申请日2018.05.16
公开(公告)日2018.09.14
IPC分类号C02F1/06
摘要
本发明公开了一种利用热风浓缩‑闪蒸处理废水的装置及方法，装置包括风机、空气加热器、除雾器、供水泵、浓缩闪蒸罐、出水泵、收集罐和废水缓冲罐，风机连接空气加热器，空气加热器连接浓缩闪蒸罐，浓缩闪蒸罐连接除雾器;浓缩闪蒸罐的浓缩液出口连接收集罐;收集罐与供水泵相连;供水泵与浓缩闪蒸罐的液体入口连接。方法为利用风机和空气加热器形成热空气，将供水泵泵入的废水通过喷雾形式在浓缩闪蒸罐内形成雾滴，利用热空气与雾滴对流换热实现液体浓缩;浓缩液在浓缩闪蒸罐内通过波二相流雾化喷嘴形成雾滴，再次利用热空气实现闪蒸。本发明提供的装置在同一系统内相互协同，实现了独立进行的浓缩与闪蒸操作，更易于工艺控制及程序监控。
翻译权利要求书
1.一种利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，其特征在于，包括风机(1)、空气加热器(2)、除雾器(6)、供水泵(7)、浓缩闪蒸罐(10)、出水泵(11)、收集罐(12)和原水缓冲罐(13)，其中风机(1)连接空气加热器(2)，空气加热器(2)连接浓缩闪蒸罐(10)，浓缩闪蒸罐(10)的出风口连接除雾器(6);浓缩闪蒸罐(10)的浓缩液出口通过出水泵(11)连接收集罐(12);收集罐(12)与供水泵(7)相接;原水缓冲罐(13)与供水泵(7)相连;供水泵(7)通过管道与浓缩闪蒸罐(10)的液体入口连接。
2.根据权利要求1所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，其特征在于，浓缩闪蒸罐(10)包括设置在罐体顶部的第一进风口(10-1)，在第一进风口(10-1)下方设置有散流器(10-2);浓缩闪蒸罐(10)内部上方设置第一气流分布器(10-3)，下方设置第二气流分布器(10-4);第一气流分布器(10-3)上方的罐体上设置第一出风口(10-10)，第二气流分布器(10-4)下方的罐体上设置第二进风口(10-5);罐体底部设置浓缩液出口(10-6);第一气流分布器(10-3)和第二气流分布器(10-4)之间的罐体侧面上部设置第一液体入口(10-8)和第二液体入口(10-9)，下部设置第二出风口(10-7)。
3.根据权利要求2所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，其特征在于，浓缩闪蒸罐(10)内部设置声波单相流雾化喷嘴(9-2)和声波二相流雾化喷嘴(9-1)，其中声波单相流雾化喷嘴(9-2)通过管道与第一液体入口(10-8)连接，声波二相流雾化喷嘴(9-1)通过管道与第二液体入口(10-9)连接;声波单相流雾化喷嘴为一流体喷嘴。
4.根据权利要求2所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，其特征在于，第一气流分布器(10-3)和第二气流分布器(10-4)为带有均匀排布的孔的气体均流板。
5.根据权利要求2-4任一项所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，其特征在于，空气加热器(2)的气体出口通过两个管路与浓缩闪蒸罐(10)连接，其中第一管路连接第二进风口(10-5)，第二管路连接第一进风口(10-1)，第一管路上设置第一阀门(3-1)，第二管路上设置第二阀门(3-2);第一出风口(10-10)和第二出风口(10-7)分别通过第三管路和第四管路连接除雾器(6)，第三管路上设置第三阀门(3-3)，第四管路上设置第四阀门(3-4);供水泵(7)通过第五管路和第六管路分别连接第二液体入口(10-9)和第一液体入口(10-8)，第五管路上设置第五阀门(3-5)，第六管路上设置第六阀门(3-6);供水泵(7)通过第七管路连接收集罐(12)，第七管道路上设置第七阀门(3-7)。
6.根据权利要求5所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，其特征在于，第五管路上设置有空压机(4)，第六管路上设置有循环泵(8)。
7.根据权利要求6所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，其特征在于，浓缩液出口(10-6)分为两个支路，其中一个支路与出水泵(11)连接，另一个支路与循环泵(8)连接。
8.根据权利要求7所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，其特征在于，第五管路上设置有第一声波除垢器(5-1)，第六管路上设置有第二声波除垢器(5-2)。
9.权利要求8所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置进行浓缩闪蒸处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，废水浓缩：废水在循环泵的作用下输送至声波单相流雾化喷嘴处并在浓缩闪蒸罐内雾化成小液滴，常温常压空气在风机的输送作用下进入空气加热器内加热成高温高焓值的热风，打开第一阀门同时关闭第二阀门，热风由第二进风口进入浓缩闪蒸罐内，热风与雾化的液滴在浓缩闪蒸罐内逆流充分接触，完成传质传热过程，废水中一部分的水分变成水蒸汽随热风流动;废水在浓缩闪蒸罐内完成浓缩工艺后关闭第四阀门同时打开第三阀门，降温增湿后的热风由第一出风口进入除雾器内，热风中的水滴被收集，除雾后的热风排出系统外;关闭第五阀门并打开第六阀门，供水泵持续向循环管路补充废水，当浓缩闪蒸罐内废水浓度达到设定值，废液由出水泵输送至收集罐内;系统运行稳定后，开启第二声波除垢器，通过调节声波频率达到对循环管道和声波单相流雾化喷嘴的防堵和除垢的作用;
步骤二，废水闪蒸：关闭第六阀门并打开第五阀门和第七阀门，将浓缩后的废水浓缩液在供水泵的输送下进入声波二相流雾化喷嘴并在浓缩闪蒸罐内雾化为雾滴;常温常压空气在风机的输送作用下进入空气加热器内加热为高温高焓值的热风，同时关闭第一阀门并打开第二阀门，热风由第一进风口进入浓缩闪蒸罐的顶部，在浓缩闪蒸罐内雾滴吸收热风的热量而蒸发为水蒸汽，废水中的废盐析出为固体;关闭第三阀门并打开第四阀门，废水闪蒸后的热风由第二出风口进入除雾器内，热风中携带的固态盐被收集起来，净化后的热风排出系统外;系统运行稳定后，开启第一声波除垢器，通过调节声波频率达到对供水管道和声波二相流雾化喷嘴的防堵和除垢的作用。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，废水浓缩步骤中废水经声波单相流雾化喷嘴后的雾化粒径为200-2000μm ，热风温度为80-110℃，波除垢装置的声波的频率范围为10kHz-50kHz，声压级大于180dB;废水闪蒸步骤中废水经声波二相流雾化喷嘴后的雾化粒径为20μm-50μm，声波二相流雾化喷嘴的喷雾水量与压缩空气液气比取1:100-1:200，压缩空气为0.4MPa-0.6MPa，闪蒸的热风温度为110-350℃;声波除垢器的声波的频率范围为10kHz-50kHz，声压级大于180dB。
说明书
一种利用热风浓缩-闪蒸处理废水的组合试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种利用热风浓缩-闪蒸处理废水的组合试验装置及方法，属于废水浓缩减量化及高盐废水零排放处理技术领域的关键设备和方法。
背景技术
现有的蒸发浓缩技术多采用多效蒸发或机械蒸汽再压缩两种形式。实际运行中这些工艺设备存在多种缺陷：如(1)多效蒸发的主要热源为蒸汽，处理吨水的蒸汽能耗大、工艺流程复杂、系统维护量大。机械蒸汽再压缩蒸发系统主要使用了蒸汽压缩机，以消耗电能为代价完成对蒸汽的再压缩以最终作为废水蒸发的热源，能耗上大大降低，但因蒸汽压缩机运转时对二次蒸汽的品质要求很高，不适合处理含腐蚀性或挥发性气体，容易造成压缩机的性能降低。(2)两种蒸发技术在传热时均采用间壁式换热元件，处理高盐、高硬度的废水时难免造成管道结垢堵塞现象，影响换热效率，甚至影响系统的稳定运行。
申请号为03111018.5的专利提出了以热风为载体在蒸发室内完成对废液的蒸发浓缩工艺，该方法的专利中提及到废液采用沸腾床或喷雾雾化方式推动液体与气体的接触，但当处理高盐高硬度废水时，液体喷雾口和管道弯头等处容易造成结垢和堵塞。
针对目前电厂脱硫废水零排放要求，因脱硫废水固含量高、腐蚀性强、水质硬度大等特点，导致废水处理难度大。间壁式换热的蒸发工艺难以避免换热管道的堵塞和结垢问题，系统运行的稳定性较差。因此开展以热风为热动力，在罐体内完成废水的浓缩或闪蒸工艺，同时解决闪蒸或浓缩过程的管道与喷嘴的结垢现象具有重要意义。
发明内容
本发明是通过充分利用热风的热量最终实现废水的零排放同时结合高声强声波除垢技术，从而解决现有蒸发技术运行费用高、蒸发工艺中管道存在结垢和堵塞等问题。
本发明的技术方案如下：
一种利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，包括风机、空气加热器、除雾器、供水泵、浓缩闪蒸罐、出水泵、收集罐和废水缓冲罐，其中风机连接空气加热器，空气加热器连接浓缩闪蒸罐，浓缩闪蒸罐的出风口连接除雾器;浓缩闪蒸罐的浓缩液出口通过出水泵连接收集罐;收集罐与供水泵相连;供水泵通过管道与浓缩闪蒸罐的液体入口连接。
进一步地，所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，浓缩闪蒸罐包括设置在罐体顶部的第一进风口，在第一进风口下方设置有散流器;浓缩闪蒸罐内部上方设置第一气流分布器，下方设置第二气流分布器;第一气流分布器上方的罐体上设置第一出风口，第二气流分布器下方的罐体上设置第二进风口;罐体底部设置浓缩液出口;第一气流分布器和第二气流分布器之间的罐体侧面上部设置第一液体入口和第二液体入口，下部设置第二出风口。
更进一步地，浓缩闪蒸罐内部设置声波单相流雾化喷嘴和声波二相流雾化喷嘴，其中声波单相流雾化喷嘴通过管道与第一液体入口连接，声波二相流雾化喷嘴通过管道与第二液体入口连接。声波单相流雾化喷嘴为一流体喷嘴。
更进一步地，第一气流分布器和第二气流分布器为带有均匀排布的孔的气体均流板。
更进一步地，空气加热器的气体出口通过两个管路与浓缩闪蒸罐连接，其中第一管路连接第二进风口，第二管路连接第一进风口，第一管路上设置第一阀门，第二管路上设置第二阀门;第一出风口和第二出风口分别通过第三管路和第四管路连接除雾器，第三管路上设置第三阀门，第四管路上设置第四阀门;供水泵通过第五管路和第六管路分别连接第二液体入口和第一液体入口，第五管路上设置第五阀门，第六管路上设置第六阀门;供水泵通过第七管路连接收集罐，第七管道路上设置第七阀门。
更进一步地，第五管路上设置有空压机，第六管路上设置有循环泵。
更进一步地，浓缩液出口分为两个支路，其中一个支路与出水泵连接，另一个支路与循环泵连接。
更进一步地，所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置，第五管路上设置有第一声波除垢器，第六管路上设置有第二声波除垢器。
更进一步地，所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置进行浓缩闪蒸处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以上所述的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置进行浓缩闪蒸处理的方法，包括以下步骤：
步骤一，废水浓缩：废水在循环泵的作用下输送至声波单相流雾化喷嘴处并在浓缩闪蒸罐内雾化成小液滴，常温常压空气在风机的输送作用下进入空气加热器内加热成高温高焓值的热风，打开第一阀门同时关闭第二阀门，热风由第二进风口进入浓缩闪蒸罐内，热风与雾化的液滴在浓缩闪蒸罐内逆流充分接触，完成传质传热过程，废水中一部分的水分变成水蒸汽随热风流动;废水在浓缩闪蒸罐内完成浓缩工艺后关闭第四阀门同时打开第三阀门，降温增湿后的热风由第一出风口进入除雾器内，热风中的水滴被收集，除雾后的热风排出系统外;关闭第五阀门并打开第六阀门，供水泵持续向循环管路补充废水，当浓缩闪蒸罐内废水浓度达到设定值，废液由出水泵输送至收集罐内;系统运行稳定后，开启第二声波除垢器，通过调节声波频率达到对循环管道和声波单相流雾化喷嘴的防堵和除垢的作用;
步骤二，废水闪蒸：关闭第六阀门并打开第五阀门和第七阀门，将浓缩后的废水浓缩液在供水泵的输送下进入声波二相流雾化喷嘴并在浓缩闪蒸罐内雾化为雾滴;常温常压空气在风机的输送作用下进入空气加热器内加热为高温高焓值的热风，同时关闭第一阀门并打开第二阀门，热风由第一进风口进入浓缩闪蒸罐的顶部，在浓缩闪蒸罐内雾滴吸收热风的热量而蒸发为水蒸汽，废水中的废盐析出为固体;关闭第三阀门并打开第四阀门，废水闪蒸后的热风由第二出风口进入除雾器内，热风中携带的固态盐被收集起来，净化后的热风排出系统外;系统运行稳定后，开启第一声波除垢器，通过调节声波频率达到对供水管道和声波二相流雾化喷嘴的防堵和除垢的作用。
进一步地，以上废水浓缩步骤中废水经声波单相流雾化喷嘴后的雾化粒径为200-2000μm ，热风温度为80-110℃，波除垢装置的声波的频率范围为10kHz-50kHz，声压级大于180dB;废水闪蒸步骤中废水经声波二相流雾化喷嘴后的雾化粒径为20μm-50μm，声波二相流雾化喷嘴的喷雾水量与压缩空气液气比取1:100-1:200，压缩空气为0.4MPa—0.6MPa，闪蒸的热风温度为110-350℃;声波除垢器的声波的频率范围为10kHz-50kHz，声压级大于180dB。
本发明散流器设置在第一进风口的下方，起到初步分散气体流场的目的，第一气流分布器设置在散流器下方，主要是为了优化气体流场。第二气流分布器设置在第二进风口的上方，目的在于再次优化气体流场。
本发明涉及多个工作原理，具体如下：
工作原理一：废水浓缩过程是废液在循环泵的输送下，废水从声波单相流雾化喷嘴出口雾化成小水滴。热风与雾化的水滴接触过程中，废水吸收热风的热量后温度升高并有部分废水蒸发，通过热风的降温增湿过程完成废水的浓缩。废水闪蒸过程是废水浓缩液在供料泵的输送下，浓缩液与压缩空气在两相流喷嘴处混合并雾化成几十微米的细小雾滴，此状态下的雾滴与热风顺流接触后，雾滴吸收热风的热量而蒸发。当废水完成闪蒸时，烟气的温度略有降低，含湿量略有增加。废水蒸发产生的固体盐在气流的带动下进入除尘器被捕捉并收集。
工作原理二：声波除垢器是指声音在一定频率的强声波下产生声压作用力，通过声波的空化效应、剪切效应和活化效应等可以使废液中的含垢物质或悬浮物颗粒振动能级大，难以在管壁、设备壁面以及喷嘴管口处累积，具有一定的防垢防堵效果。本发明采用的第一声波除垢器和第二声波除垢器包括控制系统通过信号传输电缆连接的发声器，其中控制系统用于将交流电转换成音频信号，经信号传输电缆传至发声器，发声器采用压电陶瓷式结构的能量转换器件，用于将接收到的音频信号转换成机械振动传递出去。
本发明提供的利用热风浓缩-闪蒸处理废水的装置和方法以热风为载体，不断的从废水中带走水分，并最终达到废水浓缩以及固液分离目的，该套蒸发浓缩装置具有结构简单、操作方便、设备运行成本低、管道和喷嘴处不易结垢等特点。
本发明通过对系统管路的优化，可完成废水的浓缩和闪蒸两段工艺，并具有验证多种工况下废水浓缩和闪蒸性能参数的功能，试验装置相对简单，实现浓缩与闪蒸的一次性实现，可操作性强。
本发明将声波除垢技术应用于高盐废水零排放工艺中，可有效解决现有技术中废水浓缩闪蒸过程中管道和喷嘴的结垢堵塞问题，确保了系统连续高效的运行。
本发明将浓缩与闪蒸在同一个罐体内实现，不仅在工艺的流程上进行了简化和集中化处理，同时在废水处理的过程监控上更加简约;与现有单独处理浓缩和闪蒸的技术相比，本发明可实现废水的浓缩和闪蒸交替进行，交替过程切换自由，相互协同。
