CN103265091A

CN103265091A - 一种机械通风强制循环蒸发装置及液体物料蒸发方法

Info

Publication number: CN103265091A
Application number: CN2013101938861A
Authority: CN
Inventors: 魏华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2013-08-28

Abstract

一种机械通风强制循环蒸发装置及液体物料蒸发方法，以有效增加蒸发***的运行可靠性，降低能耗和运行成本。它包括：蒸发容器（10）、液体物料循环***、热气输送***和尾气收集排放***；蒸发容器（10）密闭，其底部设置排料管（11）；液体物料循环***的起始端、终端分别位于蒸发容器（10）内液位（A）之下、之上；热气输送***的终端与蒸发容器（10）的内腔相连通；尾气收集排放***的起始端与蒸发容器（10）内液位（A）之上的空腔相连通。

Description

一种机械通风强制循环蒸发装置及液体物料蒸发方法

技术领域

本发明涉及液体物料蒸发装置和蒸发方法，可用于液体物料蒸发浓缩或者工业废水的处理。

背景技术

对于难降解废水（B/C值低于0.3）、高盐废水（盐度以氯化钠计高于0.5%wt），目前主要处理技术有蒸发、膜处理、高级氧化，经上述处理后废水（低盐、可生化）进入后续生化工段处理。

对于蒸发技术，目前的单效、双效、三效、四效的理论蒸汽耗约1.10、0.57、0.40、0.30吨蒸汽/吨水，对应的吨废水处理蒸汽成本约242元、125元、88元、66元，若加上循环冷却水、电机消耗等实际运行成本进一步上涨。另外，常见的管式加热室+分离室蒸发技术由于加热管腐蚀、堵塞（盐结晶、油污、钙结垢等）等缘故，蒸发设备较难稳定运行。至于机械蒸汽再压缩技术（MVR）、机械蒸汽再压缩型蒸发浓缩结晶（MVC）蒸发技术，由于蒸发温度一般高于60℃，蒸汽耗相当于7～12效，直接运行成本均不低于45元/吨废水，运行成本有所下降。但MVR、MVC蒸发技术仍面临过流部件腐蚀、加热管（换热器）堵塞、泛液等问题，其长期稳定运行仍有一定面临一定挑战。另外，MVR、MVC装置的蒸汽压缩机主要来源于国外，造成一次性投资飙升和售后服务成本偏高。对于采用蒸发进行物料浓缩与上述工业废水蒸发处理情况相似。

对于膜处理技术，目前国内主要生产微滤膜（MF）、超滤膜（UF），对废水成分为胶体或悬浮类物质较有效和经济，对于溶解态的难降解有机物以及盐不适用。对于钠滤膜（NF）、反渗透膜（RO），主要生产厂家为国外公司，国内生产厂家的产品大规模工业化应用需要通过实践来检验。NF、RO膜直接处理高浓度废水（或提前对悬浮物、油等进行预处理）仍面临不可逆的堵塞问题，膜的通量衰减较快。同时，NF、RO的浓水（有机含量0.5%wt以上、盐度以氯化钠计高于1.0%wt）仍需进一步处理，无法完全解决所有废水。

对于高级氧化技术，国内目前多采用双氧水催化氧化（如Fenton）、电解氧化、臭氧氧化、光催化氧化等。由于氧化技术选择性氧化困难，不能实现优先氧化难降解有机物，氧化剂消耗量较大，运行成本仍较高。即使按照1.0%wt的双氧水（30%wt）或50～100ppm臭氧（臭氧10%wt、氧气90%wt）投加量，仅氧化剂的成本均在20元/吨废水以上（不含氧化剂投加的动力装置运行成本）。

另外，高级氧化技术不能解决盐的问题，经氧化之后的废水即使提高废水可生化性但后续生化装置内盐度高问题仍未解决，其稳定运行较困难（工业废水的盐度波动导致细菌的细胞膜内溶解质浓度发生变化，细菌活性受到较强抑制）。目前常见的解决措施为高盐废水经过高级氧化后，后续加水稀释将盐度降低至生化接受范围，由此导致水资源浪费以及污染总量随着稀释倍数的增加而增加，污染减排困难。国内自来水价格大约在2.0～10.0元/吨，废水稀释的成本与稀释倍数线性相关。另外，装置整体的运行稳定性受限于进水波动，氧化装置出水以及生化装置出水的运行稳定性波动均较大。

如何解决国内工业废水（或物料浓缩）运行成本高、装置运行稳定性较差、装置全部国产化等问题是本专利拟解决的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机械通风强制循环蒸发装置，以有效增加蒸发***的运行可靠性，降低能耗和运行成本。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案是：本发明的一种机械通风强制循环蒸发装置，其特征是它包括：蒸发容器、液体物料循环***、热气输送***和尾气收集排放***；蒸发容器密闭，其底部设置排料管；液体物料循环***的起始端、终端分别位于蒸发容器内液位之下、之上；热气输送***的终端与蒸发容器的内腔相连通；尾气收集排放***的起始端与蒸发容器内液位之上的空腔相连通。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种运用上述机械通风强制循环蒸发装置的液体物料蒸发方法，该方法包括如下步骤：①将待处理液体物料输送入蒸发容器内，并通过液体物料循环***进行强制循环；②经热气输送***向蒸发容器内通入热气或抽吸热气进行蒸发；③通过尾气收集排放***将蒸发容器上部空间内的气体收集至蒸发容器外；④通过排料管将蒸发容器下部的沉积物输送至蒸发容器外。

本发明的有益效果是，由于蒸发温度较低且接近常压运行，蒸发容器内液体物料（尤其结晶之后的黏性物料）不参与热交换，蒸发容器结垢几率、泛液几率非常低，***稳定运行性有较大提高；各装置均可实现国产化，有利于降低装置基建费用；由于蒸发热源的来源为环境空气、工艺废气、公用工程废气、循环冷却水、蒸汽冷凝水等，有效地解决了现有蒸发装置能耗较高的问题，并使运行成本得以大幅度降低。

附图说明

本说明书包括如下两幅附图：

图1是本发明一种机械通风强制循环蒸发装置实施例1的结构示意图；

图2是本发明一种机械通风强制循环蒸发装置实施例2的结构示意图。

图中构件及所对应的标记：蒸发容器10、排料管11、填料层12；液体物料循环管路21、泵22、进液管23；进气管路31、热源输送管32、风机33、换热器34；尾气排放管路41、尾气处理容器42。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的一种机械通风强制循环蒸发装置，它包括：蒸发容器10、液体物料循环***、热气输送***和尾气收集排放***；蒸发容器10密闭，其底部设置排料管11；液体物料循环***的起始端、终端分别位于蒸发容器10内液位A之下、之上；热气输送***的终端与蒸发容器10的内腔相连通；尾气收集排放***的起始端与蒸发容器10内液位A之上的空腔相连通。

该装置主要用于液体物料蒸发浓缩或者工业废水的处理，其步骤包括：

①将待处理液体物料输送入蒸发容器10内，并通过液体物料循环***进行强制循环。

②经热气输送***向蒸发容器10内通入热气或抽吸热气进行蒸发。热气的温度为5～300℃（以可供热源的热值定），所通入热气与蒸发容器10液体物料循环量的体积比为10～15000：1（以可供热源的热值定，m³.h^-1/m³.h^-1）。热源来自公用工程废气、工艺废气、环境空气、循环冷却水、蒸汽冷凝水、蒸汽、电加热中的至少一种。

③通过尾气收集排放***将蒸发容器10上部空间内的气体收集至蒸发容器10外。尾气冷凝后经检测合格则可直接排放，或者将冷凝液输送到后续废水处理***再处理，或者尾气（或前述冷凝之后的不凝气）作为废气经处理合格后排放。

④通过排料管11将沉积于蒸发容器10下部的浓缩物输送至蒸发容器10外。工业废水处理的浓缩物需根据GB5085.1－3测试，根据鉴定结果按危险废物、一般废物处理，或根据其价值进行资源再利用。

参照图1，所述液体物料循环***包括液体物料循环管路21和设置于其上的泵22和进液管23，液体物料循环管路21的起始端固定连接在蒸发容器10的下部，其终端延伸入蒸发容器10液位A以上的空腔。所述热气输送***包括进气管路31、风机33和热源输送管32，进气管路31与热源输送管32连接。

蒸发容器10内也可装入填料，填料可采用斜交错填料、蜂窝填料、S波填料、梯形填料等中的一种或组合，填充率（填料容积与蒸发容器10容积比值）为10～80%。参照图2，所述蒸发容器10内，在液位A之上、液体物料循环***终端之处设置有填料层12。所述热气输送***包括进气管路31和与之相连接的热源输送管32，在填料层12以上的空间内设置风机33。

参照图1和图2，所述热气输送***还包括换热器34，热源输送管32通过换热器34与进气管路31连接。换热器34可布置于蒸发容器10，也可不设置换热器34，直接将热风通入蒸发容器10内。热源来自公用工程废气、工艺废气、环境空气、循环冷却水、蒸汽冷凝水、蒸汽、电加热中的至少一种，气体则来源于环境空气、工业废气、公用工程废气中至少一种。

参照图1和图2，所述尾气收集排放***一般包括尾气排放管41和与之相连接的尾气处理容器42。

实施例1：

某项目日产含盐难降解废水40吨/小时（化学需氧量0.5～30%wt、无机盐1.0～30.0%wt、油含量0.01～1.2%wt），按照《国家危险废物目录》该废水属于危险废物。若按照危险废物处理，其处理成本高达172～288万/天，单位废水直接处理成本为1800～3000元/吨。为解决该问题，该项目上马了废水1套三效蒸发浓缩装置，日处理成本为13.4～20.2万元/天（不含废物处置成本），单位废水直接处理成本为140～210元/吨。但装置开机不久，该装置陆续出现结垢、加热管堵塞、泛液等状况，出水水质波动极大，对后续生化***造成沉重负担。同时，由于盐腐蚀、高温蒸发、结垢等原因，加热室（列管式）更换率为1次/3月、加热室清洗管路1次/周、不定期泛液1次，出水化学需氧量在0.2～3.0%wt之间、出水盐度在0.2～1.5%wt之间。同时，为便于浓液的操作排放，蒸发浓液达到7～15%固含量时即从蒸发器中转移，现场操作条件较恶劣。

参照图1，为解决上述装置不稳定状况以及运行费用高昂的问题，该项目采用了机械通风强制循环蒸发装置及液体物料蒸发方法。具体技术措施如下：

废水处理规模为40吨/小时，水质特征为化学需氧量0.5～30%wt、无机盐1.0～30.0%wt、油含量0.01～1.2%wt、氨氮含量0.02～1.5%wt。企业提供的低温热源或废热源为循环冷却水量为2500-3000m³/h（温度为42～45℃）、废物焚烧尾气2800～3100m³/h（温度为150～220℃）、燃煤锅炉废气120000～152000m³/h（温度为150～220℃）。蒸发装置废水内部循环量为1800～2200m³/h，气水比700-800：1（气体不足部分补以环境空气，当地环境空气常年平均温度为28℃），设计蒸发室温度为32±2℃。装置尾气通过气液混合装置引入废水站作为好氧曝气氧源经生化处理后排放。浓缩之后的废物呈固态（含水率为40～50%），定期转移出蒸发***。不再存在三效蒸发浓缩的浓液问题，现场操作环境大幅好转。由于蒸发温度基本为常温，蒸发装置由三效蒸发的钛材更改为玻璃钢材质，投资成本相对三效蒸发节约70%以上。装置连续运行3个月除风机与泵的日常运行维护外，未再遇到三效蒸发装置的结垢、堵塞、泛液问题。本工程的运行成本主要来自风机与废水循环泵电功率消耗，日运行成本为384～960元（不含废物处理成本，经稳定运行3个月考察结果），单位废水直接处理成本为0.4～1.2元/吨。对废气进行冷凝实验的结果表明，其冷凝液化学需氧量为0.1～0.2%wt、盐度（以氯化钠计）为0.02～0.1%wt，优于三效蒸发冷凝液的水质。

实施例2：

参照图2，废水处理规模为4吨/小时，水质特征为化学需氧量0.2～1.0%wt、无机盐1.0～8.0%wt、油含量0～0.01%wt、氨氮含量0.02～1.5%wt。企业提供的低温热源为环境空气（当期环境空气常年平均温度为28℃），蒸发装置废水内部循环量为160～250m³/h，气水比800-1200：1，内设斜交错填料（填充率为60%），设计蒸发室温度为28±3℃。装置尾气通经冷凝后进入废水站进一步处理，不凝气进一步进入后续尾气处理***。浓缩之后的废物呈固态（含水率为40～50%），定期转移出蒸发***。连续稳定运行1年未遇到三效蒸发浓缩的泛液、结垢、堵塞问题。本工程的运行成本主要来自风机、废水循环泵电功率、不凝尾气处理以及冷凝液生化处理。其中本装置的运行成本为0.8～1.5元/吨，全***运行成本（含蒸发、尾气处理、冷凝液生化处理）为2.0～5.0元/吨（不含废物处理成本）。冷凝液化学需氧量为0.06～0.15%wt、盐度（以氯化钠计）为0.02～0.1%wt。

Claims

1.一种机械通风强制循环蒸发装置，其特征是它包括：蒸发容器（10）、液体物料循环***、热气输送***和尾气收集排放***；蒸发容器（10）密闭，其底部设置排料管（11）；液体物料循环***的起始端、终端分别位于蒸发容器（10）内液位（A）之下、之上；热气输送***的终端与蒸发容器（10）的内腔相连通；尾气收集排放***的起始端与蒸发容器（10）内液位（A）之上的空腔相连通。

2.如权利要求1所述的一种机械通风强制循环蒸发装置，其特征是：所述液体物料循环***包括液体物料循环管路（21）和设置于其上的泵（22）和进液管（23），液体物料循环管路（21）的起始端固定连接在蒸发容器（10）的下部，其终端延伸入蒸发容器（10）液位（A）以上的空腔内。

3.如权利要求1所述的一种机械通风强制循环蒸发装置，其特征是：所述热气输送***包括进气管路（31）、风机（33）和热源输送管（32），进气管路（31）与热源输送管（32）连接。

4.如权利要求1所述的一种机械通风强制循环蒸发装置，其特征是：所述尾气收集排放***包括尾气排放管（41）和与之相连接的尾气处理容器（42）。

5.如权利要求1所述的一种机械通风强制循环蒸发装置，其特征是：所述蒸发容器（10）内，在液位（A）之上、液体物料循环***终端之处设置有填料层（12）；所述热气输送***包括进气管路（31）和与之相连接的热源输送管（32），在填料层（12）以上的空间内设置风机（33）。

6.如权利要求1所述的一种机械通风强制循环蒸发装置，其特征是：所述热气输送***还包括换热器（34），热源输送管（32）通过换热器（34）与进气管路（31）连接。

7.采用如权利要求1至6任意一项权利要求所述一种机械通风强制循环蒸发装置的液体物料蒸发方法，包括如下步骤：

①将待处理液体物料输送入蒸发容器（10）内，并通过液体物料循环***进行强制循环；

②经热气输送***向蒸发容器（10）内通入热气或抽吸热气进行蒸发；

③通过尾气收集排放***将蒸发容器（10）上部空间内的气体收集至蒸发容器（10）外；

④通过排料管（11）将沉积于蒸发容器（10）下部的浓缩物输送至蒸发容器（10）外。

8.如权利要求7所述的液体物料蒸发方法，其特征是：所述步骤②中，进入蒸汽容器（10）的热气的温度为5～300℃，所通入热气与蒸发容器（10）液体物料循环量的体积比为10～15000：1。

9.如权利要求7所述的液体物料蒸发方法，其特征是：所述步骤②中，热源来自公用工程废气、工艺废气、环境空气、循环冷却水、蒸汽冷凝水、蒸汽、电加热中的至少一种，气体来源为环境空气、工业废气、公用工程废气中的至少一种。