜(23)的再生原水(D)的进口相通。
8.如权利要求1所述的基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，其特征在于所述的热法污水治理及资源化板块(A1)的多介质过滤器(1)还设置有外接浓水(Pw)的进口，其与热电厂之外的公共污水进水中的较低浓度污水来源的进水管路相通，热法污水治理及资源化板块(A1)的混水预处理池(4)还设置有外接高浓原水(Gw)的进口，其与热电厂之外的公共污水进水中的较高浓度污水来源的进水管路相通，热法污水治理及资源化板块(A1)的结晶盐再净化装置(9)还设置有来自热电厂之外的公共外接初级工业盐(Kw)的进料口。
说明书
一种基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂
技术领域
本发明涉及一种基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，属于工业节能与环境保护技术领域。
背景技术
目前包括热电厂或热源厂在内的大多数产业均需要排放大量污水、特别是工业高盐废水，严重污染环境，特别是对地下土壤、地下水资源等的污染日益严重、且极难恢复。虽然目前已有普遍实施污水零排放及水资源再利用的社会呼声、政策预期和企业尝试，但目前常规的处理方法，包括预处理+膜处理+MVR蒸发或多效蒸发的技术路线，存在的最大问题是：初投资巨大(目前通常折合1t/h的吨污水投资需求约达30～100万元)，运行能耗及运维费用过高(目前通常折合吨污水处理费用30～90元，极少有低于20元/t者);同时，实现污水零排放过程中排出的大量废盐等固态物通常被作为危废对待，需按法律规定进行危废处置，包括处置费、环保税费等在内的综合处置成本合计约达4000～8000元/t。因此，不论是污水零排放还是废盐处置等，其综合投资及运维成本费用均属高昂，如全社会开始实施及严格执行，则产业上通常的观点是：大多数污水排放较多的行业企业将被迫停产、破产。
因此，许多类似行业企业、政策选择上均面临一个两难化命题——是要“金山银山”，还是要“绿水青山”;如何做到鱼和熊掌兼得，企业和社会均受益。一种可能成立的技术途径是：采用热电厂等工业企业的余热，代替污水零排放及废盐资源化工艺流程中必然耗费的大量高品位能源作为驱动热源，则可大幅降低其人工能源耗费及其能源运行费用，同时可缩短污水综合治理及其资源化的流程，并通过对换热过程的高效优化设计，提高换热强度、降低换热材料耗量并显著降低总体初投资。根据上述技术解决思想，以热电厂为例进行技术路线的分析如下。
热电厂或热源厂的锅炉排烟分为较高温区间(折合热电厂综合热效率的1%～2%)和低温区间(折合热电厂综合热效率的9%～12%)，均可提供大量低品位余热用来进行污水蒸发浓缩及减量化;汽轮机乏汽凝汽器可安装低真空循环水供热方式，提供大量低品位余热(折合热电厂综合热效率的20%～60%)用来进行污水蒸发浓缩及减量化;除氧器的进水加热蒸汽可通过能源梯级利用方式，提供大量较高品位余热(折合热电厂综合热效率的5%～9%)用来进行污水蒸发浓缩及减量化;冬季集中供暖的热网回水加热蒸汽可通过能源梯级利用方式，提供大量较高品位余热(折合热电厂综合热效率的10%～60%)用来进行污水蒸发浓缩及减量化;若有其它工艺水需要加热，则其进水加热蒸汽可通过能源梯级利用方式，提供大量较高品位余热(折合热电厂综合热效率的10%～60%)用来进行污水蒸发浓缩及减量化。通过利用上述余热加热及梯级能源利用方式，通常可用来进行污水蒸发及结晶的热量可达热电厂热效率的20%～80%，即热电厂全厂综合热利用效率甚至可达110%～170%。而采用上述余热利用方式进行污水零排放时，其增量能耗除有关水泵耗电外，增量热能消耗几乎可以忽略，从而其污水零排放的能源费用主要为流程中的水泵运行电费等。
如按吨水处理耗电量平均3～4kWh计算，如按热电厂上网电价平均0.4元/kWh计算，其吨污水处理能源成本只有约1.2～1.6元/t，如按工业企业大客户电价估计约为2.0～3.0元/t;则包含其它运维费用的综合运行成本估算约为3～6元/t;则与目前采用常规方法进行污水零排放的吨污水综合成本相比，呈一个数量级的下降。这为解决热电厂及更多产业所产生的大量污水综合治理难题及重大社会性环保问题，提供了一种技术上、经济上均可行的技术基础。
发明内容
本发明的目的和任务是，针对上述热电厂及各行业企业中大量产生的污水、特别是工业高盐废水进行污水零排放、回收水资源和内含物资源，采用了基于热法的污水零排放及资源回收技术，通过多种余热驱动方式，对工业污水进行蒸发浓缩减量、热法蒸发、分盐结晶及提纯，并将其中的氯离子、悬浮物、高价离子及重金属等不断从循环中分离，实现水资源及内含物料资源的回收，其中回收的水资源可转用于热电厂等工厂的除盐水制水工艺的水源补水、热网水补水等;回收的高纯度的氯化钠用于作为氯碱厂等下游工厂的原料，回收的硫酸钙等可作建筑材料。
本发明的具体描述是：一种基于热法的工业高盐废水全资源化回收公共环保工厂，全系统包括四大工艺板块，即热法污水治理及资源化板块A1、除盐水板块A2、锅炉及热回收板块A3、汽轮机发电及余热回收板块A4及板块内部与板块之间的辅助管线设施，其特征在于，汽轮机发电及余热回收板块A4的凝汽器42采用低真空换热结构，锅炉及热回收板块A3除包括锅炉本体33及其常规辅机系统外还包括烟气污水蒸发器34和基于锅炉进风水蒸气载热循环的锅炉烟气余热回收组件30，热法污水治理及资源化板块A1的多介质过滤器1的除盐水浓水P1的进口与除盐水板块A2的除盐水浓水P1的出口相连，多介质过滤器1的冷却塔排污水P2的进口与汽轮机发电及余热回收板块A4的冷却塔44的冷却塔排污水P2的出口相连，多介质过滤器1的悬浮高浓水G9的出口与絮凝沉淀池21的原水进口相连，多介质过滤器1的压滤水进口与第一压滤机20的压滤水出口相连，多介质过滤器1的处理水出口与一级反渗透膜2的原水进口相连，一级反渗透膜2的一级清水D5的出口与除盐水板块A2的除盐水反渗透膜23的再生原水D的进口相连，一级反渗透膜2的处理水出口与二级反渗透膜3的原水进口相连，二级反渗透膜3的二级清水D4的出口与除盐水反渗透膜23的再生原水D的进口相连，二级反渗透膜3的处理水出口与混水预处理池4的高浓原水G的进口相连，高浓原水G的进口还分别于包括来自一级反渗透膜2、二级反渗透膜3、超滤/微滤膜处理装置6、第二压滤机15、来自除盐水板块A2的水源水预处理池22、除盐水反渗透膜23、来自锅炉及热回收板块A3的脱硫塔34在内的高浓排水出口相通，混水预处理池4的排污高浓水G1的出口与第二压滤机15的原水进口相连，混水预处理池4的处理水出口与氧化钙化池5的原水进口相连，氧化钙化池5设置有氧化剂O的进口、石灰乳及复合药剂F的投料口、硫酸钙K3的出料口、其它固态盐K5的出料口、处理水出口，氧化钙化池5的处理水出口与超滤/微滤膜处理装置6的原水进口相连，超滤/微滤膜处理装置6设置有碱液CH的进料口、再生污水G3的出口和处理水出口，超滤/微滤膜处理装置6的处理水出口与纳滤膜分盐装置7的原水进口相连，纳滤膜分盐装置7的高浓水H的出口与氧化钙化池5的高浓水H的进口相连，纳滤膜分盐装置7的净化水出口与余热蒸发结晶器8的原水进口相连，余热蒸发结晶器8设置有余热热源J1的进口、余热热源出水J2的出口、工业级氯化钠K1的出盐口、污水二次蒸汽L的出口和母液G4的出口，其中余热蒸发结晶器8的污水二次蒸汽L的出口与余热回收器组件10+11的高温侧进口相连，余热回收器组件10+11的高温侧凝结水出口与除盐水反渗透膜23的再生原水D的进口相通，超滤/微滤膜处理装置6的处理水出口还与负压余热蒸发器14的原水进口相连，负压余热蒸发器14设置有第一低温余热热源R1的进口、第一低温余热热源出水R2的出口、第二低温余热热源R3的进口、第二低温余热热源出水R4的出口、低压污水二次蒸汽Ld的出口和低压母液G5的出口，其中低压母液G5的出口与母液干化余热蒸发器13的原水进口相连，母液干化余热蒸发器13设置有余热热源J1的进口、余热热源出水J2的出口、母液干化固废K6的出料口，负压余热蒸发器14的低压污水二次蒸汽Ld的出口与循环冷却水换热器12的蒸汽进口相连，循环冷却水换热器12的冷却进水N1的进口与冷却塔44的冷却水出口相连，循环冷却水换热器12的冷却出水N2的出口与冷却塔44的冷却水进口相连，循环冷却水换热器12的低压清水D3的出口与除盐水反渗透膜23的再生原水D的进口相通。
余热蒸发结晶器8的工业级氯化钠K1的出盐口与结晶盐再净化装置9的进料口相通，结晶盐再净化装置9设置有余热热源J1的进口、凝结水回水J2的出口、高纯度工业级氯化钠K4的出料口。
锅炉及热回收板块A3的烟气污水蒸发器37的高温排烟Y的进口与来自锅炉或除尘器的高温排烟Y的烟道相连，烟气污水蒸发器37的中温烟气Y0的出口与脱硫塔34的脱硫进烟Y1的进口相连，烟气污水蒸发器37的喷淋用母液G4的进口与余热蒸发结晶器8的母液G4的出口相通，或者负压余热蒸发器14的低压母液G5的出口相通，或者其它高浓度污废水来源的出口相通，烟气污水蒸发器37还设置有烟气干化固废K7的出料口。
锅炉烟气余热回收组件30包含锅炉烟气余热复合喷淋塔31，锅炉烟气余热复合喷淋塔31的烟气进口与脱硫塔34的脱硫烟气Y1的出口相通，锅炉烟气余热复合喷淋塔31的烟气余热高温水Rg1的出口与负压余热蒸发器14的第一低温余热热源R1的进口相通，锅炉烟气余热复合喷淋塔31的烟气余热低温水Rh2的进口与第一低温余热热源出水R2的出口相通。
汽轮机发电及余热回收板块A4的凝汽器42的循环水出水Rg3的出口除了与冷却塔44的冷却水进口相连外，还与负压余热蒸发器14的第二低温余热热源R3的进口相通，凝汽器42的循环水进水Rh4的进口除了与冷却塔44的冷却水出口相连外，还与第二低温余热热源出水R4的出口相通。
汽轮机发电及余热回收板块A4的汽轮机43的抽汽出口除了与给水加热器组件40的进汽口、除氧器41的进汽口和供暖或工艺热用户的热水加热器46的高温侧进口相连外，还与余热蒸发结晶器8的余热热源J1的进口相通，或者与结晶盐再净化装置9的余热热源J1的进口相通，或者与母液干化余热蒸发器13的余热热源J1的进口相通，除氧器41的凝结水进口除了与凝汽器42的凝结水出口、热水加热器46的凝结水回水J2的出口相通外，还与来自余热蒸发结晶器8、或者结晶盐再净化装置9、母液干化余热蒸发器13的凝结水回水J2的出口相通，还与余热回收器组件10+11中的除氧器及工艺水余热加热器11的被加热出水M2的出口相通，除氧器及工艺水余热加热器11的被加热进水M1的进口与凝汽器42的凝结水出口相通。
余热回收器组件10+11包括热网回水余热加热器10，热网回水余热加热器10的热网回水进水来水M3的进口与热水加热器46的低温回水Rh的来水管相通，热网回水余热加热器10的热网回水进水去水M4的出口与热水加热器46的低温回水Rh的进口相通，热网回水余热加热器10的高温侧进口与余热蒸发结晶器8的污水二次蒸汽L的出口相连，热网回水余热加热器10的高温侧第二排水D2的出口与除氧器及工艺水余热加热器11的高温侧第一排水D1的出口相连后，与除盐水反渗透膜23的再生原水D的进口相通。
热法污水治理及资源化板块A1的多介质过滤器1还设置有外接浓水Pw的进口，其与热电厂之外的公共污水进水中的较低浓度污水来源的进水管路相通，热法污水治理及资源化板块A1的混水预处理池4还设置有外接高浓原水Gw的进口，其与热电厂之外的公共污水进水中的较高浓度污水来源的进水管路相通，热法污水治理及资源化板块A1的结晶盐再净化装置9还设置有来自热电厂之外的公共外接初级工业盐Kw的进料口。
本发明解决了目前广泛存在的热电厂等许多行业企业在生产流程中产生的大量污水、特别是高盐废水的低成本综合处理及其资源化的难题，既通过清水回用节约了补水需求，又回收了高纯度工业级氯化钠、硫酸钙等资源，同时大幅节省了人工能源的耗费及其运行费用。其中与常规污水零排放及危废盐提纯回收技术相比，可降低90%左右的人工能源需求，大幅降低能耗的同时可将运行费用降低一个数量级，成为大多数热电厂及有关工业用户建得起、用得起的全面污水治理及资源化回收的全新技术方式。本发明可以热电厂及其动力系统工艺与热工过程为中心，实现由高污染高排放方式向工艺污水零排放、水资源消耗显著降低的清洁生产型绿色化动力工厂模式转变，特别是可作为工业园区乃至全社会一体化大环保体系的基础性技术流程，承担公共污水综合治理的公共环保工厂及综合治理中心，兼具技术、经济价值和环保、社会效果。
该方法显著降低了污水零排放及实现高效资源化的运行能耗及费用，尤其适合于热电厂或热源厂与氯碱工艺联合运行的场合，更可进一步提高综合治理的产业配套完备性和技术经济效果。同时，本发明所设计的技术方法及其装置与工程实施方案，也可进一步推广到其它行业的类似高能耗、高余热排放的行业企业污水综合治理中去，乃至推广到其它相关危废物处理工艺中去，具有更普遍的产业应用价值与社会经济效益。