一种强化换热的防垢装置及方法
阅读说明：本技术 一种强化换热的防垢装置及方法 (Heat exchange enhancement type anti-scaling device and method ) 是由 李帅旗 张建军 冯自平 于 2021-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种强化换热的防垢装置及方法,该装置包括蒸发支路,蒸发支路包括依次连接的储液罐、预热器、引垢器、蒸发器以及分离罐；分离罐的底部通过管道与出料液储存罐连接,分离罐的底部依次通过管道和强制循环泵接入蒸发器。本发明的有益效果是：通过在蒸发器前增加一个引垢器,将废水中碳酸钙垢集中结在引垢器内部,防止盐垢在蒸发过程中结在蒸发器上,降低蒸发器的结垢量,保证蒸发器的蒸发效果,令系统可连续运行。(The invention discloses a heat exchange-enhanced antiscaling device and a heat exchange-enhanced antiscaling method, wherein the device comprises an evaporation branch, and the evaporation branch comprises a liquid storage tank, a preheater, a scale guiding device, an evaporator and a separation tank which are sequentially connected; the bottom of the separation tank is connected with a discharge liquid storage tank through a pipeline, and the bottom of the separation tank is connected with an evaporator through a pipeline and a forced circulation pump in sequence. The invention has the beneficial effects that: through increase one and draw the dirty ware before the evaporimeter, concentrate calcium carbonate dirt in waste water inside drawing the dirty ware, prevent that the salt dirt from ending on the evaporimeter in the evaporation process, reduce the scale deposit volume of evaporimeter, guarantee the evaporation effect of evaporimeter, but make system continuous operation.)
技术领域
本发明涉及蒸发浓缩
技术领域
，尤其涉及一种强化换热的防垢装置及方法。背景技术
高盐废水通常指含有机物和至少总溶解固体(TDS)的质量分数大于3.5％的废水，这类废水中，除了含有有机污染物，还含有大量可溶性的无机盐，如Cl-、Na+、SO42-、Ca2+等。高盐废水主要来源于化工产品生产行业、煤化工行业、印染行业等，且总量巨大，废水中高浓度盐及其他有害物会对土壤、地表水、地下水造成严重破坏。因此，研究开发处理高盐废水的技术方法十分必要。
机械蒸汽再压缩热泵(MechanicalVaporRecompression,MVR)技术是先进的蒸发浓缩技术，该技术利用蒸汽压缩机，仅消耗少量的启动蒸汽和电能，便可将工业蒸发过程中回收的二次蒸汽升温、升压后返回到蒸发器中重新利用，从而最大限度的利用了二次蒸汽中的余热。与传统蒸发技术相比，节能率高达70％和40％以上，并且不消耗循环水，节约水资源。目前，MVR在废水处理方面应用方面取得了一定的成绩，但是在应用于高盐工业废水处理领域时，由于溶液中含有大量的Ca、Mg、CO32-等垢离子，随着蒸发进行，在蒸发器表面沉淀形成垢而造成换热器热阻大、管路堵塞以及停机频繁等问题，严重影响系统运行效率。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种强化换热的防垢装置及方法，主要解决高盐废水在蒸发过程中于蒸发器表面沉淀形成盐垢的问题。
为解决上述技术问题，本发明第一方面提出一种强化换热的防垢装置，包括蒸发支路，所述蒸发支路包括依次连接的储液罐、预热器、引垢器、蒸发器以及分离罐；所述分离罐的底部通过管道与出料液储存罐连接，所述分离罐的底部依次通过管道和强制循环泵接入所述蒸发器。
在一些实施方式中，所述分离罐的顶部通过管道与压缩机的输入端连接，所述压缩机的输出端接入所述蒸发器的热介质通道的其中一端，所述蒸发器的热介质通道的另一端接入冷凝罐。
在一些实施方式中，所述冷凝罐的输出端通过管道接入所述预热器的热介质通道。
在一些实施方式中，所述压缩机的输出端还接入所述引垢器的热介质通道的其中一端，所述引垢器的热介质通道的另一端分别接入所述冷凝罐与所述压缩机的输入端。
在一些实施方式中，还包括蒸汽发生装置，所述蒸汽发生装置的输出端接入所述压缩机的输入端。
在一些实施方式中，所述预热器为板式换热器。
在一些实施方式中，所述引垢器内设有搅拌片，所述搅拌片可拆卸，所述引垢器的冷介质通道出口安装过滤网。
在一些实施方式中，所述分离罐为立式圆柱型分离罐，所述分离罐的顶部设有泡沫拦截网。
在一些实施方式中，还包括不凝汽换热器，所述冷凝罐的输出端与所述不凝汽换热器的热介质通道的其中一端连接，所述不凝汽换热器的热介质通道的另一端与水环真空泵连接，所述不凝汽换热器的冷介质通道接入循环水支路。
本发明第二方面提出一种强化换热的防垢方法，废水经过预热器后，将所述废水加热至60-70℃，所述废水经管道流到引垢器被加热至70-90℃，并将所述废水的pH值调节为9-12，加入碳酸钠量为5-30mg/L，然后将所述废水引进蒸发器蒸发，最后经管道进入到分离罐，若所述分离罐中的蒸发浓缩液达到预设浓缩要求，所述蒸发浓缩液从所述分离罐底下流出，若所述蒸发浓缩液未到达所述预设浓缩要求，所述蒸发浓缩液经强制循环泵回到所述蒸发器进行加热蒸发。
本发明的有益效果为：通过在蒸发器前增加一个引垢器，将废水中碳酸钙垢集中结在引垢器内部，防止盐垢在蒸发过程中结在蒸发器上，降低蒸发器的结垢量，保证蒸发器的蒸发效果，令系统可连续运行。再有，引垢器的操作简单，只需调节温度以及pH值，不增加额外的大功率能耗，节能环保。
附图说明
图1为本发明实施例一公开的强化换热的防垢装置的示意图；
其中：1-储液罐，2-预热器，3-引垢器，4-蒸发器，5-分离罐，6-压缩机，7-出料液储存罐，8-强制循环泵，9-冷凝罐，10-不凝汽换热器，11-水环真空泵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例一
图1所示,本实施例提出了一种强化换热的防垢装置，包括蒸发支路，蒸发支路包括依次连接的储液罐1、预热器2、引垢器3、蒸发器4以及分离罐5；分离罐5的底部通过管道与出料液储存罐7连接，分离罐5的底部依次通过管道和强制循环泵8接入蒸发器4。
本实施例中，在蒸发器4前增加一个引垢器3，将废水中碳酸钙垢集中结在引垢器3内部，防止盐垢在蒸发过程中结在蒸发器4上，降低蒸发器4的结垢量，保证蒸发器4的蒸发效果，令系统可连续运行。再有，引垢器3的操作简单，只需调节温度以及pH值，不增加额外的大功率能耗，节能环保。
为了进一步利用分离罐5中的水蒸气的热量，在本实施例中，优选的，分离罐5的顶部通过管道与压缩机6的输入端连接，压缩机6的输出端接入蒸发器4的热介质通道的其中一端，蒸发器4的热介质通道的另一端接入冷凝罐9。将分离罐5中的水蒸气从分离罐5的顶部引出，这部分蒸气可进入到压缩机6内作为冷媒被压缩，随后输出高温高压的蒸汽热源，作为蒸发器4的热源，与蒸发器4内的废水进行热交换后，形成冷凝水进入到冷凝罐9。
为了进一步利用冷凝罐9中液态水的热量，在本实施例中，冷凝罐9的输出端通过管道接入预热器2的热介质通道。冷凝罐9中存储的液态水作为预热器2的热源输入，从而加热预热器2中的废水。
更优的，压缩机6的输出端还接入引垢器3的热介质通道的其中一端，引垢器3的热介质通道的另一端分别接入冷凝罐9与压缩机6的输入端。引垢器3为夹套式结构，夹套(即引垢器3的热介质通道)内由蒸汽热源加热，该蒸汽热源为分离罐5产生的蒸汽经压缩机6机械压缩后的蒸汽。在本实施例中，从压缩机6出来的另一部分蒸汽则通过引垢器3夹层加热引垢器中液体，被换热后的蒸汽部分仍是气体状态，则回到压缩机6，部分冷凝成液体则流入冷凝罐9。
还包括蒸汽发生装置(图中未示)，蒸汽发生装置的输出端接入压缩机6的输入端。因此可以得知，本实施例所提出的压缩机6具有三个输入，两个输出，三个输入分别为分离罐5、蒸汽发生装置以及引垢器3，两个输出分别为引垢器3以及蒸发器4。
具体的，预热器2为板式换热器。
具体的，上述的蒸发器4为升膜蒸发器、降膜蒸发器或板式蒸发器中的任一种。
具体的，上述的压缩机6为离心式压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、罗茨式压缩机中的一种。
引垢器3内设有搅拌片(图中未示)，搅拌片表面为凹凸不平的粗糙表面，搅拌片的数量设置为2-10为宜，搅拌片可拆卸，引垢器3的冷介质通道出口安装过滤网。引垢器3中的搅拌挡板可灵活拆卸，可重复利用，并且引垢器3的出口带有过滤网，可拦截引垢器中的碳酸钙垢沉淀。
分离罐5为立式圆柱型分离罐，分离罐5的顶部设有泡沫拦截网。
还包括不凝汽换热器10，冷凝罐9的输出端与不凝汽换热器10的热介质通道的其中一端连接，不凝汽换热器10的热介质通道的另一端与水环真空泵11连接，不凝汽换热器10的冷介质通道接入循环水支路。在本实施方式中，上述蒸发器4的蒸发过程是在一定真空度下进行，操作绝对压力范围为30-60kPa。
实施例二
一种强化换热的防垢方法，废水经过预热器2后，将废水加热至60-70℃，废水经管道流到引垢器3被加热至70-90℃，并将废水的pH值调节为9-12，加入碳酸钠量为5-30mg/L，然后将废水引进蒸发器4蒸发，最后经管道进入到分离罐5，若分离罐5中的蒸发浓缩液达到预设浓缩要求，蒸发浓缩液从分离罐5底下流出，若蒸发浓缩液未到达预设浓缩要求，蒸发浓缩液经强制循环泵8回到蒸发器4进行加热蒸发。
废水蒸发的水蒸汽从分离罐5上部流经压缩机6，经压缩机6再压缩后，变成高温高压气体，部分流经蒸发器4，与经过预热后的废水进行热交换后，形成冷凝水进入到冷凝罐9，冷凝水再通过水泵抽至预热器2，与废水进行热交换，使得冷凝水温度降到30-40℃，外排；另一部分从压缩机6出来的蒸汽则通过引垢器3夹层加热引垢器中液体，被换热后的蒸汽部分仍是气体状态，则回到压缩机6，部分冷凝成液体则流入冷凝罐9。通过引垢器3中的温度、pH值、碳酸根离子的调节，将废水中碳酸钙垢集中结在引垢器3中，减少主蒸发器中垢离子的量，从而降低其结垢量。
以下提供一组运行工况：开启水环真空泵11抽气，使得系统绝对压力维持在70kPa，高盐废水从储液罐1，通过进料泵抽至预热器2，与冷凝水换热，温度升到70℃，然后再进入到夹套式的引垢器3，调节水蒸汽的量，使得预热后的废水与水蒸汽换热后，温度保持在80℃，调节pH值为10，并按照浓度为30mg/L加入碳酸钠，调节搅拌速度为200r/min。废水从引垢器3过滤出口进入到蒸发器4，与水蒸汽换热后，温度升到85℃，再进入到分离罐5，气液分离。液体达到浓缩要求，从底下排出，达不到要求则经管路，由强制循环泵8再输送至蒸发器4蒸发。分离的气体从分离罐5上部进入到压缩机6，经过机械压缩后，变成105℃高压气体，部分气体流经蒸发器4，与废水换热后，进入到冷凝罐9，形成105℃冷凝水，冷凝水流经预热器2，与废水换热后，形成35℃水，外排。压缩后的部分蒸汽流经引垢器3，与引垢器3中的液体换热后，形成95℃气液混合物，气体重新回到压缩机6，液体则在流至冷凝罐9中。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。