一种高钙有机溶液浓缩前的超声-热耦合阻垢预处理装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种高钙有机溶液浓缩前的超声-热耦合阻垢预处理装置，尤其是适用于污泥处理行业中热水解工艺处理后的污泥液、垃圾渗滤液等，属于环保技术领域。


背景技术：

[0002]
高钙有机溶液主要产生于污泥热水解工艺处理过程，污泥在碱、热条件下水解反应，然后经固液分离，得到一种高钙碱性有机溶液。该溶液中钙镁离子含量高，硬度可达3000mg/l以上，大量钙离子与溶液中的酯类、糖类和氨基酸类结合，在溶液中主要以离子形态存在，部分钙离子与碳酸根存在于溶液中。该有机溶液在输送、浓缩过程中，碳酸钙和碳酸镁盐类随温度升高溶解度降低，结晶析出，附着在管道壁及蒸发传热壁面上。污垢的产生和积累，可导致管路堵塞、设备腐蚀加剧、换热效率降低等许多问题，结垢问题已成为此类有机溶液浓缩工艺不可避免的普遍问题，严重影响浓缩设备长期平稳运行。结合工程实践经验，浓缩设备内部溶液温度越高结垢现象越严重，换热设备一个月左右就需要清洗一次，进、出料管线也需3-6个月清理一次，频繁停机清洗，大大增加人工清洗维护工作量，大片析出的碳酸钙附着在传热壁面，传热效率降低，系统蒸发效率降低，能耗增大。


技术实现要素：

[0003]
针对以上问题，本实用新型提供一种高钙有机溶液浓缩前的超声-热耦合阻垢预处理装置，采用超声-热耦合技术，对高钙有机溶液进行浓缩前预处理，利用超声波在流体介质中的空化作用加速钙镁离子的析出，同时将已析出的碳酸盐垢及颗粒杂质击碎，阻止结晶体附着在管壁上，配合热能作用，提高溶液温度，降低二氧化碳溶解度，析出的二氧化碳及时排出，从而减少碳酸盐垢的产生，以实现防垢、阻碍目的。本装置可实现在线连续除垢，无需停机，无需拆卸管道，不影响正常生产，提高浓缩设备使用寿命，保证设备安全、平稳运行。
[0004]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0005]
一种高钙有机溶液浓缩前的超声-热耦合阻垢预处理装置由原液罐、原液输送泵、超声波装置、冷凝水泵、冷凝水暂存罐、自动排气装置、二次加热装置、一次加热装置、管路、冷凝水存储罐组成。原液罐上装有原液罐出口，一次加热装置上装有一次加热装置原液入口、一次加热装置原液出口、一次加热装置冷凝水入口和一次加热装置冷凝水出口，二次加热装置上装有二次加热装置原液入口、二次加热装置原液出口、二次加热装置蒸汽入口和二次加热装置冷凝水出口，自动排气装置上装有自动排气装置原液入口、自动排气装置原液出口和自动排气装置排气口，冷凝水暂存罐上装有冷凝水暂存罐入口和冷凝水暂存罐出口，冷凝水存储罐上装有冷凝水存储罐入口。
[0006]
原液罐出口通过管路与原液输送泵入口相连，原液输送泵出口通过管路与超声波装置入口相连，超声波装置出口通过管路与一次加热装置原液入口相连，一次加热装置原液出口通过管路与二次加热装置原液入口相连，二次加热装置原液出口通过管路与自动排
气装置原液入口相连，二次加热装置冷凝水出口通过管路与冷凝水暂存罐入口相连，冷凝水暂存罐出口通过管路与冷凝水泵入口相连，冷凝水泵出口通过管路与一次加热装置冷凝水入口相连，一次加热装置冷凝水出口通过管路与冷凝水存储罐入口相连。
[0007]
所述管路上装有仪表、阀门。
[0008]
待浓缩的高钙有机溶液暂存在原液罐中，由原液输送泵通过管路输送至超声波装置，再经管路输送至一次加热装置原液入口，在一次加热装置内吸收热量温度升高后由一次加热装置原液出口排出，然后通过管路输送至二次加热装置原液入口，再次被加热后由二次加热装置原液出口排出，经管路输送至自动排气装置原液入口，原液内富集的二氧化碳及其他不凝气体通过自动排气装置排气口排出，原液通过自动排气装置原液出口排出，由管路输送至下一步浓缩处理。蒸汽通过二次加热装置蒸汽入口进入二次加热装置，与二次加热装置内的原液进行换热，放出热量变为冷凝水由二次加热装置冷凝水出口排出，通过管路输送至冷凝水暂存罐内，然后经冷凝水暂存罐出口进入管路，由冷凝水泵通过管路输送至一次加热装置冷凝水入口，在一次加热装置内与原液进行换热，放出热量后由一次加热装置冷凝水出口排出至冷凝水存储罐内储存，可作为回用水再利用。两次加热过程通过合理优化，充分利用余热余能，实现能量的梯级利用，仅需消耗少量蒸汽即可实现65-70℃的温升。
[0009]
通过所述超声波装置向高钙有机溶液施加一个特定频率的声波，超声波在流体介质中的空化作用所产生的强大压力峰可以加速钙离子的析出，并能够将已析出的碳酸盐垢及颗粒杂质击碎成细小的颗粒而悬浮于介质中；在强超声作用下，每一个空化气泡都是一个“热点”，它在爆破时刻产生出非同寻常的能量效应，并在液固交界面产生速度约为110m/s的微射流，微射流作用会在界面之间形成剧烈的机械搅拌效应，而且这种效应可以突破层流边界层的限制，从而强化界面间的化学反应过程和质量及热量传递过程，通过超声波的空化作用、热作用和机械作用从而达到防垢、阻垢的效果。受超声波传输距离限制，所述超声波装置设置在各处理阶段的最前端，避免所述一次加热装置、二次加热装置壁面结垢，保证传热效率，提高加热装置的可靠性。
[0010]
所述自动排气装置位于超声波装置、一次加热装置和二次加热装置之后，溶液中二氧化碳溶解度随着温度的升高而降低，随着压力的降低而降低。高钙有机溶液先后经过两次加热，温度不断升高，溶解度下降，溶液中的二氧化碳和其他不凝气体不断析出并在管路内富集，最后通过所述的自动排气装置排出。此外，管路内的压力随着传输距离的增加而降低，相应的溶液中的二氧化碳气体溶解度也随之降低，所述自动排气装置离所述原液输送泵最远，该位置也最有利于二氧化碳的排出。在预处理阶段降低二氧化碳含量，减少碳酸盐垢的产生，从而达到防垢、阻垢的效果。
[0011]
作为上述技术方案的优选，所述一次加热装置为板式换热器，换热系数高，传热效果好，拆装方便。
[0012]
作为上述技术方案的优选，所述二次加热装置为板式换热器或管壳式换热器。
[0013]
综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
[0014]
本实用新型采用超声-热耦合技术，综合利用超声波的空化作用、机械作用，结合换热和蒸汽加热的热作用，相互耦合，提高溶液流动性，降低溶液粘度，超声波空化产生的微射流作用，不断冲刷传热表面，增加流体在传热界面的湍动程度，减小传热边界层厚度，
增加传热系数，被超声波处理和加热后的高钙有机溶液中的碳酸钙晶体均匀，晶型小，不易吸附在金属表面，同时溶液内部二氧化碳随溶液温度的升高和压力的降低而大幅降低，与其他不凝气体一起及时排出，阻断了碳酸钙盐的形成条件，进一步降低了后续浓缩过程结垢的可能，实现了高钙有机溶液浓缩前的阻垢预处理。
附图说明
[0015]
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0016]
图1是本实用新型一种高钙有机溶液浓缩前的超声-热耦合阻垢预处理装置示意图。
[0017]
图中，1、冷凝水存储罐，2、冷凝水存储罐入口，3、原液罐，4、原液罐出口，5、原液输送泵入口，6、原液输送泵，7、原液输送泵出口，8、超声波装置入口，9、超声波装置，10、超声波装置出口，11、一次加热装置冷凝水出口，12、一次加热装置原液入口，13、一次加热装置，14、一次加热装置冷凝水入口，15、一次加热装置原液出口，16、二次加热装置原液入口，17、二次加热装置蒸汽入口，18、二次加热装置，19、二次加热装置冷凝水出口，20、二次加热装置原液出口，21、自动排气装置原液入口，22、自动排气装置原液出口，23、自动排气装置，24、自动排气装置排气口，25、冷凝水暂存罐入口，26、冷凝水暂存罐，27、冷凝水暂存罐出口，28、冷凝水泵入口，29、冷凝水泵，30、冷凝水泵出口，31、管路。
具体实施方式
[0018]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
[0019]
实施例一
[0020]
某市政污泥处置项目采用热水解工艺处置后得到的高钙有机溶液理化指标如下：
[0021][0022]
如图1所示，一种高钙有机溶液浓缩前的超声-热耦合阻垢预处理装置由原液罐3、原液输送泵6、超声波装置9、冷凝水泵29、冷凝水暂存罐26、自动排气装置23、二次加热装置18、一次加热装置13、管路31、冷凝水存储罐1组成。原液罐3上装有原液罐出口4，一次加热装置13上装有一次加热装置原液入口12、一次加热装置原液出口15、一次加热装置冷凝水入口14和一次加热装置冷凝水出口11，二次加热装置18上装有二次加热装置原液入口16、二次加热装置原液出口20、二次加热装置蒸汽入口17和二次加热装置冷凝水出口19，自动排气装置23上装有自动排气装置原液入口21、自动排气装置原液出口22和自动排气装置排气口24，冷凝水暂存罐26上装有冷凝水暂存罐入口25和冷凝水暂存罐出口27，冷凝水存储罐1上装有冷凝水存储罐入口2。
[0023]
原液罐出口4通过管路31与原液输送泵入口5相连，原液输送泵出口7通过管路31与超声波装置入口8相连，超声波装置出口10通过管路31与一次加热装置原液入口12相连，
一次加热装置原液出口15通过管路31与二次加热装置原液入口16相连，二次加热装置原液出口20通过管路31与自动排气装置原液入口21相连，二次加热装置冷凝水出口19通过管路31与冷凝水暂存罐入口25相连，冷凝水暂存罐出口27通过管路31与冷凝水泵入口28相连，冷凝水泵出口30通过管路31与一次加热装置冷凝水入口14相连，一次加热装置冷凝水出口11通过管路31与冷凝水存储罐入口2相连。
[0024]
所述管路31上装有仪表、阀门。
[0025]
待浓缩的高钙有机溶液暂存在原液罐2中，由原液输送泵6通过管路31输送至超声波装置9，超声波频率为20khz，功率为2000w。经超声波处理后的高钙有机溶液经管路31输送至一次加热装置原液入口12，在一次加热装置13内吸收热量，温度由20℃升高到70℃后由一次加热装置原液出口15排出，然后通过管路31输送至二次加热装置原液入口16，再次被加热，温度由70℃升高至85℃后由二次加热装置原液出口20排出，经管路31输送至自动排气装置原液入口21，原液内富集的二氧化碳及其他不凝气体通过自动排气装置排气口24排出，原液通过自动排气装置原液出口22排出，完成浓缩前的阻垢预处理后由管路31输送至下一步浓缩处理。蒸汽通过二次加热装置蒸汽入口17进入二次加热装置18，与二次加热装置18内的原液进行换热，放出热量变为冷凝水由二次加热装置冷凝水出口19排出，通过管路31输送至冷凝水暂存罐26内，然后经冷凝水暂存罐出口27进入管路31，由冷凝水泵29通过管路31输送至一次加热装置冷凝水入口14，在一次加热装置13内与原液进行换热，放出热量后由一次加热装置冷凝水出口11排出至冷凝水存储罐1内储存，可作为回用水再利用。
[0026]
所述一次加热装置13为板式换热器。
[0027]
所述二次加热装置18为板式换热器。
[0028]
经过上述处理，该高钙有机溶液在后续mvr浓缩工艺，浓度由3.5%浓缩到45%，装置连续运行3个月，换热设备换热效率未降低，阻垢效果明显。
[0029]
实施例二
[0030]
某粮食加工企业污泥处置项目采用热水解工艺处置后得到的溶液理化指标如下：
[0031][0032]
如图1所示，一种高钙有机溶液浓缩前的超声-热耦合阻垢预处理装置由原液罐3、原液输送泵6、超声波装置9、冷凝水泵29、冷凝水暂存罐26、自动排气装置23、二次加热装置18、一次加热装置13、管路31、冷凝水存储罐1组成。原液罐3上装有原液罐出口4，一次加热装置13上装有一次加热装置原液入口12、一次加热装置原液出口15、一次加热装置冷凝水入口14和一次加热装置冷凝水出口11，二次加热装置18上装有二次加热装置原液入口16、二次加热装置原液出口20、二次加热装置蒸汽入口17和二次加热装置冷凝水出口19，自动排气装置23上装有自动排气装置原液入口21、自动排气装置原液出口22和自动排气装置排气口24，冷凝水暂存罐26上装有冷凝水暂存罐入口25和冷凝水暂存罐出口27，冷凝水存储罐1上装有冷凝水存储罐入口2。
[0033]
原液罐出口4通过管路31与原液输送泵入口5相连，原液输送泵出口7通过管路31与超声波装置入口8相连，超声波装置出口10通过管路31与一次加热装置原液入口12相连，
一次加热装置原液出口15通过管路31与二次加热装置原液入口16相连，二次加热装置原液出口20通过管路31与自动排气装置原液入口21相连，二次加热装置冷凝水出口19通过管路31与冷凝水暂存罐入口25相连，冷凝水暂存罐出口27通过管路31与冷凝水泵入口28相连，冷凝水泵出口30通过管路31与一次加热装置冷凝水入口14相连，一次加热装置冷凝水出口11通过管路31与冷凝水存储罐入口2相连。
[0034]
所述管路31上装有仪表、阀门。
[0035]
待浓缩的高钙有机溶液暂存在原液罐2中，由原液输送泵6通过管路31输送至超声波装置9，超声波频率为20khz，功率为1500w。经超声波处理后的高钙有机溶液经管路31输送至一次加热装置原液入口12，在一次加热装置13内吸收热量，温度由25℃升高到72℃后由一次加热装置原液出口15排出，然后通过管路31输送至二次加热装置原液入口16，再次被加热，温度由72℃升高至85℃后由二次加热装置原液出口20排出，经管路31输送至自动排气装置原液入口21，原液内富集的二氧化碳及其他不凝气体通过自动排气装置排气口24排出，原液通过自动排气装置原液出口22排出，完成浓缩前的阻垢预处理后由管路31输送至下一步浓缩处理。蒸汽通过二次加热装置蒸汽入口17进入二次加热装置18，与二次加热装置18内的原液进行换热，放出热量变为冷凝水由二次加热装置冷凝水出口19排出，通过管路31输送至冷凝水暂存罐26内，然后经冷凝水暂存罐出口27进入管路31，由冷凝水泵29通过管路31输送至一次加热装置冷凝水入口14，在一次加热装置13内与原液进行换热，放出热量后由一次加热装置冷凝水出口11排出至冷凝水存储罐1内储存，可作为回用水再利用。
[0036]
所述一次加热装置13为板式换热器。
[0037]
所述二次加热装置18为板式换热器。
[0038]
经过上述处理，该高钙有机溶液在后续mvr浓缩工艺，浓度由2.5%浓缩到40%，装置连续运行3个月， 换热设备换热效率未降低，阻垢效果明显。
[0039]
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。