申请日 2020.10.29
公开（公告）日 2021.01.15
IPC分类号 C02F1/04; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，包括高效蒸发装置、气液换热装置及深度处理装置；其中，高效蒸发装置为浸没燃烧蒸发器，蒸发器顶部安装有燃烧器、除雾器及排烟口，侧面安装有人孔、液位计及阀门管道等，底部设有放液阀、盐泥井、手孔及螺杆泵，内部安装有燃烧室、折流板、循环挡板、浸没管及引射喷嘴等；气液换热装置包括管式气液换热器和气液分离室；深度处理装置包括NF/RO膜和PT吸收塔。本发明采用引射喷嘴布气，提高了烟气与蒸发液间的传热效率，强化了蒸发器内液相循环；通过盐泥井实现泥水分离，降低管道堵塞的风险；蒸发室上部安装有折流板，强化气液分离的同时降低了蒸发室高度；气液换热器有助于蒸发热量回收及冷凝水的回收利用；深度处理装置则保证了排烟、出水达标排放。本发明具有防堵能力强，能量利用效率高，污染物排放低等优势，可广泛应用于高盐有机废水处理领域。
权利要求书
1.一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，包括高效蒸发装置、气液换热装置及深度处理装置；其中，高效蒸发装置为浸没燃烧蒸发器，蒸发器顶部安装有燃烧器、除雾器及排烟口，侧面安装有人孔、液位计及阀门管道，底部设有放液阀、盐泥井、手孔及螺杆泵，内部安装有燃烧室、折流板、循环挡板、浸没管及引射喷嘴；气液换热装置为气液换热器和气液分离室；深度处理装置包括NF/RO膜和PT吸收塔。
2.根据权利要求1所述的一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，其特征在于，所述的燃烧室底部连接浸没管，浸没管围绕所述的燃烧室底部等角度分布6-10个，浸没管上部等距布置有引射喷嘴。
3.根据权利要求2所述的一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，其特征在于，所述的引射喷嘴由喷管、连接支架及引射管组成，引射喷嘴出口安装有孔径3-6mm的丝网，丝网材质为不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，其特征在于，所述的蒸发器侧面安装L型布置放液管，底部安装有盐泥井；螺杆泵与所述的盐泥井连接，连接部位安装手孔，蒸发室内顶部安装有折流板，折流板高度不小于200mm，蒸发室内底部安装有变截面的循环挡板，其上部截面直径大于下部截面直径。
5.根据权利要求1所述的一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，其特征在于，所述的换热装置为高效管式换热器；所述的PT吸收塔为酸介质吸收塔。
6.根据权利要求1所述的一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，其特征在于，所述的烟气出排烟口后进入气液换热器热端，来水进入气液换热器冷端，气液分离室冷凝出水进入NF/RO膜装置，不凝气进入PT吸收塔。
说明书
一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统
技术领域
本发明涉及一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，属于高盐有机废液处理领域。
背景技术
随着社会的快速发展及生产生活需要，在矿业开采、生物医药及生活垃圾等领域产生了大量的高盐有机废液。目前针对高盐度有机废水处理的方法主要有物理化学方法和生物化学方法，其中物理化学法包括电解法、反渗透法、渗透法、蒸馏法、焚烧法等，但这些方法处理费用较高，并具有二次污染等问题；而利用耐盐菌处理高盐度有机废水的生物化学法及物化-生物组合和工艺组合优势独特，具有广阔的应用前景，但实际应用中存在调试时间长，工艺复杂，对操作人员的专业素质要求比较高，且会产生大量的污泥，后处理困难。
针对以上高盐有机废液处理方法存在的不足，浸没燃烧蒸发作为一种高效减量化处理方法日益受到关注：高温气体与液体直接进行换热，提高了能源的利用效率；无间壁换热降低了蒸发壁面结垢、腐蚀的风险；浸没蒸发过程中水蒸气分压较低，实现了常压条件下减压蒸发的效果，有利于控制挥发性有机物的释放量，蒸发所需热量来自厌氧沼气或填埋气，实现了“以废治废”的目的。相比于常规处理技术，浸没燃烧蒸发技术具有以下优势：
(1)成本较低，蒸发处理中所需热量可来自厂区厌氧沼气及自填埋气，对能源的品味要求低，可就地取材，变废气为有效能源。
(2)水质品质没有特殊要求，对来水含盐量及有机物含量不敏感，蒸发负荷调节广，出水水质好；无间壁加热，没有固定的蒸发面，不易结垢，浓缩倍率高。
(3)蒸发后处理简单方便，蒸发后得到粘稠状固体残渣、盐泥，压块后可填埋或者焚烧处理，防止污染物及盐分的循环，实现了高盐有机废水的闭环全量化处理。
目前，浸没燃烧蒸发技术广泛应用于各行各业：液化天然气(LNG)的汽化过程，天然气在运输的时候被压缩为液化天然气，在终端输出时常用浸没燃烧进行加热汽化，这是由于浸没燃烧汽化装置中的水浴温度低于天然气的燃点，即使有气体泄漏也会被水流冲走；传统的高耗能工业—玻璃工业采用浸没燃烧熔化技术，可以提高熔化效率、玻璃质量并降低单位能耗；垃圾渗滤液处理领域，浸没燃烧蒸发解决了纳滤、反渗透等膜浓缩液处理等问题。
虽然浸没燃烧蒸发应用广泛，但使用过程中也出现了很多亟待解决的问题；其中，对蒸发器性能影响最为重要的蒸发效率提升缓慢。对于一个特定的蒸发器而言，其蒸发效率与蒸发液浸没深度、浓缩倍率及结构设计息息相关。
浸没深度：浸没深度决定了气液间换热的充分程度；较小的浸没深度，气液间换热不充分，高温烟气中的热量不能有效传递至液相中，换热效率低；而浸没深度过高时，燃烧室背压增加，燃油及燃气管路动力消耗大，经济性降低。随着浸没深深度的增加，气液间换热效率会不断增加，而当浸没深度增加到一定深度时，气液间换热已经达到极限，气液间的换热效率不再提高，且过高的浸没深会弱化蒸发室循环，不利于传热传质的进行。
浓缩倍率：随着浓缩倍率的提高，液相的蒸发速率不断降低。这是由于，随着浓缩倍率的提高，盐泥液相密度不断增加，这使得气液间的密度差不断增加，相同工况下，随着浓缩倍率提升，气相在液相中的浮力更大，在液相中停留的时间更短，气液间的换热效果恶化，导致蒸发效率降低。
设备构型：目前主流蒸发器的布气方式为直喷式，气液换热过程已达到极限，蒸发效率难以提高；蒸发过程中由于蒸发器底部不断有盐泥沉积，导致排液管路堵塞，导致设备的浓缩倍率被严格限定。
污染物控制：由于浸没燃烧工况特殊，其污染物排放包括气体污染物及出水水质中的污染物含量；目前针对浸没燃烧污染物控制及深度处理的探究较少，出水水质及VOCs等达标排放刻不容缓。
现有公开的专利文献中：
(1)如授权公开号为CN1211289C，名为浓缩渗滤液的侧立式浸没燃烧蒸发器的专利文献，其燃烧器采用侧立式，燃烧器下部引出尾喷管，并伸入蒸发器的蒸发区下部，渗滤液进料管从蒸发器侧壁上方引入，蒸汽通过蒸汽回流管经填埋气体燃烧器灼烧去除有机成分，渗滤液浓缩液由沉降区排出；该蒸发器具有结构简单，使用灵巧的优点，但由于采用直通式排盐设计，高浓缩倍率下，存在排盐管路堵塞的风险。
(2)又如公开号为CN207990655U，名为一种间壁式水冷直通多孔平板浸没燃烧装置的专利文献，该装置使得高温烟气与待蒸发液体直接接触进而发生传热传质,具有传热速率快、热利用率高，对进一步延长碳化硅套管、浸没管寿命，减小设备成本投入，强化对流换热，部分降低设备运行的噪音和震动等优点，但由于采用水冷设计，导致其对蒸发液水质要求极高，含盐量大，硬度高的液体无法处理，否则就会造成管路堵塞，设备安全性降低。
(3)再如授权公开号为CN1278963C，名为填埋场渗滤液的蒸发焚烧和蒸发浓缩二阶段处理方法的专利文献，采用浸没燃烧蒸发技术处理浓液，分为蒸发焚烧和蒸发浓缩两个阶段，分别由一级蒸发器和二级蒸发器实现；一级蒸发器以从渗滤液中蒸发尽可能多的挥发性有机物再通过二级燃烧器焚烧销毁，二级蒸发器以从渗滤液中蒸发水分、浓缩渗滤液为目的；该装置在污染排放方面优势明显，但由于蒸汽循环到燃烧室，增加了烟气中水蒸气的分压，导致蒸发温度提高，导致蒸发效率降低。
综上，为了适应高盐有机废水处理的需要，浸没燃烧蒸发技术亟待提升；在提高设备可靠性，优化布气方式及提高蒸发效率等方面加大投入。
面对当前浸没燃烧蒸发领域存在的不足，本发明提出了一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，包括高效蒸发装置、气液换热装置及深度处理装置；其中，高效蒸发装置为浸没燃烧蒸发器，蒸发室顶部安装有燃烧器、除雾器及排烟口，侧面安装有人孔、液位计及阀门管道等，底部设有放液阀、盐泥井、手孔及螺杆泵，内部安装有燃烧室、折流板、循环挡板、浸没管及引射喷嘴等；气液换热装置包括气液换热器和气液分离室；深度处理装置包括NF/RO膜和PT吸收塔。
本发明采用引射喷嘴布气，提高了烟气与蒸发液间的传热效率，强化了蒸发器内液相循环；盐泥井实现泥水分离，降低管道堵塞的风险；蒸发室上部安装有折流板，强化气液分离的同时降低了蒸发室高度；气液换热器有助于蒸发热量及水蒸气的回收利用，后处理装置则保证了排烟及出水达标排放。
发明内容
本发明的目的：在于提供一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，解决含盐有机废水蒸发处理过程中蒸发效率低、设备堵塞及污染物排放控制等问题。
技术方案：
本发明提出了一种含盐有机废水高效蒸发装置及系统，包括高效蒸发装置、气液换热装置及深度处理装置；其中，高效蒸发装置为浸没燃烧蒸发器，蒸发室顶部安装有燃烧器、除雾器及排烟口，侧面安装有人孔、液位计及阀门管道等，底部设有放液阀、盐泥井、手孔及螺杆泵，内部安装有燃烧室、折流板、循环挡板、浸没管及引射喷嘴等；气液换热装置包括气液换热器和气液分离室；深度处理装置包括NF/RO膜和PT吸收塔。
进一步的，燃烧室底部连接浸没管，浸没管围绕所述的燃烧室底部等角度分布6-10个，浸没管上部等距布置有引射喷嘴。
进一步的，引射喷嘴由喷管、连接支架及引射管组成，引射喷嘴出口安装有孔径3-6mm的丝网，丝网材质为不锈钢。
进一步的，蒸发器侧面安装L型布置放液管，底部安装有盐泥井；螺杆泵与所述的盐泥井连接，连接部位安装手孔，蒸发室内顶部安装有折流板，折流板高度不小于200mm，蒸发室内底部安装有变截面的循环挡板，其上部截面直径大于下部截面直径。
进一步的，上述的换热装置为高效管式换热器；上述的PT吸收塔为酸介质吸收塔。
进一步的，烟气出排烟口后进入气液换热器热端，来水进入气液换热器冷端，气液分离室冷凝出水进入NF/RO膜装置，不凝气进入PT吸收塔。
首先，在提高蒸发效率方面，浸没管采用星型布置，布置均匀性好，浸没管摈弃烟气直喷方案，而是采用引射原理通过高温烟气引射蒸发液，这有利于提高气液间的传质传热；同时，由于引射的蒸发液流过喷口，冲刷过程使得结垢风险降低，烟气和蒸发液的混合物经过喷嘴网孔时被再次强化混合，且网孔可以将部分有机物杂质破碎，降低结垢和堵塞的风险；引射喷嘴提高了蒸发室内的上升流，有利于发挥循环挡板效能。
其次，针对盐泥堵塞排液管路的问题，采用排液管L型布置于蒸发器底部侧面，蒸发室排液口高于盐泥井，蒸发室底部设有盐泥井，蒸发过程中，循环挡板使得挡板内的蒸发液上升流动，而挡板外蒸发液下降流动，蒸发液在靠近炉壁侧时下降流速较慢，盐泥沿着炉壁沉降至盐泥井中，使得排液口处沉积盐泥量降低，实现了泥水的分离，防止排液管堵塞。
然后，针对重力沉降蒸发空间过高的问题，本发明采用烟气强制沉降设计，蒸发室内上部设有折流板，烟气夹带蒸发液在蒸发室上升运动时，打在折流板上，小液滴在折流板上聚合并回到蒸发液相中，而烟气在折流板作用下不断改变流动方向，最终从烟囱排出，大大降低了蒸发室高度。
最后，为了控制蒸发尾气中的氨氮等含量及冷凝液水质达标排放，蒸发烟气经过PT吸收塔，除去烟气中的污染后排放；而蒸发后的冷凝液则进入NF/RO膜中，经过处理后达标排放。
有益效果：
(1)浸没管烟气出口安装有引射喷嘴，强化了气液间的换热，蒸发效率得到提高，引射的蒸发液流过喷口，冲刷使得结垢风险降低，喷嘴出口丝网强化了气液混合和对大颗粒杂质的破碎；循环挡板在强化蒸发液内循环的同时，实现了盐泥的快速沉降。
(2)相比于传统重力沉降空间设计，采用折流板强制沉降技术，蒸发室沉降高度降低，蒸发器高度也随之降低，为快速安装、调试提供了条件。
(3)排液管L型布置于蒸发器底部侧面，蒸发室排液口高于盐泥井，蒸发室底部设有盐泥井，实现了泥水的分离，用于盐泥收集及排盐，降低蒸发室含盐量，对降低蒸发液密度和盐度，对提高蒸发效率、防止排液管堵塞、设备运行条件具有益处。
(4)经过PT吸收塔及NF/RO膜后，蒸发过程的污染物得到控制，尾气及冷凝液达标排放。
发明人 （王昕晔）
