CN108325227B - 一种对多效蒸发***中热量回收利用的***及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种对多效蒸发***中热量回收利用的***及其处理方法，所述***包括与多效蒸发***中末效蒸发装置并联和/或串联的蒸发装置，所述蒸发装置底部设有供热装置，供热装置的热源为温度为90℃～130℃的低温位热源。本发明充分利用多效蒸发器中末效低温热阱，回收其他工艺装置的低温位热量，减少首效蒸发器鲜蒸汽用量或减少浓缩废液后处理费用。
Description
技术领域
本发明属于蒸发设备技术领域，涉及一种对多效蒸发***中热量回收利用的***及其处理方法。
背景技术
多效蒸发(包括二效、三效、四效或五效等)多用于废水和废液的浓缩，其基本原理是前一效蒸发塔蒸发出的蒸汽作为后一效蒸发塔再沸器的热源，第一效蒸发塔热源多为蒸汽。
为了能够充分利用蒸汽的热量，***在最后一效蒸发塔冷却器后设置抽真空设备，随着真空度的增加，从第一效蒸发塔至最后一效蒸发塔操作压力、温度逐渐降低，从而使得蒸汽热量得到了梯级利用。
图1为某石化丙烯腈废水四效蒸发流程，64.08t/h的丙烯腈化学废水(水含量为98.98wt％)，经四效蒸发浓缩后，44.856t/h的二次蒸汽经冷凝后排出装置，19.224t/h浓缩废液至焚烧炉燃烧(水含量为96.68wt％)。其中，四效蒸发中第一效蒸发塔的热源为低压蒸汽，第四级蒸发后的废液送至焚烧炉处理，末效蒸发塔的操作温度为60.2℃。
目前，针对现有蒸发工艺主要采用以下几种节能技术：
(1)多效并流法MVR系流程
二效并流法MVR流程，此流程将MVR技术与多效蒸发技术耦合(CN 106730958A公开了一种二效并流法MVR蒸发***)。
此流程主要由蒸发器、闪蒸器和压缩机组成，其主要工艺过程为：
①稀溶液被压缩机升温升压后的蒸汽加热后进入一效闪蒸器进行气液分离，产生二次蒸汽和一次浓缩液；
②一次浓缩液被一效闪蒸器的二次蒸汽加热后进入二效闪蒸器进行气液分离，产生二次蒸汽和二次浓缩液；
③自二效的二次蒸汽经压缩机升温升压后作为一效蒸发器热源。
该流程虽然可以整体提高***的效率，但其整个***中包含压缩机，设备投资较大；并且，该***需要利用高品位的电驱动***运行，耗电量大，生产成本较高。
(2)低温热驱动多效蒸发
低温热驱动多效蒸发为基于朗肯循环的低温热驱动多效蒸发的流程。
此流程主要由蒸发设备、冷却器和多效蒸发器及泵组成，蒸发设备包括预热器、蒸发器和过热器。此***的主要工艺过程为：
①来自石化企业的低温余热物料作为热源，在蒸发设备中与换热工质换热；
②换热工质在蒸发设备内换热：换热工质在蒸发设备的预热器和蒸发器中与低温余热源进行换热，进而被加热甚至蒸发；
③换热工质在蒸发设备的过热器设备中转化成过热蒸汽；
④换热工质转化成的过热蒸汽在多效蒸发器的第一效蒸发器中与稀溶液进行换热，产生的二次蒸汽在多效蒸发器***内进行重复换热，换热工质经第一效蒸发器冷凝下来；
⑤经多效蒸发器冷凝下的换热工质经冷却器进一步冷却到目标温度经泵加压后注射到蒸发设备中与低温余热源换热，实现一个循环。
此流程中，多效蒸发器***由蒸发器、闪蒸器和冷凝器组成，其中第一效蒸发器的蒸汽来源于朗肯循环***提供的高压蒸汽，然后在***内与含盐浓液进行换热。含盐浓液产生二次蒸汽进入第二效蒸发器，依次递推，最终蒸汽被冷凝下来产生淡化水。
然而，该***复杂且设备投资较大；并且，该***利用热源产蒸汽，再利用蒸汽作为多效蒸发***热源，其对热源温度要求相对较高，温度较低的热源无法满足该***的供热需求。
由此可以看出，利用多效蒸发工艺对溶液进行浓缩，可以大幅度减少二次能源(蒸汽)的用量，大大降低装置的运行费用。但是随着效数的增加，各效蒸发器的传热温差逐渐减小，是对废水和废液进一步浓缩的瓶颈，如要进一步浓缩，其所需设备体积需要越来越大，投资越来越高。而现有针对现有蒸发工艺的节能技术中又存在着设备投资大，能耗高，无法对低温位热源进行有效利用等问题。
发明内容
针对现有蒸发工艺的节能技术中存在着设备投资大，能耗高，无法对低温位热源进行有效利用，且工艺过程中鲜蒸汽消耗量大等问题，本发明提供了一种对多效蒸发***中热量回收利用的***及其处理方法。本发明充分利用多效蒸发器中末效低温热阱，回收其他工艺装置的低温位热量，减少首效蒸发器鲜蒸汽用量或减少浓缩废液后处理费用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种对多效蒸发***中热量回收利用的***，所述***包括与多效蒸发***中末效蒸发装置并联和/或串联的蒸发装置，所述蒸发装置底部设有供热装置，供热装置的热源为温度为90℃～130℃的低温位热源，所述热源为供热装置附近满足温度需求的热源，即利用供热装置附近可以利用的低温位热源对其供热，所述低温位热源的温度可为90℃、100℃、110℃、120℃或130℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述多效蒸发***为现有技术中已有***，故对其结构不再赘述。
本发明中，由于现有多效蒸发***的末效蒸发装置的操作压力和温度较低，而对于现有炼化企业，其在生产过程中随着反应和分馏等工艺过程的进行，会有大量的余热通过空冷和水冷排入到环境中，热量没有得到利用。因而，可以通过回收现有炼化企业生产过程中的余热用于多效蒸发***，以减少首效蒸发器的鲜蒸汽用量、减少浓缩后的废液后续处理费用(如废液焚烧费用、废液处理费用等)。
本发明中所述“第一”和“第二”仅仅是为了区分各个部件而进行的命名，并未有其他含义。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述多效蒸发***包括二效蒸发***、三效蒸发***、四效蒸发***或五效蒸发***中任意一种。
作为本发明优选的技术方案，所述供热装置包括换热器。
优选地，所述蒸发装置的产出的液体与供热装置换热后返回蒸发装置；
优选地，蒸发装置底部的液体产出口与供热装置的物料入口之间设有动力传输装置。
作为本发明优选的技术方案，所述***还包括第一冷凝装置和第二冷凝装置，所述第一冷凝装置的物料入口与所述蒸发装置顶部的气体出口相连，第一冷凝装置和第二冷凝装置的底部均独立地设有底液出口和气体出口，第一冷凝装置的底液出口采出冷凝液，第一冷凝装置的气体出口采出的气体分为两路，一路与第二冷凝装置的物料入口相连，另一路进行后续处理，第二冷凝装置的底液出口采出冷凝液，第二冷凝装置的气体出口采出的气体进行后续处理。
作为本发明优选的技术方案，当蒸发装置与多效蒸发***中末效蒸发装置并联时，所述多效蒸发***中倒数第二效蒸发装置产出的液体分为两路，一路送入多效蒸发***中的末效蒸发装置，另一路送入蒸发装置。此时，末效蒸发装置的加热热源仍来自第二效蒸发装置产生的气体。
优选地，当蒸发装置与多效蒸发***中末效蒸发装置串联时，所述末效蒸发装置产出的液体送入蒸发装置。
第二方面，本发明提供了上述对多效蒸发***中热量回收利用的***的处理方法，所述方法包括：将多效蒸发***产生的液体送入蒸发装置中进行蒸发处理，蒸发处理过程中通过温度范围为90℃～130℃的热源为其供热。
作为本发明优选的技术方案，当蒸发装置与多效蒸发***中末效蒸发装置串联时，所述多效蒸发***中末效蒸发装置产生的液体送入蒸发装置中进行蒸发处理。
优选地，当蒸发装置与多效蒸发***中末效蒸发装置并联时，所述多效蒸发***中倒数第二效蒸发装置产生的液体分为两路，一路送入末效蒸发装置进行蒸发处理，另一路送入蒸发装置进行蒸发处理。
作为本发明优选的技术方案，所述蒸发装置产生的气体经过冷凝后得到冷凝液。
优选地，所述蒸发装置产生的气体经过二次冷凝后得到冷凝液，其中第一次冷凝产生的气体进行第二次冷凝，第一次冷凝产生的液体和第二次冷凝产生的液体进行混合后得到冷凝液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过增设蒸发装置，利用其他设备中的低温位热源，可以在减少首效鲜蒸汽用量的情况下保证总体蒸发量不变，利用低温余热替代部分鲜蒸汽提供的热量，以减少首效鲜蒸汽用量，使首效鲜蒸汽用量较为增设蒸发装置时减少了35％～45％；
(2)本发明可以减少浓缩废液后续处理费用如浓缩废液进入焚烧炉，对废水进行浓缩后废液量减少，可以减少焚烧炉燃料用量。
附图说明
图1为某石化丙烯腈废水四效蒸发的结构流程示意图；
图2为本发明实施例1中对多效蒸发***中热量回收利用的***的结构流程示意图；
图3为本发明实施例2中对多效蒸发***中热量回收利用的***的结构流程示意图；
其中，1-蒸发装置，2-供热装置，3-第一冷凝装置，4-第二冷凝装置，5-末效蒸发装置，6-倒数第二效蒸发装置。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种对多效蒸发***中热量回收利用的***，所述***包括与多效蒸发***中末效蒸发装置并联和/或串联的蒸发装置1，所述蒸发装置1底部设有供热装置2，供热装置2的热源为附近装置中产生的温度为90℃～130℃的低温位热源。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述多效蒸发***包括二效蒸发***、三效蒸发***、四效蒸发***或五效蒸发***中任意一种。
作为本发明优选的技术方案，所述供热装置2包括换热器。
优选地，所述蒸发装置1的产出的液体与供热装置2换热后返回蒸发装置1。
优选地，蒸发装置1底部的液体产出口与供热装置2的物料入口之间设有动力传输装置，所述动力传输装置可以是循环泵等。
作为本发明优选的技术方案，所述***还包括第一冷凝装置3和第二冷凝装置4，所述第一冷凝装置3的物料入口与所述蒸发装置1顶部的气体出口相连，第一冷凝装置3和第二冷凝装置4的底部均独立地设有底液出口和气体出口，第一冷凝装置3的底液出口采出冷凝液，第一冷凝装置3的气体出口采出的气体分为两路，一路与第二冷凝装置4的物料入口相连，另一路进行后续处理，第二冷凝装置4的底液出口采出冷凝液，第二冷凝装置4的气体出口采出的气体进行后续处理。
作为本发明优选的技术方案，当蒸发装置1与多效蒸发***中末效蒸发装5置并联时，所述多效蒸发***中倒数第二效蒸发装置6产出的液体分为两路，一路送入多效蒸发***中的末效蒸发装置5，另一路送入蒸发装置1；
优选地，当蒸发装置1与多效蒸发***中末效蒸发装置5串联时，所述末效蒸发装置5产出的液体送入蒸发装置1。
本发明具体实施方式部分提供了前述对多效蒸发***中热量回收利用的***的处理方法，所述方法包括：将多效蒸发***产生的液体送入蒸发装置1中进行蒸发处理，蒸发处理过程中通过附近装置中产生的热源为其供热，所述热源的温度范围为90℃～130℃。
作为本发明优选的技术方案，当蒸发装置1与多效蒸发***中末效蒸发装置5串联时，所述多效蒸发***中末效蒸发装置5产生的液体送入蒸发装置1中进行蒸发处理。
优选地，当蒸发装置1与多效蒸发***中末效蒸发装置5并联时，所述多效蒸发***中倒数第二效蒸发装置6产生的液体分为两路，一路送入末效蒸发装置5进行蒸发处理，另一路送入蒸发装置1进行蒸发处理。
作为本发明优选的技术方案，所述蒸发装置1产生的气体经过冷凝后得到冷凝液。
优选地，所述蒸发装置1产生的气体经过二次冷凝后得到冷凝液，其中第一次冷凝产生的气体进行第二次冷凝，第一次冷凝产生的液体和第二次冷凝产生的液体进行混合后得到冷凝液。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种对多效蒸发***中热量回收利用的***及其处理方法，如图2所示，所述***包括与多效蒸发***中末效蒸发装置5并联的蒸发装置1，所述蒸发装置1底部设有供热装置2，供热装置2的热源为附近装置中产生的温度为90℃～130℃的低温位热源。
其中，多效蒸发***为四效蒸发***，四效蒸发***的倒数第二效蒸发装置6产出的液体分为两路，一路送入四效蒸发***中的末效蒸发装置5，另一路送入蒸发装置1；
供热装置2为再沸器，蒸发装置1的产出的液体与供热装置2换热后返回蒸发装置1，蒸发装置1底部的液体产出口与供热装置2的物料入口之间设有动力传输装置循环泵；
所述***还包括第一冷凝装置3和第二冷凝装置4，第一冷凝装置3的物料入口与蒸发装置1顶部的气体出口相连，第一冷凝装置3和第二冷凝装置4的底部均独立地设有底液出口和气体出口，第一冷凝装置3的底液出口采出冷凝液，第一冷凝装置3的气体出口采出的气体分为两路，一路与第二冷凝装置4的物料入口相连，另一路进行后续处理，第二冷凝装置4的底液出口采出冷凝液，第二冷凝装置4的气体出口采出的气体进行后续处理。
所述***的处理方法为，将四效蒸发***产生的多效蒸发***中倒数第二效蒸发装置6产生的液体分为两路，一路送入末效蒸发装置5进行蒸发处理，另一路送入蒸发装置1进行蒸发处理，蒸发装置1产生的气体经过二次冷凝后得到冷凝液，其中第一次冷凝产生的气体进行第二次冷凝，第一次冷凝产生的液体和第二次冷凝产生的液体进行混合后得到冷凝液。
对比例1：
本对比例提供了用于某石化丙烯腈废水四效蒸发的现有多效蒸发***的结构，如图1所示，其前一效蒸发塔蒸发出的蒸汽作为后一效蒸发塔再沸器的热源，第一效蒸发塔热源多为蒸汽。
采用实施例1中所述***和对比例1中的***对64.08t/h的丙烯腈化学废水(水含量为98.98wt％)进行蒸发浓缩，实施例1中***分别在工况一(蒸发量一定)和工况二(利用热水提高蒸发量)条件下进行。
其中，实施例1中***在工况一条件，运行后，优化后流程的鲜蒸汽用量较对比例1中降低3.23t/h，蒸汽价格为114￥/t，年操作时间按8400h核算，节能效益为309.3×104￥/a。
实施例1中***在工况二条件，降低废液至加热炉的流量，优化后流程的燃料气用量较对比例1降低0.645t/h，燃料气价格为1504.58￥/t，年操作时间按8400h核算，节能效益为815.8×104￥/a。
各个运行条件的节能效果如表1所示：
表1：
| 项目 | 单位 | 原工艺 | 工况一 | 工况二 |
| 鲜蒸汽用量 | t/h | 8.25 | 5.02 | 8.25 |
| 节省燃料气 | t/h | 0 | 0 | 0.645 |
| 效益(相比原工艺) | ×104￥/a | 0 | 309.3 | 815.8 |
可以看出，工况一：减少首效鲜蒸汽用量保证总体蒸发量不变，利用低温余热替代部分鲜蒸汽提供的热量，以减少首效鲜蒸汽用量。工况二：减少焚烧炉燃料气用量利用低温余热进一步对废水进行浓缩，减少至焚烧炉的废液量，以减少燃料气。
实施例2：
本实施例提供了一种对多效蒸发***中热量回收利用的***及其处理方法，如图3所示，所述***包括与多效蒸发***中末效蒸发装置5串联的蒸发装置1，所述蒸发装置1底部设有供热装置2，供热装置2的热源为附近装置中产生的温度为90℃～130℃的低温位热源。
其中，多效蒸发***为四效蒸发***，四效蒸发***的末效蒸发装置5产出的液体送入蒸发装置1；
供热装置2为再沸器，蒸发装置1的产出的液体与供热装置2换热后返回蒸发装置1，蒸发装置1底部的液体产出口与供热装置2的物料入口之间设有动力传输装置循环泵；
所述***还包括第一冷凝装置3和第二冷凝装置4，第一冷凝装置3的物料入口与蒸发装置1顶部的气体出口相连，第一冷凝装置3和第二冷凝装置4的底部均独立地设有底液出口和气体出口，第一冷凝装置3的底液出口采出冷凝液，第一冷凝装置3的气体出口采出的气体分为两路，一路与第二冷凝装置4的物料入口相连，另一路进行后续处理，第二冷凝装置4的底液出口采出冷凝液，第二冷凝装置4的气体出口采出的气体进行后续处理。
所述***的处理方法为，将四效蒸发***产生的多效蒸发***中末效蒸发装置5产生的液体送入蒸发装置1进行蒸发处理，蒸发装置1产生的气体经过二次冷凝后得到冷凝液，其中第一次冷凝产生的气体进行第二次冷凝，第一次冷凝产生的液体和第二次冷凝产生的液体进行混合后得到冷凝液。
实施例2中***分别在工况一(蒸发量一定)和工况二(利用热水提高蒸发量)条件下进行。
在工况一条件，运行后，优化后流程的鲜蒸汽用量较对比例1中降低3.23t/h，在工况二条件下，运行后，较对比例1未节省蒸汽，但节省燃料气0.622t/h。
实施例3：
本实施例提供了一种对多效蒸发***中热量回收利用的***及其处理方法，其结构和方法参照实施例1，区别仅在于多效蒸发***为三效蒸发***。
实施例4：
本实施例提供了一种对多效蒸发***中热量回收利用的***及其处理方法，其结构和方法参照实施例1，区别仅在于多效蒸发***为五效蒸发***。
实施例5：
本实施例提供了一种对多效蒸发***中热量回收利用的***及其处理方法，其结构和方法参照实施例1，区别仅在于多效蒸发***为二效蒸发***。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明通过增设蒸发装置，利用其他设备中的低温位热源，可以在减少首效鲜蒸汽用量的情况下保证总体蒸发量不变，利用低温余热替代部分鲜蒸汽提供的热量，以减少首效鲜蒸汽用量，使首效鲜蒸汽用量较为增设蒸发装置时减少了35％～45％；
本发明可以减少浓缩废液后续处理费用如浓缩废液进入焚烧炉，对废水进行浓缩后废液量减少，可以减少焚烧炉燃料用量。
申请人申明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细应用方法，但本发明并不局限于上述详细应用方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品原料的等效替换及辅助成分的添加、具体操作条件和方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种对多效蒸发***中热量回收利用的***，其特征在于，所述热量回收利用的***包括与多效蒸发***中末效蒸发装置并联或串联的蒸发装置，所述蒸发装置底部设有供热装置，供热装置的热源为温度为90℃～130℃的低温位热源；所述蒸发装置产出的液体与供热装置换热后返回蒸发装置；
所述热量回收利用的***还包括第一冷凝装置和第二冷凝装置，所述第一冷凝装置的物料入口与所述蒸发装置顶部的气体出口相连，第一冷凝装置和第二冷凝装置的底部均独立地设有底液出口和气体出口，第一冷凝装置的底液出口采出冷凝液，第一冷凝装置的气体出口采出的气体分为两路，一路与第二冷凝装置的物料入口相连，另一路进行后续处理，第二冷凝装置的底液出口采出冷凝液，第二冷凝装置的气体出口采出的气体进行后续处理；
当蒸发装置与多效蒸发***中末效蒸发装置并联时，所述多效蒸发***中倒数第二效蒸发装置产出的液体分为两路，一路送入多效蒸发***中的末效蒸发装置，另一路送入蒸发装置。
2.根据权利要求1所述的热量回收利用的***，其特征在于，所述多效蒸发***包括二效蒸发***、三效蒸发***、四效蒸发***或五效蒸发***中任意一种。
3.根据权利要求1所述的热量回收利用的***，其特征在于，所述供热装置包括换热器。
4.根据权利要求1所述的热量回收利用的***，其特征在于，蒸发装置底部的液体产出口与供热装置的物料入口之间设有动力传输装置。
5.根据权利要求1所述的热量回收利用的***，其特征在于，当蒸发装置与多效蒸发***中末效蒸发装置串联时，所述末效蒸发装置产出的液体送入蒸发装置。
6.一种如权利要求1-5任一项所述热量回收利用的***的处理方法，其特征在于，所述方法包括：将多效蒸发***产生的液体送入蒸发装置中进行蒸发处理，蒸发处理过程中通过温度范围为90℃～130℃的低温位热源为其供热。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，当蒸发装置与多效蒸发***中末效蒸发装置串联时，所述多效蒸发***中末效蒸发装置产生的液体送入蒸发装置中进行蒸发处理。
8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，当蒸发装置与多效蒸发***中末效蒸发装置并联时，所述多效蒸发***中倒数第二效蒸发装置产生的液体分为两路，一路送入末效蒸发装置进行蒸发处理，另一路送入蒸发装置进行蒸发处理。
9.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述蒸发装置产生的气体经过冷凝后得到冷凝液。
10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，所述蒸发装置产生的气体经过二次冷凝后得到冷凝液，其中第一次冷凝产生的气体进行第二次冷凝，第一次冷凝产生的冷凝液和第二次冷凝产生的冷凝液进行混合后得到总的冷凝液。
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