公布日：2023.10.20
申请日：2023.08.21
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/04(2023.01)N;C02F1/08(2023.01)N;C02F1/38(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N
摘要
一种用于多晶硅生产废水资源化处置的晶种蒸发工艺装置，其特征是：它包括晶种罐，晶种罐内预先配制有晶种悬浆液，通过晶种进料泵将晶种悬浆液泵入至蒸发循环管线；多晶硅生产废水储存于蒸发进料罐中，通过蒸发进料泵泵入至蒸发循环管线；料液蒸发浓缩达到指定浓度后，由蒸发循环管线引出蒸发浓液并通过晶种循环泵泵入第一级固液分离器，上层清液进入沉降罐，夹带有粒径较小盐粒在沉降罐内水力条件作用下逐渐长大为粒径较大的盐晶颗粒沉聚于底部，由浆料泵将沉降罐底部的浆液泵入至第二级固液分离器后，去除盐晶颗粒后的清液进入结晶进料罐。本发明流程简单，易于实施，投资少，运行可靠且成本较低。
权利要求书
1.一种用于多晶硅生产废水资源化处置的晶种蒸发工艺装置，其特征在于，所述工艺装置包括：一蒸发系统，所述蒸发系统包括分离室(5)以及加热室(8)，所述分离室(5)和所述加热室(8)通过蒸发循环管线相连接，其中，多晶硅生产废水在加热室(8)和分离室(5)中循环加热并蒸发；一进料系统，所述进料系统包括晶种罐(1)以及蒸发进料罐(3)，其中，所述晶种罐(1)内预先配制有晶种悬浆液，所述蒸发系统中晶种浓度低于第一浓度时，将所述晶种悬浆液通过第一管线引入蒸发循环管线，所述蒸发进料罐(3)用于储存上游来的经过预处理的所述多晶硅生产废水，所述蒸发进料罐(3)与所述蒸发循环管线连接；一固液分离系统，所述固液分离系统包括第一级固液分离器(10)、沉降罐(11)、以及第二级固液分离器(13)，其中，所述蒸发系统中的料液的浓度达到预定浓度后，所述料液由所述蒸发循环管线引出至第一级固液分离器(10)，所述第一级固液分离器(10)中的上层清液进入所述沉降罐(11)，下层浓浆液重新返回所述蒸发循环管线，所述沉降罐(11)底部的浆液引入至所述第二级固液分离器(13)，所述第二级固液分离器(13)将固体盐泥(18)排出装置，将清液排入结晶进料罐(14)。
2.根据权利要求1所述的工艺装置，其特征在于，所述沉降罐(11)包括导流筒(20)和搅拌器(21)，所述蒸发循环管线的来料从进口(23)进入所述导流筒(20)，所述第一级固液分离器(10)上层来料从进口(24)进入所述导流筒(20)，所述搅拌器(21)用于控速搅拌并使得夹带粒径较小盐粒的料液沿着所述导流筒(20)向上流动，流动至所述沉降罐(11)顶部后再沿着罐壁向下流动。
3.根据权利要求1或2所述的工艺装置，其特征在于，所述第一级固液分离器(10)与所述第二级固液分离器(13)连接，以将所述第一级固液分离器(10)的下层浓浆液直接排入所述第二级固液分离器(13)。
4.根据权利要求1或2所述的工艺装置，其特征在于，所述多晶硅生产废水在所述加热室(8)和所述分离室(5)中循环加热并蒸发所产生的二次蒸汽(15)经除雾器(7)作用后排出，排出的所述二次蒸汽(15)经冷凝处理后作为产品蒸馏水回用。
5.根据权利要求1或2所述的工艺装置，其特征在于，所述加热室(8)设置有加热热源自入口(16)进入加热室(8)，并且所述加热热源放热后自出口(17)排出，所述多晶硅生产废水在进入所述蒸发循环管线之前，采用所述出口(17)排出的加热热源进行预热。
6.根据权利要求1或2所述的工艺装置，其特征在于，所述蒸发循环管线通过第二管线与所述晶种罐(1)连接，以将循环料液作为晶种配制液引入所述晶种罐(1)。
7.根据权利要求1或2所述的工艺装置，其特征在于，所述晶种罐(1)中采用无水硫酸钙、二水硫酸钙、重金属含量合格达标的电厂脱硫石膏中的一种或多种来配制所述晶种悬浆液。
8.根据权利要求1或2所述的工艺装置，其特征在于，所述蒸发系统结合使用机械蒸汽再压缩MVR技术，包括：将所述分离室(5)产生的所述二次蒸汽(15)引入蒸汽压缩机，所述蒸汽压缩机将所述二次蒸汽(15)升温升压增焓后作为所述加热室(8)的加热热源。
9.根据权利要求8所述的工艺装置，其特征在于，所述二次蒸汽(15)引入所述蒸汽压缩机之前，使用除雾器(7)去除所述二次蒸汽(15)中的雾沫夹带。
10.根据权利要求1或2所述的工艺装置，其特征在于，所述分离室(5)和所述加热室(8)耦合成一体型蒸发器，其中所述一体型蒸发器的上部为所述加热室(8)，下部为所述分离室(5)，并且所述一体型蒸发器采用降膜蒸发型式。
11.根据权利要求1或2所述的工艺装置，其特征在于，所述晶种悬浆液的固含量为5～8％；或者，所述多晶硅生产废水的钙镁含量大于或者等于第一指标，和硅含量大于或者等于第二指标；或者，所述循环料液固含量为3～5％。
12.根据权利要求1或2所述的工艺装置，其特征在于，所述加热室(8)采用非直接接触式换热形式，所述循环料液走管程，所述加热热源走壳程，所述料液在所述加热室(8)管程的流速在1～3m/s；或者，所述第一级固液分离器(10)采用旋流器形式，以实现连续在线固液分离操作。
发明内容
本发明的目的是针对传统晶种蒸发工艺和装置不适用于多晶硅生产废水资源化处置工艺的缺陷和不足，提供一种既能实现多晶硅生产废水蒸发浓缩过程中的高效防垢和长周期低耗稳定运行，同时又能提高副产盐纯度，有助于多晶硅生产废水盐分资源化利用处置的蒸发工艺装置。
本发明的技术方案是：
一种用于多晶硅生产废水资源化处置的晶种蒸发工艺装置，其特征在于，该工艺装置包括：
一蒸发系统，所述蒸发系统包括分离室5以及加热室8，所述分离室5和所述加热室8通过蒸发循环管线相连接，其中，多晶硅生产废水在加热室8和分离室5中循环加热并蒸发；
一进料系统，所述进料系统包括晶种罐1以及蒸发进料罐3，其中，所述晶种罐1内预先配制有晶种悬浆液，所述蒸发系统中晶种浓度低于第一浓度时，将所述晶种悬浆液通过第一管线引入蒸发循环管线，所述蒸发进料罐3用于储存上游来的经过预处理的所述多晶硅生产废水，所述蒸发进料罐3与所述蒸发循环管线连接，其中，该第一浓度可以是根据工艺及晶种类型所设定的一个浓度；
一固液分离系统，所述固液分离系统包括第一级固液分离器10、沉降罐11、以及第二级固液分离器13，其中，所述蒸发系统中的料液的浓度达到预定浓度后，所述料液由所述蒸发循环管线引出至第一级固液分离器10，所述第一级固液分离器10中的上层清液进入所述沉降罐11，下层浓浆液重新返回所述蒸发循环管线，所述沉降罐11底部的浆液引入至所述第二级固液分离器13，所述第二级固液分离器13将固体盐泥18排出装置，将清液排入结晶进料罐14。
基于上述技术方案，利用晶种防垢原理，多晶硅生产废水蒸发浓缩过程中，成垢离子浓度增加到过饱和，析出微小晶粒优先吸附于系统预先投加的硫酸钙晶种表面而不是换热器金属壁面，从而有效解决蒸发器长周期运行中结垢问题；通过设置两级固液分离，第一级固液分离装置利用离心分离原理回收晶种，沉降罐单元用于系统内细小粒径悬浮物更好地捕集去除，使上游来粒径过小晶粒二次生长，长大后经第二级固液分离实现废水除杂净化，有利于提高废水除杂净化效果以及提升后端分盐资源化所得副产盐品质；此外，该方案流程简单，易于实施，能实现连续在线固液分离回收晶种，有利于降低晶种法运行成本。
所述沉降罐11包括导流筒20和搅拌器21，所述蒸发循环管线的来料从进口23进入所述导流筒20，所述第一级固液分离器10上层来料从进口24进入所述导流筒20，所述搅拌器21用于控速搅拌并使得夹带粒径较小盐粒的料液沿着所述导流筒20向上流动，流动至所述沉降罐11顶部后再沿着罐壁向下流动。
基于上述技术方案，沉降罐设置导流筒和搅拌器，营造废水流体在沉降罐中特定的流动流场，有利于微小颗粒的继续生长、长大以及颗粒间的聚并下沉，最终有利于第二级固液分离装置系统将晶种法晶种回收所需以外的晶体盐排出回收，同时有利于进入后端分盐结晶系统水质的除杂净化，资源化回收副产盐品质更高。
所述第一级固液分离器10与所述第二级固液分离器13连接，以将所述第一级固液分离器10的下层浓浆液直接排入所述第二级固液分离器13。
基于上述技术方案，有利于进一步调节蒸发系统晶种浓度，能够快速降低蒸发系统晶种浓度。
所述多晶硅生产废水在所述加热室8和所述分离室5中循环加热并蒸发所产生的二次蒸汽15经除雾器7作用后排出，所述二次蒸汽15经冷凝处理后作为产品蒸馏水回用。
基于上述技术方案，能够将经冷凝处理后的二次蒸汽作为产品蒸馏水回用，从而实现废水的资源化，降低生产成本。
所述加热室8设置有加热热源自入口16进入加热室8，并且所述加热热源放热后自出口17排出，所述多晶硅生产废水在进入所述蒸发循环管线之前，采用所述自出口17排出的放热后的加热热源进行预热。基于上述技术方案，有利于充分利用高温蒸汽凝液的余热，从而提高蒸发系统热效率，节能降碳。
所述蒸发循环管线通过第二管线与所述晶种罐1连接，以将循环料液作为晶种配制液引入所述晶种罐1。基于上述技术方案，能够更好地调节蒸发系统晶种浓度，仅在装置系统开车时需要投加新鲜晶种，过程中产生的新晶种会不断补充损失的晶种以达到系统内平衡。
所述晶种罐1中采用无水硫酸钙、二水硫酸钙、重金属含量合格达标的电厂脱硫石膏中的一种或多种来配制所述晶种悬浆液。基于上述技术方案，可实现以废治废，同时可回收盐泥作为石膏、硫酸镁等盐，实现资源化。
所述蒸发系统结合使用机械蒸汽再压缩MVR技术，包括：将所述分离室5产生的所述二次蒸汽15引入蒸汽压缩机，所述蒸汽压缩机将所述二次蒸汽15升温升压增焓后作为所述加热室8的加热热源。基于上述技术方案，有利于进一步节省过程能耗。
所述二次蒸汽15引入所述蒸汽压缩机之前，使用除雾器7去除所述二次蒸汽15中的雾沫夹带。基于上述技术方案，有利于提高二次蒸汽水质，过程中也能确保蒸汽压缩机安全稳定运行，有利于降低夹带盐水液滴对蒸汽管道和蒸汽压缩机叶轮的冲击和腐蚀破坏。
所述分离室5和所述加热室8耦合成一体型蒸发器，其中所述一体型蒸发器的上部为所述加热室8，下部为所述分离室5，并且所述一体型蒸发器采用降膜蒸发型式。
基于上述技术方案，使得装置系统结构更加紧凑，占地更小，同时有利于降低制造成本；同时，液体流程更短，有利于节省运行过程中泵的能耗，此外，进一步的，还可以采用插件或者多层喷淋的液体分布形式，使得布液效果更加均匀，液膜更薄，有利于实现高汽化率、无干点。
所述晶种悬浆液的固含量为5～8％；或者，所述含盐废水的钙镁含量大于或者等于第一指标，和硅含量大于或者等于第二指标；或者，所述循环料液的固含量为3～5％。
基于上述方案，进水留有一定的钙镁和硅含量，有利于晶种蒸发工艺更好、更低成本的持续运转。
所述加热室8采用非直接接触式换热形式，所述循环料液走管程，所述加热热源走壳程，所述料液在所述加热室8管程的流速在1～3m/s；或者，所述第一级固液分离器10采用旋流器形式，以实现连续在线固液分离操作。
（发明人：郭宏新;陈飞;袁自伟;袁文兵;郭神宇）
