公布日：2023.12.05
申请日：2023.10.10
分类号：C02F1/08(2023.01)I;B01D1/22(2006.01)I;B01D1/30(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统，包括集中池，集中池用于集结煤化工各用水环节产生的高盐废水；集中池连接有混合池，混合池通过进液管路连接有变频水泵的进口，变频水泵的出口连接降膜蒸发器的进水口；进液管路和内管内分别沿管长均匀间隔设有若干涡流传感器；各涡流传感器和变频水泵均与一电控装置相连接，电控装置周期性调节变频水泵的运行频率以使进液管路内和内管内的水流状态在湍流状态和层流状态之间切换。本发明公开了相应的防垢除垢方法，降低管路结垢速度，延长管路维护周期；通过除垢结构和方法，高效地对最易结垢的降膜蒸发管进行除垢，利用结构强度的差异使降膜蒸发管内壁的垢层更容易开裂脱落，提高除垢效果。
权利要求书
1.煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统，包括集中池，集中池用于集结煤化工各用水环节产生的高盐废水；集中池连接有混合池，其特征在于：混合池通过进液管路连接有变频水泵的进口，变频水泵的出口连接降膜蒸发器的进水口；降膜蒸发器包括上下相连的上壳体和下壳体，上壳体内竖向设有若干降膜蒸发管，各降膜蒸发的顶部连接有布水器，布水器与其上方的上壳体围成布水腔，各降膜蒸发管的下端向下伸入下壳体并与下壳体相通；下壳体底部为上大下小的锥形部，锥形部的底端连接有浓缩液出管；降膜蒸发器的进水口通过内管与布水腔相通；上壳体上部设有高温蒸汽进口，高温蒸汽进口与高温蒸汽源相连接，下壳体顶部连接有蒸汽流出管路；下壳体内设有用于盛接沿各降膜蒸发管外壁下落的冷凝水的环形接水槽，环形接水槽位于各降膜蒸发管的下方且顶部敞口；环形接水槽在径向方向上围绕在各降膜蒸发管外壁外侧；环形接水槽的底端连接有冷凝水管，冷凝水管伸出下壳体并通入冷凝水池；进液管路和内管内分别沿管长均匀间隔设有若干涡流传感器；各涡流传感器和变频水泵均与一电控装置相连接，电控装置通过涡流传感器监测进液管路和内管内的水流的流动状态，电控装置周期性调节变频水泵的运行频率以使进液管路内和内管内的水流状态在湍流状态和层流状态之间切换；还包括有热交换器，热交换器的管程串联在进液管路上，热交换器的壳程串联在蒸汽流出管路上，高温蒸汽源为蒸汽压缩机；蒸汽流出管路与蒸汽压缩机的进口相连接，蒸汽压缩机的进口还连接有用于补充蒸汽的补汽管，补汽管上设有补汽阀；串联在蒸汽流出管路上的热交换器的壳程的底部连接有出水管，出水管连接冷凝水池；降膜蒸发管包括由金属箔制成的本体，本体内壁和外壁分别设有钛合金镀层，本体外壁上的钛合金镀层外设有由金属丝形成的网络状的加强筋网；加强筋网用于使金属丝处的降膜蒸发管的结构强度与金属丝以外的降膜蒸发管的结构强度形成差异以利于脉冲除垢；布水腔向上连接有注气口，注气口上设有注气阀，注气口用于连接脉冲气泵并引入脉冲气流；环形接水槽处的下壳体上以及锥形部处的下壳体上分别设有维护口，维护口通过法兰结构连接有维护门。
2.权利要求1中所述煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统的防垢方法，其特征在于：将进液管路和内管统一称为受控管，电控装置在首次开机运行时对进液管路和内管进行流动状态试验动作；流动状态试验动作是：电控装置由低至高调节变频水泵的工作频率，同时接收受控管内各涡流传感器的信号，针对同一受控管，电控装置将检测到涡流的涡流传感器的数量最少时的工作频率作为该受控管的层流工作频率，将检测到涡流的涡流传感器的数量最多时的工作频率作为该受控管的湍流工作频率；在运行过程中，电控装置每隔D天进行一次流动状态试验动作，更新进液管路和内管分别对应的层流工作频率和湍流工作频率；5≤D≤15；在运行过程中，电控装置交替对进液管路和内管进行流动状态控制动作；对某一个受控管进行的流动状态控制动作是：电控装置控制变频电机以该受控管对应的层流工作频率运行A分钟，然后以该受控管对应的湍流工作频率运行B分钟，A:B＝3：1，且A+B≤6分钟。
3.权利要求2中所述煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统的除垢方法，其特征在于：注气口通过注气管路连接有脉冲气泵；降膜蒸发管内液膜蒸发过程中结垢速度高于煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统中的其他管路；长期工作后，需要对降膜蒸发管除垢时，关闭变频水泵和蒸汽压缩机，通过浓缩液出管排空下壳体内的浓缩液，然后打开注气阀和脉冲气泵，通过布水腔向各降膜蒸发管注入脉冲气流1－3分钟；脉冲气流降膜蒸发管外鼓并回缩形成振荡，促使降膜蒸发管内壁的垢层开裂并脱落从而除垢；工作人员定期打开维护门，清理脱落的碎垢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统，能够监控高盐废水的流动状态，通过切换流动状态降低管路结垢速度。
为实现上述目的，本发明的煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统包括集中池，集中池用于集结煤化工各用水环节产生的高盐废水；集中池连接有混合池，
混合池通过进液管路连接有变频水泵的进口，变频水泵的出口连接降膜蒸发器的进水口；
降膜蒸发器包括上下相连的上壳体和下壳体，上壳体内竖向设有若干降膜蒸发管，各降膜蒸发的顶部连接有布水器，布水器与其上方的上壳体围成布水腔，各降膜蒸发管的下端向下伸入下壳体并与下壳体相通；下壳体底部为上大下小的锥形部，锥形部的底端连接有浓缩液出管；降膜蒸发器的进水口通过内管与布水腔相通；
上壳体上部设有高温蒸汽进口，高温蒸汽进口与高温蒸汽源相连接，下壳体顶部连接有蒸汽流出管路；
下壳体内设有用于盛接沿各降膜蒸发管外壁下落的冷凝水的环形接水槽，环形接水槽位于各降膜蒸发管的下方且顶部敞口；环形接水槽在径向方向上围绕在各降膜蒸发管外壁外侧；环形接水槽的底端连接有冷凝水管，冷凝水管伸出下壳体并通入冷凝水池；
进液管路和内管内分别沿管长均匀间隔设有若干涡流传感器；各涡流传感器和变频水泵均与一电控装置相连接，电控装置通过涡流传感器监测进液管路和内管内的水流的流动状态，电控装置周期性调节变频水泵的运行频率以使进液管路内和内管内的水流状态在湍流状态和层流状态之间切换。
还包括有热交换器，热交换器的管程串联在进液管路上，热交换器的壳程串联在蒸汽流出管路上，高温蒸汽源为蒸汽压缩机；蒸汽流出管路与蒸汽压缩机的进口相连接，蒸汽压缩机的进口还连接有用于补充蒸汽的补汽管，补汽管上设有补汽阀；
串联在蒸汽流出管路上的热交换器的壳程的底部连接有出水管，出水管连接冷凝水池。
降膜蒸发管包括由金属箔制成的本体，本体内壁和外壁分别设有钛合金镀层，本体外壁上的钛合金镀层外设有由金属丝形成的网络状的加强筋网；加强筋网用于使金属丝处的降膜蒸发管的结构强度与金属丝以外的降膜蒸发管的结构强度形成差异以利于脉冲除垢；
布水腔向上连接有注气口，注气口上设有注气阀，注气口用于连接脉冲气泵并引入脉冲气流；
环形接水槽处的下壳体上以及锥形部处的下壳体上分别设有维护口，维护口通过法兰结构连接有维护门。
本发明还公开了上述煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统的防垢方法，将进液管路和内管统一称为受控管，电控装置在首次开机运行时对进液管路和内管进行流动状态试验动作；
流动状态试验动作是：
电控装置由低至高调节变频水泵的工作频率，同时接收受控管内各涡流传感器的信号，针对同一受控管，电控装置将检测到涡流的涡流传感器的数量最少时的工作频率作为该受控管的层流工作频率，将检测到涡流的涡流传感器的数量最多时的工作频率作为该受控管的湍流工作频率；
在运行过程中，电控装置每隔D天进行一次流动状态试验动作，更新进液管路和内管分别对应的层流工作频率和湍流工作频率；5≤D≤15；
在运行过程中，电控装置交替对进液管路和内管进行流动状态控制动作；对某一个受控管进行的流动状态控制动作是：
电控装置控制变频电机以该受控管对应的层流工作频率运行A分钟，然后以该受控管对应的湍流工作频率运行B分钟，A:B＝3：1，且A+B≤6分钟；
本发明还公开了上述煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统的除垢方法，注气口通过注气管路连接有脉冲气泵；降膜蒸发管内液膜蒸发过程中结垢速度高于煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统中的其他管路；
长期工作后，需要对降膜蒸发管除垢时，关闭变频水泵和蒸汽压缩机，通过浓缩液出管排空下壳体内的浓缩液，然后打开注气阀和脉冲气泵，通过布水腔向各降膜蒸发管注入脉冲气流1－3分钟；脉冲气流降膜蒸发管外鼓并回缩形成振荡，促使降膜蒸发管内壁的垢层开裂并脱落从而除垢；工作人员定期打开维护门，清理脱落的碎垢。
本发明具有如下的优点：
层流状态和湍流状态下流体内颗粒物和管路内表面之间的相互作用力的状态有所不同，大部分在层流状态下容易沉淀的颗粒物在湍流状态下不易沉淀，大部分在湍流状态下容易沉淀的颗粒物在层流状态下不易沉淀，这也造就了不同的流动状态下管路易结垢位置不同的现象。本发明通过周期性地切换水流状态，破坏原水流状态下的颗粒的沉积过程，起到管路防垢的作用，大幅降低管路结垢的速度。
热交换器可以对待处理的高盐废水进行预热，使其在降膜蒸发器内更容易受热蒸发。补汽管可以在蒸汽量不足时补充蒸汽，避免系统蒸汽量不足的问题。
经换热器产生的冷凝水通过出水管通入冷凝水池，未冷凝的蒸汽回流蒸汽压缩机的进口，实现蒸汽能量的循环利用。
进行除垢维护时，关闭变频水泵，排空下壳体内的浓缩液；打开注气阀，使脉冲气流进入各降膜蒸发管。降膜蒸发管的管壁很薄，在脉冲气流作用下外鼓后再回缩，形成震荡，加强筋网处降膜蒸发管的结构变形将小于加强筋网的网格内降膜蒸发管的结构变形，结构变形的差异使得该处结垢更容易分裂，从而更容易脱落。不是每次除垢后都需要清除下落的碎垢，工作人员周期性地打开维护门，清理碎垢。
本发明使得进液管路和内管中的高盐废水的流动状态在不同状态间进行切换，落实周期性地切换水流状态的任务，破坏原水流状态下的颗粒的沉积过程，起到管路防垢的作用，大幅降低管路结垢的速度。进液管路在层流状态和湍流状态间切换时，内管中的流动状态虽然可能没有进行极限切换（检测到涡流状态发生改变的涡流传感器的数量最多），但也必然进行了部分切换（有部分涡流传感器在切换前后是否检测到涡流的状态发生了改变），因而也具有一定的防垢效果。同理，电控装置控制内管中的流动状态在层流状态和湍流状态间切换时，对进液管路也有一定防垢效果。
每隔D天进行一次流动状态试验动作，可以在新的管路结垢条件下测定新的层流工作频率和湍流工作频率，避免原有层流工作频率和湍流工作频率不适应管路内最新结垢条件的现象，从而保证防垢方法有效运行。
本发明利用脉冲气流使降膜蒸发管产生振荡，促进垢层开裂并脱落，操作十分简便，除垢动作时间短，除垢效果较好。振荡时加强筋网的金属丝处的结构变形小于降膜蒸发管其他部分的结构变形，使该处垢层更容易开裂导致脱落，从而提高除垢效率。
本发明通过防垢相关结构和防垢方法，大幅降低管路结垢速度，延长管路维护周期；通过除垢结构和除垢方法，能够迅速而高效地对最易结垢的降膜蒸发管进行除垢，利用结构强度的差异使得降膜蒸发管内壁的垢层更容易开裂脱落，提高除垢效果。总之，采用本发明，能够对煤化工高盐废水降膜蒸发处理系统的长期稳定运行提供保障，对于环境保护具有重要意义；降低管路结垢速度，大幅延长管路维护周期，避免人工对降膜蒸发管进行除垢过于费工费时的问题。
（发明人：张倩;李盼盼;刘隔;傅俊杰）