隨著我國城市化、工業化進程的加速，全國廢水的排放量也逐年增加，導致自然水體不斷惡化，水資源污染形勢十分嚴峻，全國廢水排放總量持續較快增長，全國廢水處理率仍較低，現有的廢水處理系統占地面積大、能耗高、造價高，很難滿足目前處理廢水的需要。

本文介紹一種真空低溫蒸發分離裝置，進料管道與原水預熱換熱器連接，原水預熱換熱器與真空低溫鍋爐蒸發器連接，真空低溫鍋爐蒸發器經熱水循環泵與蒸汽焓熱釋放交換器連接，蒸汽焓熱釋放交換器經原水預熱換熱器與冷水盤管熱交換罐連接，冷水盤管熱交換罐連接至冷凝水出水管。采用本發明的技術方案進行的除污水等工藝具有能耗低，不需要另外消耗蒸汽，也不用另外使用冷卻循環系統，不添加化學藥劑，固產生的固體污泥較少，設備結構緊湊，占地面積小，廢水處理達到零排放等優點。

權利要求書

　　1.一種真空低溫蒸發分離裝置，其特征在于，進料管道與原水預熱換熱器連接，原水預熱換熱器與真空低溫鍋爐蒸發器連接，真空低溫鍋爐蒸發器經熱水循環泵與蒸汽焓熱釋放交換器連接，蒸汽焓熱釋放交換器經原水預熱換熱器與冷水盤管熱交換罐連接，冷水盤管熱交換罐連接至冷凝水出水管。

　　2.權利要求1所述的真空低溫蒸發分離裝置，其特征在于，真空低溫鍋爐蒸發器經汽水分離真空器與蒸汽焓熱釋放交換器，所述的真空低溫鍋爐蒸發器至汽水分離真空器的管道間設置有平板陶瓷過濾膜，汽水分離真空器至蒸汽焓熱釋放交換器的管道上設置有真空泵及膨脹管。

　　3.權利要求1所述的真空低溫蒸發分離裝置，其特征在于，冷水盤管熱交換罐底部經風能熱泵與真空低溫鍋爐蒸發器連接，真空低溫鍋爐蒸發器底部經管線連接至濃縮液出口。

　　4.權利要求1所述的真空低溫蒸發分離裝置，其特征在于，進料管道與原水預熱換熱器的連接管道上設置有電子阻垢系統，原水預熱換熱器至真空低溫鍋爐蒸發器的連接管道上設置有調節閥。

　　5.權利要求1所述的真空低溫蒸發分離裝置，其特征在于，蒸汽焓熱釋放交換器至原水預熱換熱器的連接管線上設置有調節閥及輸水閥。

　　6.采用權利要求1-5任一項所述的真空低溫蒸發分離裝置進行的污水處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

　　(1)廢水進入收集箱，調pH成中性后經原水泵泵入電子阻垢系統，除去易結垢的雜質;

　　(2)經除垢后的廢水流入熱交換系統，廢水與產水流出的熱水進行熱交換，產水由沸騰狀態降溫至50-55℃，廢水加熱到50-55℃;

　　(3)經預熱后的廢水進入真空低溫鍋爐蒸發器，將該系統溫度控制在83-85℃，系統真空度控制為30-50KPA，廢水中水成氣體蒸發出去，留下來的濃縮液超到離子的溶解度后析晶成固體，經刮泥系統和排污泵排至離心式脫泥機形成固體污泥;

　　(4)廢水經真空低溫鍋爐蒸發器進入熱水循環泵，流入蒸汽焓熱釋放交換器，廢水在蒸汽焓熱釋放交換器中吸收蒸汽冷凝成水釋放的焓熱，將蒸汽冷凝成水釋放的焓熱吸收，再回流至真空鍋爐蒸發器，與之連接成一個反應容器;

　　(5)廢水蒸發成的水蒸汽在汽水分離真空器中進行汽水分離，采用平板陶瓷膜隔離污漬，多層分離層去除水分;

　　(6)一部分蒸汽通過真空系統的壓縮機將蒸汽輸送到正壓系統，經膨脹，冷凝，將水蒸氣轉變成冷凝水，為焓熱交換系統釋放焓熱供給系統吸熱;

　　(7)另一部分進入焓熱交換系統的管殼，廢水循環走焓熱交換系統的列管，在該系統中，蒸汽由100℃變為85-90℃的水釋放焓熱，熱水在83℃吸收焓熱并蒸發成水蒸汽進入到真空鍋爐蒸發器;

　　(8)85-90℃的冷凝水經疏水閥、熱交換系統，與廢水原水進水進行熱交換降溫至50-55℃，50-55℃的潔凈冷凝水進入冰水缸中進一步降溫，通過冰水缸中的冷盤管將水體將至20℃的冷凝水，即可完成污水的處理。

　　7.根據權利要求6所述的污水處理方法，其特征在于，步驟(3)中廢水在真空低溫鍋爐蒸發器蒸發成83℃的水蒸汽。

　　8.根據權利要求6所述的污水處理方法，其特征在于，步驟(4)中在焓熱交換系統蒸汽由100℃變為冷凝水，并降溫至85-90℃，廢水在不停汽化吸熱的同時保持溫度在80-85℃，再回流至真空鍋爐蒸發器，與之連接成一個反應容器。

　　說明書

　　一種真空低溫蒸發http://www.sohuzt.cn/分離裝置及污水處理方法

　　技術領域

　　本發明的技術方案提供一種蒸發分離設備，具體涉及真空及低溫條件下的蒸發分離設備。

　　背景技術

　　現階段，做蒸發設備的類別主要是蒸汽加熱蒸發設備，以及三效蒸發器兩大類。如CN 207324104 U中的一種新型蒸汽加熱式氨水蒸發器，包括密封殼體及同軸列管，同軸列管豎直設置在密封殼體內部，同軸列管包括：同軸列管外管及同軸列管內管，同軸列管內管豎直設置在同軸列管外管內部，同軸列管外管頂端密封，同軸列管內管頂端中空，同軸列管內管低于同軸列管外管設置;同軸列管外管底端與密封殼體連接，同軸列管內管底端與密封殼體連接，同軸列管外管外壁與密封殼體內壁形成氨水蒸發腔室，同軸列管內管外壁與同軸列管外管內壁及密封殼體內壁形成蒸汽冷凝水腔室，同軸列管內管內壁與密封殼體內壁形成蒸汽腔室，密封殼體頂端設有蒸發器輸出口，氨水蒸發腔室側壁設有液氨入口，蒸汽冷凝水腔室側壁設有冷凝水出口，蒸汽腔室側壁設有蒸汽入口。

　　以及CN 107970628 A中的三效降膜低溫真空濃縮機，第一降膜蒸發器的上端連接有蒸汽進口管，第一降膜蒸發器的下端連接有第一冷凝水回收系統，所述原料罐與第一料液循環泵連接，第一循環泵通過板式換熱器與轉子流量計連接，所述轉子流量計的出口端與第一降膜蒸發器進口端連接，第一降膜蒸發器的出口端分別與第二料液循環泵和第一氣液分離器的進口端連接，第一氣液分離器的出口端與第二降膜蒸發器的進口端連接，所述第二料液循環泵的出口端分別與第一降膜蒸發器和第二降膜蒸發器的進口端連接，第二降膜蒸發器的出口端分別與第三料液循環泵和第二氣液分離器的進口端連接，第二氣液分離器的出口端與第三降膜蒸發器的進口端連接，所述第三料液循環泵的出口端分別與第二降膜蒸發器和第三降膜蒸發器的進口端連接，第三降膜蒸發器的出口端分別與第四料液循環泵和第三氣液分離器的進口端連接，第三氣液分離器的出口端與冷凝器連接，所述第四料液循環泵的出口端分別與第三降膜蒸發器的進口端、濃縮液利用系統和回收罐連接，所述回收罐與第一料液循環泵的進口端連接。

　　上述兩大類設備的主要缺點為能耗巨大，設備處理量小。無法滿足超大型工業化的應用。

　　發明內容

　　基于上述問題，本發明的技術方案提供一種真空低溫蒸發分離裝置，其特征在于，進料管道與原水預熱換熱器連接，原水預熱換熱器與真空低溫鍋爐蒸發器連接，真空低溫鍋爐蒸發器經熱水循環泵與蒸汽焓熱釋放交換器連接，蒸汽焓熱釋放交換器經原水預熱換熱器與冷水盤管熱交換罐連接，冷水盤管熱交換罐連接至冷凝水出水管。

　　所述的真空低溫鍋爐蒸發器經汽水分離真空器與蒸汽焓熱釋放交換器，所述的真空低溫鍋爐蒸發器至汽水分離真空器的管道間設置有平板陶瓷過濾膜，汽水分離真空器至蒸汽焓熱釋放交換器的管道上設置有真空泵及膨脹管。

　　所述的冷水盤管熱交換罐底部經風能熱泵與真空低溫鍋爐蒸發器連接，真空低溫鍋爐蒸發器底部經管線連接至濃縮液出口。

　　所述的進料管道與原水預熱換熱器的連接管道上設置有阻垢儀，原水預熱換熱器至真空低溫鍋爐蒸發器的連接管道上設置有調節閥。

　　所述的蒸汽焓熱釋放交換器至原水預熱換熱器的連接管線上設置有調節閥及輸水閥。

　　每個部件具有如下作用：

　　原水箱：

　　水量供給，原水首先流入原水箱。原水箱對原水的供給起到緩沖作用，協調原水的供給量與原水泵的輸入量。當原水的供應量超過原水泵的輸水量時，原水池水滿，通過原水池的液位控制使用原水供給停止。當原水供應量小于原水泵的輸水量時，原水池空，原水泵停止運行，起到保護原水泵的作用。

　　原水泵：

　　本系統配置一臺輕型臥式單級離心泵，用于對原水加壓，為預處理系統提供動力源;輕型臥式多級離心泵采用了免修機械密封。泵的過流部件均采用不銹鋼材料(304)制成，具有低噪音，耐輕腐蝕，外形美觀、體積小、重量輕、使用壽命長等特點。

　　電子阻垢器：

　　利用電子高頻激化的原理將原水活化，起到阻垢及殺菌的效果，充分保證原水熱交換器在換熱時不結垢影響工作效率、如廢水含固體物較多，可加用袋式過濾器粗略除去水中可見雜志，可以去除水中的泥沙、毛發、鐵銹、紅蟲、藻類、一些金屬物質、各種懸浮物等固體物質，系統設置的一臺袋式過濾器及阻垢器，其正常運行參數如下：平均流速速度為10T/H,壓力為2kg/㎡左右。

　　原水預熱熱交換器：

　　功能說明：原水進水為常溫25度水，冷凝水出水溫度約為90度，通過熱交換的方式將原水升溫至60度左右，熱水降至60度。大大節能原水預熱的耗能。其最大難點是污水容易結垢的問題。故我司前置配置新型高效電子阻垢器，保證熱交換的效率。

　　進水調節閥

　　進水調節閥與出水調節閥是控制增發器及冷凝器壓力的核心部件，故我司采用霍尼韋爾的控制執行器，配合程控PLC程序模塊，起到穩定真空及冷凝壓力的作用。真空低溫鍋爐蒸發器

　　真空低溫鍋爐蒸發器由真空低溫蒸發鍋爐、半圓隔層加熱器、刮泥裝置、壓力容器、以及相應的儀器、儀表、閥門、機架、管道及管件等組成。該系統原理是壓強與水沸點的關系，

　　經我司長期對比研究，取真空度40-50%(50kP-60kP)，對應沸點為81-86度。為該系統綜合效益最好的區間點。固我司控制點設置83度，并根據不同水體進行調節。廢水會在真空低溫蒸發鍋爐將水蒸發成83度的水蒸汽。水的沸點與真空度的關系圖如圖3所示。

　　半圓隔層加熱器通過熱泵技術對鍋爐進行輔熱升溫，其主要熱源來自后段水蒸氣冷凝成水焓熱的釋放，其焓熱在蒸發及冷凝正好等同，故輔熱設計不要太高，我司配備10P超高溫熱泵系統，產生功率約25KWH。

　　熱水循環泵：

　　本系統因在同一真空條件下循環，故配置一臺特種熱水專用泵，其主要滿足耐腐蝕性及耐溫性。泵的過流部件均采用不銹鋼材料(304)制成，具有低噪音，耐輕腐蝕，外形美觀、體積小、重量輕、使用壽命長等特點。改系統由泵閥及管路組成，為熱水系統蒸汽冷凝釋放焓熱熱交換系統提供動力。

　　蒸汽焓熱釋放交換器：

　　該系統采用加大型列管式換熱器，熱水走中間列管。在真空負壓及循環泵的強制推動作用下，形成湍流及霧化效應，在形成很好的熱交換效應時，同時對列管式交換器管壁產生自潔效應，從而保證焓熱釋放的良好交換性能。

　　汽水分離真空器：

　　該系統采用多隔層結構起到氣體進一步膨脹及汽水分離的作用。該系統對蒸汽的穩定性起到至關重要作用，并在入口處首次采用平板陶瓷膜，用于分離蒸汽上升帶動的污水雜質。

　　真空泵組：該系統為2噸每小時處理量。根據真空壓力下蒸汽溫度與密度的關系，如表1所示。

　　水蒸氣飽和蒸汽壓

　　故在83度時，蒸汽密度約為0.33KG/M3.故設計抽氣量應大于6000M3/H，并保證真空度50%。后段壓縮在0.1MP壓力，保證蒸汽液化的壓力。固我司采用改進型羅茨蒸汽壓縮機代替傳統水環真空泵及羅茨真空泵。因功率及運轉較大，故采用變頻控制方式。

　　蒸汽冷凝系統：蒸汽通過真空系統的壓縮機將蒸汽輸送到正壓系統，系統通過單向閥，膨脹管，冷凝管的互相協調作用下，將水蒸氣冷凝成85度的水，并釋放焓熱供給前段系統吸熱。達到熱能轉換的作用，末端經過疏水閥的作用出去的只能是水，充分釋放水蒸氣的焓熱。

　　冷水盤管熱交換罐：出水熱水在經過熱交換板換給原水換熱后仍有50度左右，經過熱交換罐進一步冷卻至常溫水。而冷水盤管將這部分熱通過熱泵提供給蒸發器加熱。起到最大的節能效果

　　熱泵系統：通過最新熱泵技術將熱水冷卻的熱量加熱帶至蒸發器加熱，風能熱泵原理高能效為系統供熱。

　　電氣系統：采用西門子smart系列及霍尼韋爾傳感器，給該系統給予最完善的智能控制系統。

　　本方案總控制為自動化，采用進口西門子smart系列三菱等電器組件。實現水處理自動化是提高企業管理水平，減輕操作人員勞動強度，方便操作管理，保證水處理質量、節約能耗、降低生產成本的重要措施。水處理的自動化控制PLC系統主要根據液位、流量、壓力等信號通過來控制泵及閥的運行狀態。

　　在了解了本申請的上述工藝的情況下，所述的真空低溫蒸發分離裝置進行的污水處理方法，包括如下步驟：

　　(1)廢水進入收集箱，調pH成中性后經原水泵泵入電子阻垢系統，除去易結垢的雜質;

　　(2)經除垢后的廢水流入熱交換系統，廢水與產水流出的熱水進行熱交換，產水由沸騰狀態降溫至50-55℃，廢水加熱到50-55℃;

　　(3)經預熱后的廢水進入真空低溫鍋爐蒸發器，將該系統溫度控制在83-85℃，系統真空度控制為30-50KPA，廢水在真空低溫鍋爐蒸發器蒸發成83℃的水蒸汽，廢水中水成氣體蒸發出去，留下來的濃縮液超到離子的溶解度后析晶成固體，經刮泥系統和排污泵排至離心式脫泥機形成固體污泥;

　　(4)廢水經真空低溫鍋爐蒸發器進入熱水循環泵，流入蒸汽焓熱釋放交換器，在焓熱交換系統蒸汽由100℃變為冷凝水，并降溫至85-90℃，廢水在蒸汽焓熱釋放交換器中吸收蒸汽冷凝成水釋放的焓熱，將蒸汽冷凝成水釋放的焓熱吸收，廢水在不停汽化吸熱的同時保持溫度在80-85℃，再回流至真空鍋爐蒸發器，與之連接成一個反應容器;

　　(5)廢水蒸發成的水蒸汽在汽水分離真空器中進行汽水分離，采用平板陶瓷膜隔離污漬，多層分離層去除水分;

　　(6)一部分蒸汽通過真空系統的壓縮機將蒸汽輸送到正壓系統，經膨脹，冷凝，將水蒸氣轉變成冷凝水，為焓熱交換系統釋放焓熱供給系統吸熱;

　　(7)另一部分進入焓熱交換系統的管殼，廢水循環走焓熱交換系統的列管，在該系統中，蒸汽由100℃變為85-90℃的水釋放焓熱，熱水在83℃吸收焓熱并蒸發成水蒸汽進入到真空鍋爐蒸發器;

　　(8)85-90℃的冷凝水經疏水閥、熱交換系統，與廢水原水進水進行熱交換降溫至50-55℃，50-55℃的潔凈冷凝水進入冰水缸中進一步降溫，通過冰水缸中的冷盤管將水體將至20℃的冷凝水，即可完成污水的處理。

　　本發明的技術方案具有如下有益效果：

　　1、真空泵選型、因該系統真空泵為核心組件，傳統真空泵通常為水環真空泵和羅茨真空泵，水環真空泵的使用溫度不能超過60度，固在其他廠家蒸發設備在水環前段用冷卻降溫(如圖1)這樣大大加大了加熱的能耗，羅茨真空泵的使用溫度可以達到，缺點在運行壓差小(最大0.01mpa)低溫真空蒸發的核心技術為在低溫83度蒸發(吸收焓熱)，在100度冷凝(釋放焓熱)。此條件的壓差為0.05MPa。固傳統的羅茨也無法使用，隨著蒸汽加壓設備及冷凝水回收設備的普及，在羅茨的基礎上改進的蒸汽壓縮機(山東伯仲，宜興富義)都能達到要求，本發明的技術方案把這類蒸汽壓縮機引用到本申請的設備，根據不同的工藝及能耗設計可采用兩臺并聯之方式，突破了這一難點。

　　2、能耗的降低：傳統的蒸發設備因為水由液體變為蒸汽有焓熱的吸收。1kg水(25度)加熱到100度水需要熱量75KCAL。而100度熱水全部轉變成蒸汽需要焓熱的加熱熱量為539.4KCAL.固傳統蒸發設備處理量小，能耗大一直無法攻克。我司采用前段真空低溫蒸發，后端壓縮機增壓的方式，拉大壓差，壓力與溫度的正比關系產生至少17度的溫差，此溫差決定了焓值回用率的關鍵。再根據本申請的設備結構的設計，盡可能的減小溫差點的距離，最終本發明的設備的焓值回用率大于98%。

　　3、風能熱泵的引用：傳統加熱采用電加熱或外接蒸汽熱、在能耗上消耗較大，風能熱泵早期用于風冷空調及空氣能熱水器。因冷媒最高溫度極限為85度。固在此領域無法使用。現新型風能熱泵有高溫型能達到105度，且能效比能到達3.節省了預熱階段及輔助加熱階段的電耗，而且本發明中的加熱方式采用半圓外層夾套加熱方式，大大提高了設備加熱的安全性能，且將出水端的熱量回用到加熱，充分做到節能降耗。目前本申請的設備整體能耗降低到30-60元/噸處理費用。

　　4、設備阻垢：本申請專注阻垢設備用于保證設備的連續性。防止因設備結垢產生故障，在設備構造上也充分考慮結垢為問題，才有管殼走干凈的冷凝水，列管走廢水，并利用喘流沖刷防止換熱部件結垢。

　　5、設備安全性:設備所有壓力部件皆采購有壓力容器資質的廠家設計及制作，設備材質根據不同液體的特性選用316L，及鈦合金部件。

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