CN105084626A

CN105084626A - 一种废水零排放蒸发式处理***

Info

Publication number: CN105084626A
Application number: CN201410184056.7A
Authority: CN
Inventors: 汤清军; 张亚勋; 卢清松
Original assignee: Inner Mongolia Datang International Hexigten Coal & Gas Co Ltd
Current assignee: Inner Mongolia Datang International Hexigten Coal & Gas Co Ltd
Priority date: 2014-05-04
Filing date: 2014-05-04
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明提供了一种废水零排放蒸发式处理***，该***包括I效蒸发单元(1)、II效蒸发单元(2)和III效蒸发单元(3)，还包括浓盐水单元(4)、储水单元(5)和盐泥收集单元(6)，所述I效蒸发单元(1)、II效蒸发单元(2)和III效蒸发单元(3)分别包括I效加热器(11)、II效加热器(21)、III效加热器(31)和I效蒸发分离器(12)、II效蒸发分离器(22)、III效蒸发分离器(32)。该处理***结构简单、能耗低、处理效果好，可实现废水零排放的效果，尤其适用于处理含盐量较高的煤气化废水。

Description

一种废水零排放蒸发式处理***

技术领域

本发明涉及一种废水处理***，具体涉及一种蒸发式的废水零排放处理***。

背景技术

我国资源特点为富煤少油。近年来，我国以煤基为源头的煤制天然气、煤制烯烃和煤制甲醇等产业蓬勃发展。

煤气化技术过程中产生的废水中含有大量的氨氮、酚类物质、单环芳烃和多环芳烃以及含氮、硫、氧的杂环化合物，还有部分油类及氰化物，COD_Cr(即采用重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)作为氧化剂测定出的化学耗氧量)浓度很高，成分较为复杂。其中，含盐量较高的煤气化废水可称为浓盐水。煤气化废水具有废水排放量大、难降解有机污染物浓度高、处理难度大等特点，是公认的难处理工业废水之一。

值得注意的是，由于目前的许多新型的煤化工企业所处地区多数生态较为脆弱，水资源较为缺乏，因此，为实现节能减排，减少相关产业对环境的污染，还需要研发一种新型的废水处理***或工艺。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种新式的结构简单、能耗低、处理效果好的废水处理***，可实现废水零排放的效果，尤其适用于处理浓盐水(即含盐量较高的煤气化废水)。

本发明提供了一种废水零排放蒸发式处理***，该***包括I效蒸发单元1、II效蒸发单元2和III效蒸发单元3，还包括浓盐水单元4、储水单元5和盐泥收集单元6，所述I效蒸发单元1、II效蒸发单元2和III效蒸发单元3分别包括I效加热器11、II效加热器21、III效加热器31和I效蒸发分离器12、II效蒸发分离器22、III效蒸发分离器32；

所述浓盐水单元4的出口分别通过I效循环泵13、II效循环泵23和III效循环泵33与I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31的底部入口连通；

所述I效加热器11的上部出口与所述I效蒸发分离器12的下部入口连通，所述I效加热器11设置有中部入口，用于通入低压蒸汽，所述I效蒸发分离器12的上部出口与II效加热器21的中部入口连通，底部出口通过所述I效循环泵13与所述I效加热器11的底部入口连通；

所述II效加热器21的上部出口与所述II效蒸发分离器22的下部入口连通，所述II效蒸发分离器22的上部出口与III效加热器31的中部入口连通，底部出口通过所述II效循环泵23与所述II效加热器21的底部入口连通；

所述III效加热器31的上部出口与所述III效蒸发分离器32的下部入口连通，所述III效蒸发分离器32的上部出口与储水单元5连通，下部出口通过所述III效循环泵33与所述III效加热器31的底部入口连通，底部出口与所述盐泥收集单元6连通；

所述I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31的底部入口是顺次连通的。本领域技术人员理解，在实际实施过程中，所述I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31在邻近各自底部入口的区域可以是顺次连通的。通过采用该结构，可调整浓盐水在各效蒸发单元中供给量，并结合浓盐水在各效蒸发单元之间的顺流流动，不断地调控各效蒸发单元所处理的浓盐水的浓度，从而平衡***的整体蒸发强度，可提高II、III效蒸发单元的浓盐水浓度，促进III效蒸发单元浓盐水结晶，减轻对蒸发单元设备的腐蚀，并源源不断地得到处理后的可回用的水(如纯净水)。

本发明所采用的多效蒸发技术，是根据蒸汽温度随压强降低而降低和温度差会导致热量传递的原理，当加热器内溶液沸点低于二次蒸汽的温度(且有一定温差，此时二次蒸汽作为加热器的热源)，就可以使溶液沸腾而蒸发，并且使二次蒸汽冷凝放热，而降低溶液沸点的方法是降低该加热器溶液的压强。在多效蒸发过程中，增大加热蒸汽压强和降低末效二次蒸汽压强，使各效间形成逐步降低的压强阶梯，则各效溶液的沸点逐渐降低，效与效间形成温度差，达到各效溶液吸收前效的二次蒸汽潜热而沸腾蒸发的目的。

根据本发明的处理***，其中，所述I效蒸发分离器12、II效蒸发分离器22和III效蒸发分离器32的邻近上部出口的区域均设置有除沫器8。除沫器是一种用于分离气体中夹带的液滴的设备，以保证传质效率，确保产品冷凝水质量。

根据本发明的处理***，其中，所述除沫器为折流板式除沫器。在本领域中，折流板除沫器是一种由大量平行的V型折流板组成的气沫分离装置，使具有较大惯性的液滴和固体颗粒与折流板壁碰撞而从流动的气体中分离出来。这种结构不易结垢，具有良好的分离性能。

根据本发明的处理***，其中，所述盐泥收集单元6包括离心分离机61，所述离心分离机61的一个出口与盐泥池62连通，另一个出口与滤液桶63连通，所述滤液桶63的出口与所述浓盐水单元4连通。

根据本发明的处理***，其中，所述浓盐水单元4按浓盐水的流动顺序包括依次连通的酸液混料桶41、预热器42、脱气器43和碱液混料桶44，所述碱液混料桶44的出口与所述I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31的底部入口分别连通。作为优选的方案，在本发明中，将浓盐水在酸液混料桶41中通过加酸(如硫酸)调节pH值至4～5后，进入预热器42(如两级水-水预热器)，加热后的浓盐水进入脱气器43，真空脱除浓盐水中的氧气和二氧化碳以及其他不凝性气体，然后在碱液混料桶44中将浓盐水调节pH值至8～9，最后通入I、II、III效加热器中。

根据本发明的处理***，其中，所述II效蒸发分离器22的上部出口还与II效加热器21的中部入口连通，和/或所述III效蒸发分离器32的上部出口还与III效加热器31的中部入口连通。通过采用该结构，本效的蒸发分离器产生的二次蒸汽可回用于本效的加热器作为热源。作为优选的方案，可以通过热泵回收约20％的二次蒸汽通入本效的加热器作为热源。

根据本发明的处理***，其中，所述I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31均设置有中部出口，分别与I效冷凝水槽14、II效冷凝水槽24和III效冷凝水槽34的入口连通；所述I效冷凝水槽14、II效冷凝水槽24和III效冷凝水槽34的上部出口分别与所述I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31的中部入口连通，下部出口均与冷凝水储桶7连通。通过采用该结构，在I、II、III效加热器中用于加热的蒸汽可被进一步分离，即，将带有热量的蒸汽回用于本效的加热器，并将冷凝后的液体(即水)通入冷凝水储桶7。

根据本发明的处理***，其中，所述冷凝水储桶7的出口分别与I效循环泵13、II效循环泵23和III效循环泵33的底部入口管连通。该结构可通过注入冷凝水进一步调整或稀释各效蒸发单元中的浓盐水的浓度，防止由于浓盐水中结晶量过多而可能导致的结垢、堵塞等问题，也可用于刷洗I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31内加热管并冲洗循环管路、蒸发单元器壁等。

本发明的处理***采用蒸发结晶技术对煤气化废水，尤其是浓盐水加以处理。通过对煤气化废水进行针对性的研发和优化，选择了三效蒸发浓缩工艺，使废水中具有结晶性能的溶质浓度超过其溶度积达到过饱和状态，形成许多微小的晶核，晶核长大形成晶体析出，再进行固液分离，可获得固态结晶体。同时，废水中的水份经吸热后汽化形成二次蒸汽，二次蒸汽冷凝后获得较纯净的水，从而可实现浓盐水中混杂溶质与溶剂水的分离，达到处理煤气化废水，同时获得较为纯净的水的目的。此外，蒸发结晶后产生含结晶物的悬浮液，经固液分离后，其滤液返回蒸发装置进一步蒸发结晶，结晶物(即盐泥)作为固废处置。

本发明的处理***可有效地利用煤气化工艺本身所产生的蒸汽，以及各效蒸发单元所产生的二次蒸汽作为热源，减少了整个处理***的能耗，降低了生产成本。同时，通过采用三效蒸发工艺、热泵技术和轴向进料工艺，使整个处理***的处理能力得到大幅提升，处理效率也得到相应的提高，进一步节约了能源。此外，本发明的处理***还选择了强制循环蒸发工艺，与电压缩蒸发和降膜蒸发工艺相比，能耗更低，操作更简单，减少了设备腐蚀和结垢，具有良好的经济性。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1示出了本发明的废水零排放蒸发式处理***的结构示意图。

附图标记说明：

1、I效蒸发单元；11、I效加热器；12、I效蒸发分离器；13、I效循环泵；14、I效冷凝水槽；

2、II效蒸发单元；21、II效加热器；22、II效蒸发分离器；23、II效循环泵；24、II效冷凝水槽；

3、III效蒸发单元；31、III效加热器；32、III效蒸发分离器；33、III效循环泵；34、III效冷凝水槽；

4、浓盐水单元；41、酸液混料桶；42、预热器；43、脱气器；44、碱液混料桶；

5、储水单元；6、盐泥收集单元；61、离心分离机；62、盐泥池；63、滤液桶；7、冷凝水储桶；8、除沫器。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

实施例1

本实施例用于说明本发明的废水零排放蒸发式处理***的结构。

如图1所示，本发明的废水零排放蒸发式处理***包括I效蒸发单元1、II效蒸发单元2和III效蒸发单元3，还包括浓盐水单元4、储水单元5和盐泥收集单元6，所述I效蒸发单元1、II效蒸发单元2和III效蒸发单元3分别包括I效加热器11、II效加热器21、III效加热器31和I效蒸发分离器12、II效蒸发分离器22、III效蒸发分离器32。

所述浓盐水单元4的出口分别通过I效循环泵13、II效循环泵23和III效循环泵33与I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31的底部入口连通。

所述I效加热器11的上部出口与所述I效蒸发分离器12的下部入口连通，所述I效加热器11设置有中部入口，用于通入低压蒸汽，所述I效蒸发分离器12的上部出口与II效加热器21的中部入口连通，底部出口通过所述I效循环泵13与所述I效加热器11的底部入口连通。

所述II效加热器21的上部出口与所述II效蒸发分离器22的下部入口连通，所述II效蒸发分离器22的上部出口与III效加热器31的中部入口连通，底部出口通过所述II效循环泵23与所述II效加热器21的底部入口连通。

所述III效加热器31的上部出口与所述III效蒸发分离器32的下部入口连通，所述III效蒸发分离器32的上部出口与储水单元5连通，下部出口通过所述III效循环泵33与所述III效加热器31的底部入口连通，底部出口与所述盐泥收集单元6连通。

所述I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31的底部入口是顺次连通的。

所述I效蒸发分离器12、II效蒸发分离器22和III效蒸发分离器32的邻近上部出口的区域均设置有除沫器8，优选为折流板式除沫器。

所述盐泥收集单元6包括离心分离机61，所述离心分离机61的一个出口与盐泥池62连通，另一个出口与滤液桶63连通，所述滤液桶63的出口与所述浓盐水单元4连通。

所述浓盐水单元4按浓盐水的流动顺序包括依次连通的酸液混料桶41、预热器42、脱气器43和碱液混料桶44，所述碱液混料桶44的出口与所述I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31的底部入口分别连通。

所述II效蒸发分离器22的上部出口还与II效加热器21的中部入口连通，和/或所述III效蒸发分离器32的上部出口还与III效加热器31的中部入口连通。本效的蒸发分离器产生的二次蒸汽可回用于本效的加热器作为热源，例如可通过热泵回收约20％的二次蒸汽通入本效的加热器作为热源。

所述I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31均设置有中部出口，分别与I效冷凝水槽14、II效冷凝水槽24和III效冷凝水槽34的入口连通；所述I效冷凝水槽14、II效冷凝水槽24和III效冷凝水槽34的上部出口分别与所述I效加热器11、II效加热器21和III效加热器31的中部入口连通，下部出口均与冷凝水储桶7连通。此外，所述冷凝水储桶7的出口可以分别与I效循环泵13、II效循环泵23和III效循环泵33的底部入口管连通。

在实际操作时，将浓盐水在酸液混料桶41中通过加酸(如硫酸)调节pH值至4～5后，进入预热器42(如两级水-水预热器)，加热后的浓盐水进入脱气器43，真空脱除浓盐水中的氧气和二氧化碳以及其他不凝性气体，然后在碱液混料桶44中将浓盐水调节pH值至8～9，最后通入I、II、III效加热器中。

可将煤气化工艺本身产生的蒸汽通入I效加热器11中，浓盐水在I效加热器11和I效蒸发分离器12中受热蒸发，产生的二次蒸汽经除沫器处理后，通入II效加热器21的中部入口作为热源，未蒸发的浓盐水则部分通过I效循环泵13循环回所述I效加热器11再次受热蒸发，其余部分则流向II效加热器21的底部入口。

类似地，通入II效加热器的浓盐水在II效加热器21和II效蒸发分离器22中受热蒸发，产生的二次蒸汽经除沫器处理后，通入III效加热器31的中部入口作为热源，未蒸发的浓盐水则部分通过II效循环泵23循环至所述II效加热器21再次受热蒸发，其余部分则流向III效加热器31的底部入口。

通入III效加热器31的浓盐水在III效加热器31和III效蒸发分离器32中受热蒸发，产生的二次蒸汽通入储水单元5，可作为生产水进行回用。

未蒸发的浓盐水则部分通过III效循环泵33循环至所述III效加热器31再次受热蒸发，此时，较多结晶在此过程中逐渐沉积于所述III效蒸发分离器32的底部，并随着浓盐水流入所述盐泥收集单元6。

通入所述盐泥收集单元6的含有较多结晶的浓盐水进入离心分离机61，分离出的盐泥通入盐泥池62，滤液则通入滤液桶63，然后进入所述浓盐水单元4再次加以处理。

在***运行过程中，在I、II、III效加热器中用于加热的蒸汽可分别通过I、II、III效冷凝水槽进一步得到分离，将带有热量的蒸汽回用于本效的加热器，并将冷凝后的液体(即水)通入冷凝水储桶7。而该冷凝水储桶也可分别向I、II、III效循环泵的底部入口管中注入冷凝水，从而进一步调整或稀释各效蒸发单元中的浓盐水的浓度，并起到刷洗的作用。

蒸发结晶工艺通常可分为三种方式，即，多效降膜蒸发浓缩加结晶(闪蒸)工艺、多效强制循环蒸发结晶工艺、电压缩蒸发加结晶工艺。为与本发明的处理***加以对比，本发明人列出了以上三种蒸发工艺的技术数据，见下表1。

表1三种蒸发工艺技术比较

蒸发工艺	电压缩蒸发	三效强制蒸发	三效降膜蒸发
				投资比	1.4	1	1.2
吨水电耗Kwh	30	6	4
				吨水汽耗T	极少，忽略不计	0.4	0.6
水质要求	中等	中等	较低
				结垢状况	中等	较轻	中等
吨水循环水消耗m³	0	18	18
				吨水综合能耗MJ	355.2	1212.3	1736.6

从上表可以看出，电压缩蒸发的吨水综合能耗仅为三效强制蒸发、三效降膜蒸发的20～30％，电压缩蒸发代表了今后蒸发工艺的发展方向，尤其是对无蒸汽来源的厂家更宜采用，但是，当溶液沸点上很大时，因压缩比过大，电耗会出现巨幅上升，所以应根据物料性质进行选择。

本发明所处理的浓盐水沸点上升不大，可以采用电压缩蒸发工艺，然而，由于煤气化工业还富余大量的低压蒸汽，为更好地利用这些蒸汽的热能，本发明未选用电压缩蒸发工艺。

同时，如果采用相同效数的降膜蒸发，其能耗较强制蒸发高，尽管该缺陷可通过使用更多的效数来解决，例如其效数可达到十多效，但会相应地使投资增大，工艺路线变长，操作更加复杂。

此外，三效降膜蒸发和电压缩蒸发均需配备结晶器，该结晶器的主要设备依赖进口，一次性投资大。由此可见，本发明所采用的处理工艺尤其适用于煤气化废水的处理，具有相对最优的效果。

尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims

1.一种废水零排放蒸发式处理***，其特征在于，该***包括I效蒸发单元(1)、II效蒸发单元(2)和III效蒸发单元(3)，还包括浓盐水单元(4)、储水单元(5)和盐泥收集单元(6)，所述I效蒸发单元(1)、II效蒸发单元(2)和III效蒸发单元(3)分别包括I效加热器(11)、II效加热器(21)、III效加热器(31)和I效蒸发分离器(12)、II效蒸发分离器(22)、III效蒸发分离器(32)；

所述浓盐水单元(4)的出口分别通过I效循环泵(13)、II效循环泵(23)和III效循环泵(33)与I效加热器(11)、II效加热器(21)和III效加热器(31)的底部入口连通；

所述I效加热器(11)的上部出口与所述I效蒸发分离器(12)的下部入口连通，所述I效加热器(11)设置有中部入口，用于通入低压蒸汽，所述I效蒸发分离器(12)的上部出口与II效加热器(21)的中部入口连通，底部出口通过所述I效循环泵(13)与所述I效加热器(11)的底部入口连通；

所述II效加热器(21)的上部出口与所述II效蒸发分离器(22)的下部入口连通，所述II效蒸发分离器(22)的上部出口与III效加热器(31)的中部入口连通，底部出口通过所述II效循环泵(23)与所述II效加热器(21)的底部入口连通；

所述III效加热器(31)的上部出口与所述III效蒸发分离器(32)的下部入口连通，所述III效蒸发分离器(32)的上部出口与储水单元(5)连通，下部出口通过所述III效循环泵(33)与所述III效加热器(31)的底部入口连通，底部出口与所述盐泥收集单元(6)连通；

所述I效加热器(11)、II效加热器(21)、III效加热器(31)的底部入口是顺次连通的。

2.根据权利要求1所述的处理***，其特征在于，所述I效蒸发分离器(12)、II效蒸发分离器(22)和III效蒸发分离器(32)的邻近上部出口的区域均设置有除沫器(8)。

3.根据权利要求2所述的处理***，其特征在于，所述除沫器为折流板式除沫器。

4.根据权利要求1所述的处理***，其特征在于，所述盐泥收集单元(6)包括离心分离机(61)，所述离心分离机(61)的一个出口与盐泥池(62)连通，另一个出口与滤液桶(63)连通，所述滤液桶(63)的出口与所述浓盐水单元(4)连通。

5.根据权利要求1所述的处理***，其特征在于，所述浓盐水单元(4)按浓盐水的流动顺序包括依次连通的酸液混料桶(41)、预热器(42)、脱气器(43)和碱液混料桶(44)，所述碱液混料桶(44)的出口与所述I效加热器(11)、II效加热器(21)和III效加热器(31)的底部入口分别连通。

6.根据权利要求1所述的处理***，其特征在于，所述II效蒸发分离器(22)的上部出口还与II效加热器(21)的中部入口连通，和/或所述III效蒸发分离器(32)的上部出口还与III效加热器(31)的中部入口连通。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的处理***，其特征在于，所述I效加热器(11)、II效加热器(21)和III效加热器(31)均设置有中部出口，分别与I效冷凝水槽(14)、II效冷凝水槽(24)和III效冷凝水槽(34)的入口连通；所述I效冷凝水槽(14)、II效冷凝水槽(24)和III效冷凝水槽(34)的上部出口分别与所述I效加热器(11)、II效加热器(21)和III效加热器(31)的中部入口连通，下部出口均与冷凝水储桶(7)连通。

8.根据权利要求7所述的处理***，其特征在于，所述冷凝水储桶(7)的出口分别与I效循环泵(13)、II效循环泵(23)和III效循环泵(33)的底部入口管连通。