本技術(shù)涉及一種節(jié)能熱泵型中溫噴霧蒸發(fā)系統(tǒng)，屬于高濃度難降解廢水領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于高濃度難降解廢水，目前常用處理工藝為熱泵型蒸發(fā)工藝。熱泵型蒸發(fā)技術(shù)可分為單循環(huán)系統(tǒng)與雙循環(huán)系統(tǒng)。
單循環(huán)系統(tǒng)式熱泵蒸發(fā)技術(shù)又稱為MVR蒸發(fā)技術(shù)，其原理為采用水蒸氣壓縮機(jī)將蒸發(fā)產(chǎn)生的二次水蒸氣壓縮為高溫高壓水蒸氣，重新作為熱源繼續(xù)對(duì)母液進(jìn)行蒸發(fā)；其特點(diǎn)是，由于采用單循環(huán)系統(tǒng)，其能耗較低，整體設(shè)備制冷效率COP一般為18-20，能耗約為31-35度電/噸水，該系統(tǒng)一般蒸發(fā)溫度為85℃至110℃，溫度較高，與外界散熱量加大，額外需補(bǔ)充部分生蒸汽，約為15-30kg/噸水，能耗約為3.6-7.2元/噸水；但由于采用換熱管進(jìn)行傳熱，對(duì)易結(jié)垢物料而言，其存在嚴(yán)重的結(jié)垢問題，需要定期停機(jī)清洗，嚴(yán)重時(shí)需拆除設(shè)備人工清洗，運(yùn)行十分不便。
雙循環(huán)熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)類似于空調(diào)機(jī)組，設(shè)有兩套循環(huán)系統(tǒng)，分別為氣態(tài)干燥介質(zhì)循環(huán)和冷媒循環(huán)，其中冷媒循環(huán)過程為熱泵-冷凝器(散熱)-節(jié)流裝置(降壓)-蒸發(fā)器(吸熱)-氣液分離器/凈化器(凈化)-熱泵；氣態(tài)干燥介質(zhì)(通常為空氣或氮?dú)?循環(huán)過程為鼓風(fēng)機(jī)-蒸發(fā)室(通過散熱及水蒸氣分壓差吸收母液水分)-冷卻器(散熱，凝結(jié)水)-加熱器(吸熱，升溫)-凈化器(干燥介質(zhì)凈化)-鼓風(fēng)機(jī)；兩套循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器(冷媒)與冷卻器(干燥介質(zhì))為同一設(shè)備，冷凝器(冷媒)與加熱器(干燥介質(zhì))為同一設(shè)備，實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)中的能量搬運(yùn)，完成蒸發(fā)過程；其特點(diǎn)是，由于干燥介質(zhì)直接與母液接觸進(jìn)行蒸發(fā)，無換熱管，完成不存在結(jié)垢問題，設(shè)備可長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行；但由于氣態(tài)干燥介質(zhì)的比熱容較小，而蒸發(fā)過程中所需大量的汽化熱量均由氣態(tài)干燥介質(zhì)攜帶，必然要求進(jìn)入蒸發(fā)室前的氣態(tài)干燥介質(zhì)溫度較高，導(dǎo)致冷媒壓縮機(jī)出口壓力過高，壓縮機(jī)功率較大；眾所周知，水蒸氣分壓差與溫度差比值(ΔP/ΔT)隨著溫度升高而增大，即提高蒸發(fā)溫度，可降低循環(huán)風(fēng)量，可有效降低能耗；但由于干燥介質(zhì)因需攜帶大量熱量導(dǎo)致溫度較高，而常規(guī)冷媒壓縮機(jī)出口溫度一般不高于70℃，則該系統(tǒng)實(shí)際蒸發(fā)溫度一般較低，為25℃至35℃，此時(shí)的水蒸氣分壓差較低，風(fēng)循環(huán)量較大，鼓風(fēng)機(jī)功率較大，故能耗較高；整體設(shè)備(含鼓風(fēng)機(jī))制冷效率COP一般為1.9-2.0，能耗約為340-360度電/噸水；且氣態(tài)干燥介質(zhì)需同時(shí)提供熱量及水蒸氣分壓差，系統(tǒng)難以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整氣態(tài)干燥介質(zhì)流量，靈活度較低。
以蒸發(fā)量為48kg/h的常規(guī)雙循環(huán)熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)為例，母液溫度及蒸發(fā)溫度為35℃，熱 干風(fēng)溫度為65℃(其露點(diǎn)溫度為25℃)，蒸發(fā)后飽和冷濕風(fēng)溫度為35℃，冷卻后飽和冷濕風(fēng)溫度為25℃，冷媒蒸發(fā)溫度為22℃，冷媒冷凝溫度為68℃，干燥介質(zhì)(空氣)循環(huán)量為3000m3/h，鼓風(fēng)機(jī)功率為4.0KW，冷媒壓縮機(jī)功率為11.5KW，總功率為15.5KW；實(shí)際蒸發(fā)溫度僅為35℃，而熱干風(fēng)溫度高達(dá)65℃，這是由于蒸發(fā)熱量必須由氣態(tài)干燥介質(zhì)攜帶導(dǎo)致的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本技術(shù)提供了一種不存在結(jié)垢問題，設(shè)備可長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行，能耗較低，設(shè)備緊湊、占地小的節(jié)能熱泵型中溫噴霧蒸發(fā)系統(tǒng)。
本技術(shù)所述的節(jié)能熱泵型中溫噴霧蒸發(fā)系統(tǒng)，包括蒸發(fā)分離室、冷凝器、蒸發(fā)器、水冷器、熱泵、軸流鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、節(jié)流裝置、氣液分離器/凈化器；其特征在于：所述的蒸發(fā)分離室的內(nèi)部通過隔板分割成蒸發(fā)室和分離室，蒸發(fā)室和分離室通過隔板頂部與蒸發(fā)分離室之間的熱風(fēng)出口相通；所述的隔板上裝有軸流鼓風(fēng)機(jī)并留有冷風(fēng)進(jìn)口；所述的蒸發(fā)室底部為儲(chǔ)液區(qū)，頂部裝有噴淋系統(tǒng)；所述的蒸發(fā)室的儲(chǔ)液區(qū)經(jīng)由循環(huán)水泵和冷凝器與噴淋系統(tǒng)相連；所述的分離室內(nèi)部由上到下依次置有蒸發(fā)器、水冷器；所述的蒸發(fā)器經(jīng)氣液分離器/凈化器與熱泵進(jìn)氣口相連；所述的熱泵出氣口與冷凝器相連；所述的冷凝器經(jīng)節(jié)流裝置與蒸發(fā)器相連。
上述節(jié)能熱泵型中溫噴霧蒸發(fā)系統(tǒng)，所述的蒸發(fā)室的儲(chǔ)液區(qū)底部與固液分離器相連。
上述的節(jié)能熱泵型中溫噴霧蒸發(fā)系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)噴出的母液蒸發(fā)溫度為50-60℃，在冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置、熱泵、氣液分離器/凈化器內(nèi)流動(dòng)的冷媒蒸發(fā)溫度與冷凝溫度相差8-10℃左右，熱風(fēng)出口處的熱風(fēng)與冷風(fēng)進(jìn)口處的冷風(fēng)溫度相差5-8℃。
上述的節(jié)能熱泵型中溫噴霧蒸發(fā)系統(tǒng)，噴淋系統(tǒng)以噴霧形式噴出母液，霧滴粒徑在2-3mm。
本技術(shù)采用了三循環(huán)熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)，分別為氣態(tài)干燥介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、冷媒循環(huán)系統(tǒng)以及母液循環(huán)系統(tǒng)。其中冷媒循環(huán)過程為熱泵-冷凝器(散熱)-節(jié)流裝置(降壓)-蒸發(fā)器(吸熱)-氣液分離器/凈化器(蒸汽凈化)-熱泵；氣態(tài)干燥介質(zhì)(通常為空氣或氮?dú)?循環(huán)過程為鼓風(fēng)機(jī)-蒸發(fā)室(通過吸熱產(chǎn)生水蒸氣分壓差吸收母液水分)-冷卻器(散熱，凝結(jié)水)-水冷器(進(jìn)一步散熱，凝結(jié)水)-鼓風(fēng)機(jī)；母液循環(huán)過程為蒸發(fā)室儲(chǔ)液區(qū)-水泵-加熱器(吸熱升溫)-蒸發(fā)室噴淋系統(tǒng)(散熱蒸發(fā))-蒸發(fā)室儲(chǔ)液區(qū)，三套循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器(冷媒)與冷卻器(氣態(tài)干燥介質(zhì))為同一設(shè)備，冷凝器(冷媒)與加熱器(母液)為同一設(shè)備，蒸發(fā)室(氣態(tài)干燥介質(zhì))與蒸發(fā)室(母液)為同一設(shè)備(蒸發(fā)室為氣態(tài)干燥介質(zhì)循環(huán)和母 液循環(huán)的共用設(shè)備)，實(shí)現(xiàn)三套系統(tǒng)中的能量搬運(yùn)，完成蒸發(fā)過程。
本技術(shù)一種節(jié)能熱泵型中溫噴霧干燥系統(tǒng)運(yùn)行原理為：通過冷媒循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器從熱飽和濕風(fēng)中吸熱，使得其降溫，水蒸氣得以冷凝成水，形成冷風(fēng)；冷媒循環(huán)系統(tǒng)中的冷凝器將熱量輸出給母液；吸收熱量后的母液與冷風(fēng)接觸，接觸過程中將冷風(fēng)加熱，利用風(fēng)的飽和水蒸氣分壓差從母液中吸收水分，形成熱飽和濕風(fēng)，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)過程。
本技術(shù)系統(tǒng)特點(diǎn)有：
1、由于干燥介質(zhì)直接與母液接觸進(jìn)行蒸發(fā)，無換熱管，完全不存在結(jié)垢問題，設(shè)備可長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行；
2、本系統(tǒng)采用三循環(huán)系統(tǒng)，蒸發(fā)過程中大量的水-蒸汽的汽化熱均由母液攜帶，由于母液的比熱容較大，吸收熱量后其溫升較低，且可通過較大循環(huán)比例控制其溫升，從而使得冷媒壓縮機(jī)出口壓力較小，能耗較?。?/p>
3、本系統(tǒng)中冷媒在50-60℃下壓縮，可實(shí)現(xiàn)中溫蒸發(fā)，干燥介質(zhì)流量較低，鼓風(fēng)機(jī)功率小，能耗低，整體設(shè)備(含鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵)制冷效率COP一般為12-14，能耗約為42-52度電/噸水，能耗與MVR系統(tǒng)相近；
4、本系統(tǒng)采用噴霧干化的蒸發(fā)形式，噴霧粒徑控制在2-3mm，在保證接觸效果的前提下，使霧滴不至于被熱風(fēng)裹挾走；
5、由于熱量由母液攜帶，蒸發(fā)由干燥介質(zhì)水蒸氣分壓差提供，兩套系統(tǒng)各自獨(dú)立，靈活性較高；
6、本系統(tǒng)的主要設(shè)備單元均置于蒸發(fā)分離室內(nèi)，設(shè)備緊湊、占地小。
附圖說明
圖1是節(jié)能熱泵型中溫噴霧蒸發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本技術(shù)的一種節(jié)能熱泵型中溫噴霧蒸發(fā)系統(tǒng)包括蒸發(fā)分離室1、冷凝器(冷媒)2、蒸發(fā)器(冷媒)3、水冷器4、熱泵5、軸流鼓風(fēng)機(jī)6、循環(huán)水泵7、節(jié)流裝置8、氣液分離器/凈化器9、固液分離器10、隔板11、蒸發(fā)室12、分離室13、噴淋系統(tǒng)14、儲(chǔ)液區(qū)15。
蒸發(fā)分離室1通過隔板11分割成蒸發(fā)室12和分離室13，隔板11中部裝有軸流鼓風(fēng)機(jī)6并留有冷風(fēng)進(jìn)口，隔板頂部與蒸發(fā)分離室內(nèi)壁之間形成熱風(fēng)出口；蒸發(fā)室12底部為儲(chǔ)液區(qū)15，頂部裝有噴淋系統(tǒng)14；蒸發(fā)室12的儲(chǔ)液區(qū)15經(jīng)由循環(huán)水泵7和冷凝器(冷媒)2 與其頂部的噴淋系統(tǒng)14相連；蒸發(fā)室12的儲(chǔ)液區(qū)15底部與固液分離器10相連；分離室13內(nèi)部由上到下依次置有蒸發(fā)器(冷媒)3、水冷器4，底部留有冷凝水排放口；蒸發(fā)器(冷媒)3經(jīng)氣液分離器/凈化器9與熱泵5進(jìn)氣口相連；熱泵5出氣口與冷凝器(冷媒)2相連；冷凝器(冷媒)2經(jīng)節(jié)流裝置8與蒸發(fā)器(冷媒)3相連。
本系統(tǒng)具體工作流程如下：
原液經(jīng)原液管進(jìn)入母液循環(huán)管道，與母液一起由循環(huán)水泵輸送到冷凝器(冷媒)加熱到50-60℃后進(jìn)入蒸發(fā)室內(nèi)的噴淋系統(tǒng)與上升的冷風(fēng)充分接觸，將42-55℃的干冷風(fēng)加熱成50-60℃的濕熱風(fēng)，濃縮液收集至蒸發(fā)室底部的儲(chǔ)液區(qū)，沉積在儲(chǔ)液區(qū)底部的固體經(jīng)固液分離器分離，外排處理；
蒸發(fā)室內(nèi)上升的干冷風(fēng)吸收了母液的熱量和水分后，通過蒸發(fā)室頂部的熱風(fēng)出口進(jìn)入分離室，依次經(jīng)過蒸發(fā)器(冷媒)、水冷器冷卻成42-55℃的干冷風(fēng)，冷凝水匯集到分離室的底部，經(jīng)冷凝水排放口排出；
經(jīng)蒸發(fā)器(冷媒)中吸熱的氣態(tài)冷媒經(jīng)由氣液分離器/凈化器后進(jìn)入熱泵進(jìn)氣口，通過熱泵壓縮提高溫度和壓力后進(jìn)入冷凝器(冷媒)等壓放熱冷凝，高壓液態(tài)冷媒經(jīng)節(jié)流裝置降低壓力后再進(jìn)入蒸發(fā)器(冷媒)吸熱蒸發(fā)。
下面是以某高鹽廢水中試項(xiàng)目為例，進(jìn)一步說明本技術(shù)。
該中試項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理能力為20t/d，進(jìn)水水質(zhì)如下：PH為6.5-8.1，TDS為65000mg/L，總硬度為7100mg/L，CODCr為600mg/L。
該系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如下：蒸發(fā)溫度為60℃，冷媒蒸發(fā)溫度與冷凝溫度相差8-10℃左右，熱風(fēng)與冷風(fēng)溫度相差5-8℃；熱泵功率為34.5KW，軸流風(fēng)機(jī)功率為1.5KW，循環(huán)水泵功率為3KW；生產(chǎn)冷凝水18.2t/d，鹽渣1.81t/d；能耗約為46.8度電/噸水；設(shè)備可連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月以上。