一种连续从水中去除污染物的复合蒸发装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种连续从水中去除污染物的复合蒸发装置，该装置由机械压缩蒸发和多效蒸发两个基本单元组成。两个单元可独立、串联、并联或交互运行。来料污水首先被浓缩液体和蒸发液体加热，在回收能量的同时而部分去除了水中的污染物质。接下来，污水将在分离器中被分成饱和蒸汽和预浓缩液，饱和蒸汽通过压缩而升温，预浓缩液被强制循环。从循环着的预浓缩液中抽出的部分或全部物流将进入多效蒸发单元。预浓缩液首先被来自锅炉的蒸汽换热，产生的二次蒸汽进入下一级的蒸发器，或返回机械压缩蒸发单元作为热源补充。由多效蒸发单元所产生的浓缩液或对来料污水进行加热以进一步地回收能量和部分去除水中的污染物质，或直接排出。
【专利说明】一种连续从水中去除污染物的复合蒸发装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及污水处理【技术领域】，尤其涉及一种连续从水中去除污染物的复合 蒸发装置。
【背景技术】
[0002] 通常而言，蒸发工艺是一种高效的分离方法，通过蒸发，我们可以得到纯净的蒸发 水和含有大量非挥发性物质的浓缩液。然而，蒸发工艺通常会出现一些问题，比如在溶液被 蒸发的过程中，溶液含有的矿物质或其它组份会污染蒸发设备甚至发生结垢。容易造成结 垢的物质通常包含钙镁硅等。一旦设备发生结垢，对设备的正常运行将产生严重影响，从而 使得传统蒸发工艺难以实现连续运转。
[0003] 另一个会遇到的常见问题就是对需热量的高要求。如果找不到一种有效的方法 来回收热量，那么所需热量将等于在一定的压力/温度下完成水溶液蒸发所需的全部潜热 量。在这种情况下，如果采用传统的蒸发工艺就很难适应工业化条件下的污水处理。
[0004] 此外，为了彻底解决污水蒸发工艺中出现的各种问题，还必须考虑其它必不可少 的因素，主要有：蒸发系统中的热传递率；浓缩液中特殊物质的含量；相对饱和蒸汽温度而 言的浓缩液的最终沸点；浓缩液的过饱和度和沉淀程度；蒸发流的气化度。
[0005] 传统废水蒸发工艺中经常出现结垢问题，原因是此类废水通常含有较多数量的有 机物、无机物和各种金属离子。如何在保证不出现污渍化或者结垢的前提下，将蒸发工艺的 热负荷最大化和最大程度地回收能量，这些至关重要的问题并没有得到较好的解决。 实用新型内容
[0006] 本实用新型提供了一种连续从水中去除污染物的复合蒸发装置，它是一种最大限 度地利用能源、减轻设备结垢程度、提高工艺适用范围且在最大热负荷条件下让设备能长 期稳定运行的水溶液蒸发工艺。
[0007] 本实用新型是把之前通常单独存在或使用的两个蒸发概念或工艺流程进行了完 美的结合，并成功解决了相互之间的协同作用。
[0008] 下面三个公式大致描述了在水溶液蒸发体系中最基本的热传递关系：
[0009] Q(总）=ΚΑΛΤ.................................?①
[0010] Q(显热...........................?②
[0011] Q(潜热）一πιΗ....................................· · ·③
[0012] 公式中：
[0013] Q:热负荷（kw)
[0014] K :总传热系数（kw/m2/°C )
[0015] A:传热面积（m2)
[0016] Λ T:对数温差
[0017] Μ:物流量（kg/s)
[0018] Cp :比热（kj/s/°C )
[0019] ?\、Τ2 :流体进入和流出系统的温度
[0020] Η :潜热（kj/kg)
[0021] 为了得到效率较高的蒸发系统，上述公式中的Q应最大化，而同时又要遵循其它 参数的实际取值范围来防止设备结垢。对一个特定的流体或者热交换设备而言，诸如Q、Cp、 Η等这些变量相对来说是恒定的。因此，为了克服污水蒸发过程中出现的问题，必须对A、Q/ Α、Λ T、m、ΤΙ、T2这些变量进行谨慎细致的取值。
[0022] 正是基于对上述水溶液蒸发体系中最基本的热传递关系的深刻理解，本实用新型 将一种具有独特配置的强制对流热传递与热回收的蒸汽机械再压缩流程和一种常规的单 效或多效蒸发工艺相结合，由此既可以获得传热效率最大化，也能维持强制对流效果，这样 就不会出现在此之前那些传统蒸发工艺中经常容易发生的高能耗及严重结垢现象。
[0023] 本实用新型采用如下技术方案：
[0024] 本实用新型的连续从水中去除污染物的复合蒸发装置由机械压缩蒸发和多效蒸 发两个基本单元组成，两个基本单元之间既可各自独立运行，也可串联运行，也可并联运 行，也可交互运行。
[0025] 所述的机械压缩蒸发基本单元包括蒸发罐、1个以上的板式换热器、蒸汽压缩机和 泵，其中，蒸发罐包括设备本身及其与蒸汽压缩机、板式换热器、泵相连接的管道；板式换热 器具有两个以上相互不可连通的流体通道，这些通道可以与蒸发罐、蒸汽压缩机、泵以及来 自多效蒸发部分的物料进行管道连接；蒸汽压缩机能够使蒸汽升温，并直接与板式换热器 和蒸发罐相连；泵的进口与蒸发罐相连，其出口与板式换热器相连。
[0026] 所述的多效蒸发基本单元包括蒸汽发生器、闪蒸罐、1个以上的立式蒸发罐及浓液 泵，其中，蒸汽发生器是锅炉，并能与立式蒸发器和机械压缩蒸发部分的板式换热器连接； 闪蒸罐与立式蒸发罐和浓液泵相连，或与机械压缩蒸发部分的蒸汽压缩机相连；立式蒸发 罐由管式换热器和分离器及其与蒸汽发生器、闪蒸罐、浓液泵相连接的管道所组成；浓液的 进口与闪蒸罐或立式蒸发罐相连，其出口与机械压缩蒸发部分的板式换热器相连。
[0027] 所述的板式换热器为可拆卸结构。
[0028] 所述的蒸汽压缩机由天然气或电拖动。
[0029] 所述的蒸汽发生器为固定式或移动式结构。
[0030] 所述的立式蒸发罐的物料进口位于罐的顶部。
[0031] 本实用新型的连续从水中去除污染物的复合蒸发装置的使用方法如下：
[0032] ( 1)首先对原料进行初始加热，除去溶液含有的部分污染物，同时从蒸汽凝液和浓 缩液回收能量；
[0033] (2)将步骤（1)加热后的原料通入一个受热的分离器中进行再次加热，得到蒸汽和 预浓缩液；
[0034] (3)对来自受热分离器的蒸汽进行压缩以便在重沸换热组件中获得温差；
[0035] (4)让压缩后的蒸汽与重沸换热组件接触从而得到冷凝液；
[0036] (5)在重沸换热组件和受热的分离器之间对部分或全部的预浓缩液进行循环；
[0037] (6)抽出部分或全部预浓缩液至单效/多效蒸发单元；
[0038] (7)预浓缩液在立式蒸发器中被再次浓缩，得到不含污染物的冷凝液和可供结晶 用的浓缩液，由立式蒸发器产生的二次蒸汽返回至机械再压缩蒸发单元。
[0039] 本实用新型的积极效果如下：
[0040] 本实用新型的连续从水中去除污染物的复合蒸发装置及其方法能够除去水中的 有机物、无机物、金属离子及其它物质，并且能在不出现任何设备结垢的前提下获得不含有 污染物质的纯净水。本实用新型适用于多种行业中的污水处理，诸如炼油、石化、造纸、食 品、矿产、汽车、运输业、机械制造业等。此外，还可用于垃圾渗滤液处理、除盐、地下水修复、 井水清洁、礁湖修复、油田废水回用及任何形式的锅炉用水和稀溶液提浓等。
【专利附图】
【附图说明】
[0041] 图1是本实用新型实施例1的连续从水中去除污染物的复合蒸发装置的示意图。
[0042] 其中附图标记：1分离器、2第一换热器、3第二换热器、4第三换热器、5蒸汽压缩 机、6第一多效蒸发器、7第二多效蒸发器、8闪蒸罐、9蒸汽发生器、10 -号泵、11二号泵、12 三号泵、13四号泵。
[0043] 图2是本实用新型实施例2的连续从水中去除污染物的复合蒸发装置的示意图。
[0044] 其中附图标记：1分离器、2第一换热器、3第二换热器、4蒸汽压缩机、5立式蒸发 罐、6闪蒸罐、7蒸汽发生器、8 -号泵、9二号泵、10三号泵。
【具体实施方式】
[0045] 下面的实施例是对本实用新型的进一步详细描述。
[0046] 实施例1
[0047] 如图1所示，本实用新型的连续从水中去除污染物的复合蒸发装置由分离器1、第 一换热器2、第二换热器3、第三换热器4、蒸汽压缩机5、第一多效蒸发器6、第二多效蒸发器 7、闪蒸罐8、蒸汽发生器9、一号泵10、二号泵11、三号泵12和四号泵13组成。
[0048] 来料污水首先被来自工艺内部的浓缩液体和蒸发液体在第一换热器2、第二换热 器3和第三换热器4中加热，在回收能量的同时而部分去除了水中的污染物质。接下来，污 水将在分离器1中被分成饱和蒸汽和预浓缩液两部分，其中的饱和蒸汽通过蒸汽压缩机5 压缩而升温，预浓缩液被强制循环。从循环着的预浓缩液中抽出的部分或全部物流将进入 第一多效蒸发器6。预浓缩液首先被来自蒸汽发生器9的蒸汽换热，所产生的二次蒸汽进入 第二多效蒸发器7,由第一多效蒸发器6所产生的浓缩液对来料污水进行加热以进一步地 回收能量和部分去除水中的污染物质，由第二多效蒸发器7所产生的浓缩液直接排出本实 用新型的工艺界区。
[0049] 实施例2
[0050] 如图2所示，本实用新型的连续从水中去除污染物的复合蒸发装置由分离器1、第 一换热器2、第二换热器3、蒸汽压缩机4、立式蒸发罐5、闪蒸罐6、蒸汽发生器7、一号泵8、 二号泵9、三号泵10。
[0051] 来料污水首先经第一换热器2和第二换热器3被蒸汽及蒸汽凝液加热，由此去除 部分污染物，并使能量得到部分回收，然后进入预浓缩液的强制循环流程。被一号泵8强制 循环的预浓缩液在受热的分离器1中将产生部分饱和蒸汽，该饱和蒸汽将进入蒸汽压缩机 4而被升温，并与由蒸汽发生器7和来自立式蒸发罐5的二次蒸汽混合依次进入第一换热器 2和第二换热器3。与此同时，将通过二号泵9抽出部分预浓缩液将进入到立式蒸发罐5的 顶部，该股物流将由上至下的流到罐底部，并经一定时间的停留后进入到闪蒸罐6,由闪蒸 罐6出来的余热蒸汽送至蒸汽供给回路，由闪蒸罐6出来的浓缩液经三号泵10排至界区外 的某个单元作进一步的处置。
[0052] 应用本实施例的装置和方法进行高盐油气田污水的处理。
[0053] 设从污染源需要回收每天200方的清洁蒸馏液体并需提供TDS不低于30%的浓缩 液，则该实施例代表了本实用新型的基本做法。
[0054] 相关数据如下：
[0055] -、来料污水水质
[0056] 1、外观：浅黄色
[0057] 2、气味：有明显臭味
[0058] 3、色度：200 (倍）
[0059] 4、卩!1值：8.2
[0060] 5, COD ：520 (mg/L)
[0061] 6、粘度：3· 3 (mPa · s)
[0062] 7、SS :650 (mg/L)
[0063] 8、石油类：3〇(mg/L)
[0064] 9、TDS :20, 000 (mg/L)
[0065] 二、净化水水质
[0066] 1、外观：无色
[0067] 2、气味：无明显异味
[0068] 3、色度：50 (倍）
[0069] 4、PH 值：7.0
[0070] 5、C0D :48 (mg/L)
[0071] 6、粘度：0· 52 (mPa · s)
[0072] 7、SS :3. 0(mg/L)
[0073] 8、石油类：5· 0(mg/L)
[0074] 9、TDS :50 (mg/L)
[0075] 三、主换热器
[0076] 1、换热面积：297. 6 (m2)
[0077] 2、类型：衬垫式板框换热器
[0078] 3、传热系数：3074wAm2 · °C )
[0079] 4、修正的平均对数温差：1. 23 (°C )
[0080] 5、热负荷：5138. 7 (kw)
[0081] 6、17· 88(kw/m2))
[0082] 7、冷凝侧
[0083] ①进料：121. 1 CC )、148· 3(kpa)
[0084] ②出料：110. 9 CC )、147.6 (kpa)
[0085] ③饱和冷凝温度：111. 0 (°C )、148. 3 (kpa)
[0086] ④蒸汽潜热：2178. 9 (kj/kg)
[0087] ⑤蒸汽流量：8· 33 (t/h)
[0088] ⑥蒸汽脱热量：93. 1 (kw)
[0089] 8、蒸发侧
[0090] ①进料：100. 3 CC )、128. 2 (kpa)
[0091] ②出料：110. 7 (°C )、111.0 (kpa)
[0092] ③蒸发潜热：2204. 1 (kj/kg)
[0093] ④预浓缩液循环量：84. 08 (m3/h)
[0094] ⑤蒸发热负荷：5101. 5 (kw)
[0095] ⑥显热负荷：37. 1 (kw)
[0096] 四、立式蒸发器
[0097] 1、一次蒸汽：125. 8 (°C )、1.58 (t/h)
[0098] 2、二次蒸汽：102. 2(°C )、1· 32(t/h)
[0099] 3、浓缩液 TDS : 30% (w)
[0100] 4、浓缩液量：0· 6 (t/h)
[0101] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修 改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1. 一种连续从水中去除污染物的复合蒸发装置，其特征在于：所述的复合蒸发装置由 机械压缩蒸发和多效蒸发两个基本单元组成，两个基本单元之间既可各自独立运行，也可 串联运行，也可并联运行，也可交互运行；所述的机械压缩蒸发基本单元包括蒸发罐、1个 以上的板式换热器、蒸汽压缩机和泵，其中，蒸发罐包括设备本身及其与蒸汽压缩机、板式 换热器、泵相连接的管道；板式换热器具有两个以上相互不可连通的流体通道，这些通道可 以与蒸发罐、蒸汽压缩机、泵以及来自多效蒸发部分的物料进行管道连接；蒸汽压缩机能够 使蒸汽升温，并直接与板式换热器和蒸发罐相连；泵的进口与蒸发罐相连，其出口与板式 换热器相连；所述的多效蒸发基本单元包括蒸汽发生器、闪蒸罐、1个以上的立式蒸发罐及 浓液泵，其中，蒸汽发生器是锅炉，并能与立式蒸发器和机械压缩蒸发部分的板式换热器连 接；闪蒸罐与立式蒸发罐和浓液泵相连，或与机械压缩蒸发部分的蒸汽压缩机相连；立式 蒸发罐由管式换热器和分离器及其与蒸汽发生器、闪蒸罐、浓液泵相连接的管道所组成；浓 液的进口与闪蒸罐或立式蒸发罐相连，其出口与机械压缩蒸发部分的板式换热器相连。
2. 如权利要求1所述的复合蒸发装置，其特征在于：所述的板式换热器为可拆卸结构。
3. 如权利要求1所述的复合蒸发装置，其特征在于：所述的蒸汽压缩机由天然气或电 拖动。
4. 如权利要求1所述的复合蒸发装置，其特征在于：所述的蒸汽发生器为固定式或移 动式结构。
5. 如权利要求1所述的复合蒸发装置，其特征在于：所述的立式蒸发罐的物料进口位 于罐的顶部。
【文档编号】C02F1/04GK203946902SQ201420157669
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】马小伟, 梅初果 申请人:陕西胜利高原环保科技有限公司