CN112870755B - 一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁工业中废水环保处置领域，涉及一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***及工作方法，该方法解决了高盐溶液浓缩结晶过程能耗成本高的难题；把高温冲渣水供给负压闪蒸***；负压闪蒸***生产出的蒸汽，会自动输送到蒸汽冷凝***；在蒸汽冷凝***中，高盐溶液的温度被提高到75℃以上，然后被输送到负压闪蒸***进行剧烈蒸发，溶液被浓缩，落入溶液汇聚池内，溶液在冷凝器的作用下，温度降低析出晶体，并沉降；上部的饱和溶液在循环泵的作用下，循环蒸发浓缩；沉积在晶体汇聚槽内的晶体混合物经由溶液循环泵送入稠厚器，再经离心机脱水处理，即可得到脱水后的氯化钾晶体，存贮在晶体盐存储槽内，随时供应包装外运。

Description

一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***及 工作方法

技术领域

本发明属于钢铁工业中废水环保处置领域，具体涉及多物料协同处置低品质余热综合利用的节能环保型处置方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着国家对环保领域重视程度的提升，作为排放大户的钢铁工业面临的压力首当其冲；钢铁企业废水零排放，已经成为超低排放的基本要求；钢铁企业生产过程中，产生的高盐废水，尤其是含有可回收有价物料的废水，在处置过程中面临能耗高，经济性偏低的尴尬局面。

烧结工序的机头电除尘灰因富含钾元素，无法直接进入生产***循环利用，而且极容易造成环境污染，成为一大难题；在已有的提取烧结机头灰中氯化钾的生产工艺中，传统做法是使用企业蒸汽管网中的蒸汽(0.5MPa左右)，蒸发结晶生产氯化钾的直接能耗为500kg/t，导致氯化钾成本偏高，降低了其性价比。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾浓缩结晶生产工艺及工作方法，实现了降低氯化钾溶液浓缩结晶成本的目的，为烧结机头灰的资源化处置提供了更为便捷的条件，实现节能与环保的双赢，为企业降低生产成本提供了新的途径。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***，包括：高炉冲渣水负压闪蒸罐2、闪蒸蒸汽汇聚仓3、高炉冲渣水汇聚槽4、汽水换热装置8、负压闪蒸腔体25、蒸汽集气管10、换热器、集液池17、晶体汇聚槽18、稠厚器20、固液分离装置；所述高炉冲渣水负压闪蒸罐2、闪蒸蒸汽汇聚仓3、高炉冲渣水汇聚槽4由上到下依次设置，所述闪蒸蒸汽汇聚仓3的排气口还与汽水换热装置8、负压闪蒸腔体25、蒸汽集气管10、换热器依次相连，所述负压闪蒸腔体25下方依次设置有集液池17、晶体汇聚槽18；所述集液池17上部出液口还与汽水换热装置8的冷去水进口相连；所述晶体汇聚槽18与稠厚器20、固液分离装置依次相连。

本发明在钢铁企业内部，寻找到一种能够24小时全天候提供的免费能源，对纯化处置的氯化钾溶液进行浓缩结晶，降低氯化钾生产成本，符合未来的发展方向。

本发明的第二个方面，提供了一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产工艺，包括：

将高炉冲渣水通过负压闪蒸，获取蒸汽Ⅰ；

用所述蒸汽Ⅰ将氯化钾溶液温度提高到75℃以上，进行二次闪蒸，获取晶体混合物和蒸汽Ⅱ；

将晶体混合物进行浓缩、结晶，固液分离，得到氯化钾晶体；

固液分离得到的水再次回用于二次闪蒸。

本申请把成熟的负压闪蒸技术与免费高炉冲渣水余热结合在一起，实现了高盐废水的低能耗浓缩结晶生产，达到了节能减排降本的目的。

本发明的第三个方面，提供了任一上述的基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***在废水处理中的应用。

由于本发明利用了厂区内的低品质热源，而且实现了废水零排放，因此，有望在废水处理领域得到广泛的应用。

本发明的有益效果在于：

(1)本申请解决了高盐废水浓缩结晶过程中，能耗成本居高不下的问题。

(2)本申请解决了高炉冲渣水换热过程容易发生结垢，造成管道和板式换热器堵塞的问题。

(3)本申请可充分提取高炉冲渣水余热，降低冲渣水温度，有利于高炉生产过程中，改善冲渣工艺，提高水淬渣的活性；

(4)本申请把成熟的负压闪蒸技术与免费高炉冲渣水余热结合在一起，实现了高盐废水的低能耗浓缩结晶生产，达到了节能减排降本的目的。

(5)本申请不仅利用了厂区内的低品质热源，而且实现了废水零排放；该技术适用于钢铁企业各种废水的集中浓缩结晶处置；

(6)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1的装置结构示意图。

其中，1高炉冲渣水供水管路、2高炉冲渣水负压闪蒸罐、3闪蒸蒸汽汇聚仓、4高炉冲渣水汇聚槽、5高炉冲渣水排水管路、6冲渣水排水泵、7冲渣水液位计、8汽水换热装置、9高压雾化喷头、10蒸汽集气管、11换热器排水管路、12换热器进水管路、13冷凝水排水管路、14冷凝水存储罐、15真空泵、16氯化钾溶液循环泵、17集液池、18晶体汇聚槽、19液位计、20稠厚器、21离心机、22晶体盐存储槽、23氯化钾溶液存贮罐、24螺旋换热管、25负压闪蒸腔体、26冷凝水排水泵、27渣浆泵、28排液泵、29蒸汽冷凝装置；高炉冲渣水负压蒸发装置A、蒸汽冷凝装置B、溶液循环闪蒸***C、浓缩结晶***D；

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，针对目前高盐水蒸发浓缩结晶过程能耗成本较高的现状。因此，本发明提出一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产工艺，包括高炉冲渣水负压闪蒸***A、蒸汽冷凝***B、溶液循环闪蒸***C、浓缩结晶***D；所述高炉冲渣水负压闪蒸***A与高炉冲渣***和蒸汽冷凝***B相连；所述蒸汽冷凝***B与高炉冲渣水负压闪蒸***A和溶液循环闪蒸***C相连；所述溶液循环闪蒸***C与蒸汽冷凝***B和浓缩结晶***D相连；

本申请整合了负压闪蒸技术、低品质热源资源化利用技术和饱和溶液定温析出技术，把烧结机头灰资源化处置过程中产生的氯化钾溶液进行浓缩结晶，不仅降低了冲渣水温度，充分利用了冲渣水余热这一免费热源，进一步降低了氯化钾晶体盐的生产成本；

在一些实施例中，高炉冲渣水负压闪蒸***A中，设有增加高温冲渣水表面积的装置；本申请中对“增加高温冲渣水表面积”的方式和装置结构并不作特殊的限定，本领域技术人员可根据惯用技术手段结合具体工况进行自主选择，例如：喷淋等。

在一些实施例中，所述蒸汽冷凝***B中，设置汽水流量、压力调整装置、不凝气抽气装置(真空泵15)和冷凝水排水管路13和冷凝水贮存罐14；

在一些实施例中，所述溶液循环闪蒸***C中，顶部设置高压雾化喷头9、侧方位设置液位计19，***设置氯化钾溶液循环泵16把集液槽17中的浓缩液输送至蒸汽器顶部由高压雾化喷头9喷下，并在负压环境内，迅速汽化，形成的蒸汽经集气管10送至蒸汽冷凝***。

在一些实施例中，所述溶液循环闪蒸***C中，由于水的蒸发，溶液中有晶体析出，会沉积在晶体汇聚槽18内，在渣浆泵27的作用下输送到稠厚器20，浓缩处置后，排入离心机21，离心脱水后的晶体盐，贮存在成品料槽(晶体盐存储槽22)内，可满足随时进行放料包装。

在一些实施例中，所述固液分离装置还与成品料槽22相连。

在一些实施例中，所述稠厚器20、固液分离装置的出液口还分别与氯化钾溶液存贮罐23相连。

在一些实施例中，所述氯化钾溶液存贮罐23与集液池17相连。

在一些实施例中，所述集液池17内设置有螺旋换热管24。

本发明还提供了一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产工艺，包括：

将高炉冲渣水通过负压闪蒸获取蒸汽，能够解决高炉冲渣水容易结垢，堵塞管道的难题；

将用冲渣水闪蒸获取的蒸汽通过板式换热器把氯化钾溶液温度提高到75℃以上，以便于氯化钾溶液中的水分在负压状态下剧烈蒸发汽化，使得溶液浓度升高，过饱和状态下，晶体析出并沉积在晶体汇聚槽内。

将汇聚槽内的晶体混合物输送到稠厚器和离心机，进行脱水处理，就能得到氯化钾晶体；脱出的水返回集液槽，再次进行升温和闪蒸；

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

一个基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产工艺及方法，实现了高盐水低成本浓缩结晶的目标。包括：高炉冲渣水负压蒸发装置A(包括：高炉冲渣水负压闪蒸罐2、闪蒸蒸汽汇聚仓3、高炉冲渣水汇聚槽4、高炉冲渣水泄压管路、冲渣水表面积倍增装置、蒸汽净化装置、液位计及进出口的压力、流量、温度检测装置)、蒸汽冷凝装置B(包括：汽水换热器8(板式)、冷凝水回收管路、真空泵15)、溶液循环闪蒸***C(包括：高压雾化喷头9、负压闪蒸腔体25、饱和(氯化钾)溶液循环泵16、蒸汽冷凝装置29、搅拌泵)、浓缩结晶***D(包括：渣浆泵27、稠厚器20、离心机21、饱和(氯化钾)溶液贮存罐23、排液泵28)；

充分利用现有的高炉冲渣水换热***，从高炉冲渣水供水管路1上引出旁路，把冲渣水供给负压闪蒸***A，高炉冲渣水经闪蒸降温后汇集在高炉冲渣水汇聚槽4内，然后由渣浆泵送回冲渣管网***；负压闪蒸***A生产出的蒸汽，经闪蒸蒸汽汇聚仓3汇聚后在压力差的作用下，自动输送到蒸汽冷凝***B；在蒸汽冷凝***内，蒸汽遇冷凝结形成负压，促进冲渣水负压闪蒸***A的运行，同时冷凝水汇聚到冷凝水存储罐14内；在蒸汽冷凝***B中，来自溶液循环蒸发***C的溶液温度被升高到75℃以上，然后被输送到高压雾化喷头9，雾化后的溶液在负压环境内剧烈汽化形成蒸汽，经蒸汽集气管10输送至蒸汽冷凝装置29，蒸汽冷凝再次形成负压环境，促进整个***的运行；负压蒸发后的溶液被浓缩落入集液池17内，并析出部分晶体，晶体在重力作用下沉积在晶体汇聚槽18内，上部的饱和溶液在氯化钾溶液循环泵16的作用下，再次经汽水换热器8提温后，经高压雾化喷头9喷入蒸发器内；沉积在晶体汇聚槽18内的晶体混合物经由渣浆泵27送入稠厚器20，浓缩后再次经离心机21脱水处理，脱水后的氯化钾晶体存贮在晶体盐存储槽22内，随时供应包装外运；浓缩过程产生的浓盐水先汇聚在氯化钾溶液存储罐23内，由排液泵28和螺旋换热管24加热后，输送至溶液汇聚池内；被脱除的浓盐水在换热过程中，降低周边溶液温度，进一步加快溶液的析晶速度；

在一些实施例中，所述高炉冲渣水负压闪蒸***内的水位，可以通过冲渣水液位计7和冲渣水排水泵6实现自动控制；不影响高炉冲渣***的正常运行；

在一些实施例中：所述高炉冲渣水负压闪蒸***A中，实现冲渣水表面积的倍增，进而提高蒸发效率；

在一些实施例中：所述蒸汽冷凝装置B，不仅可以迅速冷凝蒸汽创造真空环境，促进冲渣水的汽化蒸发，而且可以提高浓溶液的温度，促进后续的负压闪蒸；

在一些实施例中：所述的溶液循环闪蒸***C中，饱和溶液闪蒸降温析出晶体后，落入集液池17内，氯化钾溶液循环泵16取水口位于集液池17上方，晶体沉降到底部，取液过程不影响析晶，不会造成大量晶体盐的循环；

在一些实施例中：所述的螺旋换热管24不仅可以把浓缩结晶***中产生的饱和溶液升温，同时可以降低螺旋换热管24周围的溶液温度，促进晶体的析出；

在一些实施例中：所述的蒸汽冷凝装置29排水管排出的水为50～60℃的热水，可满足生活热水需求和冬季取暖需求；

基于上述一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产工艺及工作方法，烧结机头灰经水洗压滤后的滤液水可直接进行负压闪蒸浓缩结晶，结晶过程中所需能耗全部由高炉冲渣水提供，不仅能够充分利用这一免费能源，而且能够促进高炉冲渣***的健康运行；浓缩结晶过程产生的蒸汽余热还可以提供生活热源的需要；在溶液循环闪蒸***中，把饱和盐水雾化后，可提高汽化蒸发效率，加快浓缩结晶效率，溶液析出的晶体自然沉降到底部，由循环泵送至稠厚器和离心机进行进一步脱水处置，形成的晶体盐可直接存贮或装袋运输；

本***除了溶液和蒸汽循环流动所必须的电能外，所有能源来自高炉冲渣水，能源成本为零；目前降低高炉冲渣水是高炉生产过程中的必需工艺；降低过程中，从冲渣水获取的能源皆为免费能源，只需提供合适的负压环境，高盐废水即可经冲渣水换热提问后，进行闪蒸浓缩结晶。

实施例2

一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***，包括：高炉冲渣水负压闪蒸罐2、闪蒸蒸汽汇聚仓3、高炉冲渣水汇聚槽4、汽水换热装置8、负压闪蒸腔体25、蒸汽集气管10、换热器、集液池17、晶体汇聚槽18、稠厚器20、固液分离装置；所述高炉冲渣水负压闪蒸罐2、闪蒸蒸汽汇聚仓3、高炉冲渣水汇聚槽4由上到下依次设置，所述闪蒸蒸汽汇聚仓3的排气口还与汽水换热装置8、负压闪蒸腔体25、蒸汽集气管10、换热器依次相连，所述负压闪蒸腔体25下方依次设置有集液池17、晶体汇聚槽18；所述集液池17上部出液口还与汽水换热装置8的冷去水进口相连；所述晶体汇聚槽18与稠厚器20、固液分离装置依次相连。

运行方式同实施例1。

实施例3

与实施例2的不同之处在于：高炉冲渣水负压闪蒸***A中，设有冲渣水表面积倍增装置。

实施例4

与实施例2的不同之处在于：蒸汽冷凝***B中，设置汽水流量、压力调整装置、不凝气抽气装置15和冷凝水回收管路13和冷凝水贮存装置14。

实施例5

与实施例2的不同之处在于：溶液循环闪蒸***C中，顶部设置高压雾化喷头9、侧方位设置液位计19，***设置循环泵16把集液槽17中的浓缩液输送至蒸汽器顶部由高压雾化喷头9。

实施例6

与实施例2的不同之处在于：所述固液分离装置还与成品料槽22相连。

实施例7

与实施例2的不同之处在于：所述稠厚器20、固液分离装置的出液口还分别与氯化钾溶液存贮罐23相连。

实施例8

与实施例2的不同之处在于：所述氯化钾溶液存贮罐23与集液池17相连。

实施例9

与实施例2的不同之处在于：所述集液池17内设置有螺旋换热管24。

实施例10

一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产工艺，包括：

将高炉冲渣水通过负压闪蒸，获取蒸汽Ⅰ；

用所述蒸汽Ⅰ将氯化钾溶液温度提高到75℃以上，进行二次闪蒸，获取晶体混合物和蒸汽Ⅱ；

将晶体混合物进行浓缩、结晶，固液分离，得到氯化钾晶体；

固液分离得到的水再次回用于二次闪蒸。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***，其特征在于，包括：高炉冲渣水负压闪蒸罐（2）、闪蒸蒸汽汇聚仓（3）、高炉冲渣水汇聚槽（4）、汽水换热装置（8）、负压闪蒸腔体（25）、蒸汽集气管（10）、换热器、集液池（17）、晶体汇聚槽（18）、稠厚器（20）、固液分离装置；所述高炉冲渣水负压闪蒸罐（2）、闪蒸蒸汽汇聚仓（3）、高炉冲渣水汇聚槽（4）由上到下依次设置，所述闪蒸蒸汽汇聚仓（3）的排气口还与汽水换热装置（8）、负压闪蒸腔体(25)、蒸汽集气管(10)、换热器依次相连，所述负压闪蒸腔体(25)下方依次设置有集液池(17)、晶体汇聚槽(18)；所述集液池(17)上部出液口还与汽水换热装置(8)的冷去水进口相连；所述晶体汇聚槽(18)与稠厚器(20)、固液分离装置依次相连；

所述集液池（17）内设置有螺旋换热管（24），所述螺旋换热管（24）由集液池（17）的下部进入，自下部向上部延伸。

2.如权利要求1所述的基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***，其特征在于，所述固液分离装置还与成品料槽（22）相连。

3.如权利要求1所述的基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***，其特征在于，所述稠厚器（20）、固液分离装置的出液口还分别与氯化钾溶液存贮罐（23）相连。

4.如权利要求1所述的基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***，其特征在于，所述氯化钾溶液存贮罐（23）与集液池（17）相连。

5.一种使用权利要求1所述的基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***的氯化钾溶液浓缩结晶生产工作方法，其特征在于，包括：

将高炉冲渣水通过负压闪蒸，获取蒸汽Ⅰ；

用所述蒸汽Ⅰ将氯化钾溶液温度提高到75℃以上，进行二次闪蒸，获取晶体混合物和蒸汽Ⅱ；

将晶体混合物进行浓缩、结晶，固液分离，得到氯化钾晶体；

固液分离得到的水再次回用于二次闪蒸。

6.权利要求1-4任一项所述的基于高炉冲渣水余热的氯化钾溶液浓缩结晶生产***在废水处理中的应用。

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