一种cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置
技术领域
1.本实用新型属于高盐废水处理技术领域，特别涉及一种cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置。
背景技术：2.海洋、盐湖等存在大量无法直接利用的高盐废水，而工农业生产会消耗本就紧缺的淡水、甚至产生大量的高盐废水。直接排放高盐废水不仅会破坏生态环境，还会对人体造成极大危害。迫于淡水资源短缺以及环保力度加大的现状，世界各国都在致力于以可持续的方式进行水的循环利用，例如对高浓度含盐废水进行脱盐处理以达到零排放；除此之外，将大量海水、盐湖咸水等经适当处理后可实现对淡水资源的有效补充、亦能够带来环境与经济的双重效益。因此对于高效、节能且运行费用低的高盐废水处理工艺和设备的研究开发尤为必要。
3.如图4所示，是现有一种多效蒸发-电渗析处理高盐废水装置的结构示意图，该装置主要包括脱气预热装置、多效蒸发装置、分离器、电渗析脱盐装置，现有技术中大多采用电或煤燃烧为多效蒸发装置提供蒸汽，能耗大且污染严重；为了实现节能减排，本实用新在现有系统中引入cpc太阳能集热器装置。
技术实现要素：4.现有多效蒸发-电渗析处理高盐废水装置中只采用电或煤燃烧为多效蒸发装置提供蒸汽，能耗较大；本实用新型的目的是提供一种cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置，通过引入cpc太阳能集热器装置实现节能减排。
5.本实用新型采用的技术方案如下：一种cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置,包括脱气预热装置、多效蒸发装置、分离器、电渗析脱盐装置，该装置中引入cpc太阳能集热器装置，所述cpc太阳能集热器装置包括板式换热器，以所述板式换热器为核心形成有太阳能热流体循环和太阳能冷流体循环两大部分；所述太阳能热流体循环结构包括：依次连接的板式换热器热流出口、变频循环泵、窄槽型抛物面集热器、板式换热器热流入口；所述太阳能冷流体循环结构包括：依次连接的板式换热器冷流出口、多效蒸发装置、分离器、冷凝塔、板式换热器冷流入口；太阳能热流体循环中的热流体通过窄槽型抛物面集热器加热后在板式换热器内循环；流经多效蒸发装置的蒸汽通过太阳能冷流体循环被送入板式换热器与循环的热流体进行热量交换。
6.进一步，所述太阳能热流体循环结构中还设有风扇冷却换热器，当热量富余时，将窄槽型抛物面集热器所汇集的多余的热量由风扇冷却换热器进行耗散，保持设备平稳运行。
7.进一步，所述太阳能热流体循环结构中还设有膨胀罐，所述膨胀罐通过第一球形阀连接在太阳能热流体循环管路上；当太阳能热流体循环管路中压力过大时进行压力释放。
8.进一步，所述太阳能热流体循环结构中还设有乙二醇水溶液桶，所述乙二醇水溶液桶通过第二球形阀连接在太阳能热流体循环管路上；当换热介质缺失时进行补液。
9.优选的，所述多效蒸发装置包括依次连接的零效蒸发器、一效蒸发器、二效蒸发器、三效蒸发器；所述板式换热器冷流出口连接零效蒸发器蒸汽入口，之后高温蒸汽依次经过零效蒸发器、一效蒸发器、二效蒸发器、三效蒸发器，最后从三效蒸发器的三效蒸发器蒸汽出口流出进入分离器。
10.本实用新型的有益效果在于：现有多效蒸发-电渗析处理高盐废水装置中只采用电或煤燃烧为多效蒸发装置提供蒸汽，能耗较大；本实用新型的提供了一种cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置，通过引入cpc太阳能集热器装置实现节能减排。
附图说明
11.图1是本实用新型提供的一种cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置的结构示意图。
12.图2是本实用新型中脱气预热装置、多效蒸发装置、分离器、cpc太阳能集热器装置的细节展示图。
13.图3是电渗析脱盐装置的细节展示图。
14.图4是现有一种多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置的结构示意图。
具体实施方式
15.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
16.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
17.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
18.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
19.实施例1
20.如图1所示，一种cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置，主要包括脱气预
热装置、多效蒸发装置、分离器、冷凝塔、电渗析脱盐装置、cpc太阳能集热器装置。
21.如图2所示，脱气预热装置包括以下主要设备：
22.高盐废水罐10；第一卧式循环泵11；第一管壳式换热器12，第一管壳式换热器12设有第一管壳式换热器冷流入口121、第一管壳式换热器冷流出口122、第一管壳式换热器热流入口123、第一管壳式换热器热流出口124；脱气塔13，脱气塔13设有脱气塔流体入口131、脱气塔排气口132、脱气塔下通口133；立式循环泵14；第二管壳式换热器15，第二管壳式换热器15设有第二管壳式换热器冷流入口151、第二管壳式换热器冷流出口152、第二管壳式换热器热流入口153、第二管壳式换热器热流出口154；第二卧式循环泵16；还涉及分离器42和冷凝水罐43。
23.脱气预热装置各个设备之间的连接关系如下：
24.高盐废水罐10、第一卧式循环泵11、第一管壳式换热器12、脱气塔13、立式循环泵14、第二管壳式换热器15、第二卧式循环泵16依次连接；其中第一管壳式换热器12的第一管壳式换热器冷流入口121与第一卧式循环泵11连接，第一管壳式换热器冷流出口122与脱气塔13的脱气塔流体入口131连接；第一管壳式换热器热流入口123通过分离器42与多效蒸发装置连接；第一管壳式换热器热流出口124与冷凝水罐43连接。第二管壳式换热器15的第二管壳式换热器冷流入口151连接立式循环泵14；第二管壳式换热器冷流出口152连接第二卧式循环泵16；第二管壳式换热器热流入口153通过分离器42与多效蒸发装置连接；第二管壳式换热器热流出口154与冷凝水罐43连接。
25.脱气预热装置的工艺流程如下：
26.高盐废水罐10中存储的高盐废水通过第一卧式循环泵11输送至第一管壳式换热器12，从第一管壳式换热器冷流入口121流入，第一管壳式换热器12的热流流体为部分多效蒸发装置产生的剩余蒸汽，从第一管壳式换热器热流入口123流入，从第一管壳式换热器热流出口124流出进入冷凝水罐43；高盐废水在第一管壳式换热器12内与多效蒸发装置提供的蒸汽进行热量交换后从第一管壳式换热器冷流出口122流出进入脱气塔13。
27.高盐废水从脱气塔流体入口131流入脱气塔13，经过脱气塔13脱气处理后高盐废水中的杂质气体通过上部的脱气塔排气口132排出；剩余流体通过脱气塔下通口133排出，并通过立式循环泵14输送至第二管壳式换热器15。
28.高盐废水从第二管壳式换热器冷流入口151流入，第二管壳式换热器15的热流流体为部分多效蒸发装置产生的剩余蒸汽，从第二管壳式换热器热流入口153流入，从第二管壳式换热器热流出口154流出进入冷凝水罐43；高盐废水在第二管壳式换热器15内与多效蒸发装置提供的蒸汽进行热量交换后，从第二管壳式换热器冷流出口152流出，并通过第二卧式循环泵16输送至多效蒸发装置。
29.如图2所示，多效蒸发装置包括以下主要设备：
30.零效蒸发器17，零效蒸发器17设有零效蒸发器上通口171、零效蒸发器下通口172、零效蒸发器蒸汽入口173、零效蒸发器蒸汽出口174；第三卧式循环泵18；一效蒸发器19，一效蒸发器19设有一效蒸发器上通口191、一效蒸发器下通口192、一效蒸发器蒸汽入口193、一效蒸发器蒸汽出口194；第四卧式循环泵20；二效蒸发器21，二效蒸发器21设有二效蒸发器上通口211、二效蒸发器下通口212、二效蒸发器蒸汽入口213、二效蒸发器蒸汽出口214；第五卧式循环泵22；三效蒸发器23，三效蒸发器23设有三效蒸发器上通口231、三效蒸发器
下通口232、三效蒸发器蒸汽入口233、三效蒸发器蒸汽出口234；第六卧式循环泵24。
31.多效蒸发装置各个设备之间的连接关系如下：
32.零效蒸发器17的零效蒸发器上通口171连接第二卧式循环泵16；零效蒸发器下通口172通过第三卧式循环泵18连接一效蒸发器上通口191；零效蒸发器蒸汽入口173连接cpc太阳能集热器装置；零效蒸发器蒸汽出口174连接一效蒸发器蒸汽入口193。一效蒸发器下通口192通过第四卧式循环泵20连接二效蒸发器上通口211；一效蒸发器蒸汽出口194连接二效蒸发器蒸汽入口213。二效蒸发器21的二效蒸发器下通口212通过第五卧式循环泵22连接三效蒸发器上通口231；二效蒸发器蒸汽出口214连接三效蒸发器蒸汽入口233。三效蒸发器下通口232通过第六卧式循环泵24连接电渗析脱盐装置；三效蒸发器蒸汽出口234连接分离器42。
33.多效蒸发装置的工艺流程如下：
34.（1）高盐废水被第二卧式循环泵16从零效蒸发器上通口171送入；cpc太阳能集热器装置产生的高温蒸汽通过零效蒸发器蒸汽入口173送入零效蒸发器17内；高盐废水与高温蒸汽在零效蒸发器17内进行热量交换并进行气液分离，分离出来的气体通过零效蒸发器蒸汽出口174流出后，通过一效蒸发器蒸汽入口193进入一效蒸发器19；分离出来的液体通过零效蒸发器下通口172流出，并通过第三卧式循环泵18输送至一效蒸发器19，由一效蒸发器上通口191流入。
35.（2）零效蒸发器17分离出来的高盐废水与蒸汽在一效蒸发器19内进行热量交换并进行气液分离；分离出的气体通过一效蒸发器蒸汽出口194流出后，通过二效蒸发器蒸汽入口213流入二效蒸发器21；分离出的液体通过一效蒸发器下通口192流出后，通过第四卧式循环泵20输送至二效蒸发器21，由二效蒸发器上通口211流入。
36.（3）一效蒸发器19分离出来的高盐废水与蒸汽在二效蒸发器21内进行热量交换并进行气液分离；分离出的气体通过二效蒸发器蒸汽出口214流出后，通过三效蒸发器蒸汽入口233流入三效蒸发器23；分离出的液体通过二效蒸发器下通口212流出后，通过第五卧式循环泵22输送至三效蒸发器23，由三效蒸发器上通口231流入。
37.（4）二效蒸发器21分离出的高盐废水与蒸汽在三效蒸发器23内进行热量交换并进行气液分离，分离出的气体通过三效蒸发器蒸汽出口234流出后，流入至分离器42，分离出的液体通过三效蒸发器下通口232流出后，通过第六卧式循环泵24分别输送至电渗析脱盐装置中的第一淡水罐25与第一浓水罐26。
38.三效蒸发器23分离出的蒸汽流入分离器42后，一部分流入第一管壳式换热器12充当热流，一部分流入第二管壳式换热器15充当热流，其余部分流入冷凝塔44将蒸汽冷凝成水。
39.如图3所示，电渗析脱盐装置包括以下主要设备：
40.第一淡水罐25；第一浓水罐26；第七卧式循环泵27；第八卧式循环泵28；浓水过滤器29；淡水过滤器30；浓水流量计31；淡水流量计32；第二浓水罐33；第二淡水罐34；极水罐35；第九卧式循环泵36；极水过滤器37；极水换热器38，极水换热器38设有极水换热器热流入口381、极水换热器热流出口382、极水换热器冷流入口383、极水换热器冷流出口384；极水流量计39；电渗析设备40，电渗析设备40设有电渗析浓水入口401、电渗析淡水入口402、第一电渗析电源接口403、电渗析极水入口404、电渗析浓水出口405、电渗析淡水出口406、
第二电渗析电源接口407、电渗析极水出口408。
41.电渗析脱盐装置各个设备之间的连接关系如下：
42.高盐废水通过第六卧式循环泵24分别输送至电渗析脱盐装置中的第一淡水罐25与第一浓水罐26；第一淡水罐25、第八卧式循环泵28、淡水过滤器30、淡水流量计32依次连接，最后连接在电渗析淡水入口402上；第一浓水罐26、第七卧式循环泵27、浓水过滤器29、浓水流量计31依次连接，最后连接在电渗析浓水入口401上；电渗析设备40上第一电渗析电源接口403、第二电渗析电源接口407连接电源，为电渗析设备40提供能量；电渗析设备40上电渗析浓水出口405连接第二浓水罐33；电渗析设备40上电渗析淡水出口406连接第二淡水罐34；电渗析设备40上电渗析极水出口408依次连接极水罐35、第九卧式循环泵36、极水过滤器37、极水换热器38；极水换热器38上设有极水换热器热流入口381、极水换热器热流出口382、极水换热器冷流入口383、极水换热器冷流出口384；其中极水换热器热流入口381连接极水过滤器37；极水换热器热流出口382连接极水流量计39，极水流量计39连接至电渗析极水入口404；极水换热器冷流入口383、极水换热器冷流出口384连接自来水供水端进行循环。
43.电渗析脱盐装置的工艺原理如下：
44.（1）第一浓水罐26中高盐废水通过第七卧式循环泵27输送至电渗析浓水入口401，输送过程中经过浓水过滤器29过滤杂质和浓水流量计31测量流体流量。第一淡水罐25中高盐废水通过第八卧式循环泵28输送至电渗析淡水入口402，输送过程中经过淡水过滤器30过滤杂质和淡水流量计32测量流体流量。
45.（2）流入电渗析设备40中的高盐废水经过离子交换后，电渗析设备40浓室的液体流入第二浓水罐33，淡室的液体流入第二淡水罐34。电渗析设备40中的极水通过电渗析极水出口408排出，并依次输送经过极水罐35、第九卧式循环泵36、极水过滤器37、最后进入极水换热器38；极水充当极水换热器38的热流，从极水换热器热流入口381流入，从极水换热器热流出口382流出，并经极水流量计39流回电渗析设备40；自来水充当极水换热器38的冷流，从极水换热器冷流入口383流入，从极水换热器冷流出口384流出；自来水与极水在极水换热器38进行热量交换。进行热量交换后由电渗析极水入口404流入，电渗析极水出口408流出回到极水罐35中。输送过程中经过极水流量计39测量流体流量。
46.现有技术中大多采用电或煤燃烧为多效蒸发装置提供蒸汽（如图4所示），能耗大且污染严重；为了缓解这一技术问题，本实用新在现有系统中引入cpc太阳能集热器装置，该装置涉及以下主要设备：
47.板式换热器41，板式换热器41设有板式换热器冷流入口411、板式换热器冷流出口412、板式换热器热流入口413、板式换热器热流出口414；分离器42；冷凝塔44；变频循环泵45；膨胀罐46；第一球形阀47；第二球形阀48；乙二醇水溶液桶49；风扇冷却换热器50；窄槽型抛物面集热器51；中央控制单元ccu52。
48.cpc太阳能集热器装置中，以板式换热器41为核心，形成有太阳能热流体循环和太阳能冷流体循环两大部分；下面结合各个设备之间的连接关系进行详细说明：
49.板式换热器热流出口414依次连接变频循环泵45、风扇冷却换热器50、窄槽型抛物面集热器51、板式换热器热流入口413，形成太阳能热流体循环；此外，在变频循环泵45与风扇冷却换热器50之间还可以进一步增加膨胀罐46和乙二醇水溶液桶49；膨胀罐46通过第一
球形阀47连接在变频循环泵45与风扇冷却换热器50之间的管路上；乙二醇水溶液桶49通过第二球形阀48连接在变频循环泵45与风扇冷却换热器50之间的管路上。
50.太阳能冷流体循环如下：板式换热器冷流出口412连接多效蒸发装置，具体连接零效蒸发器蒸汽入口173，之后高温蒸汽依次经过零效蒸发器17、一效蒸发器19、二效蒸发器21、三效蒸发器23；三效蒸发器23的三效蒸发器蒸汽出口234连接分离器42，分离器42中一部分蒸汽流入第一管壳式换热器12充当热流，一部分流入第二管壳式换热器15充当热流，其余部分流入冷凝塔44将蒸汽冷凝成水，冷凝塔44连接板式换热器冷流入口411。
51.cpc太阳能集热器装置的工艺流程如下：
52.cpc太阳能集热器装置中的热流体通过窄槽型抛物面集热器51加热后在板式换热器41内循环；高温蒸汽流经多效蒸发装置、分离器42，最后在冷凝塔44冷凝，之后送入板式换热器41与循环的热流体进行热量交换。
53.当热量富余时，中央控制单元ccu52会进行调节，将窄槽型抛物面集热器51所汇集的多余的热量由风扇冷却换热器50进行耗散；当压力过大时利用膨胀罐46、第一球形阀47释放；当换热介质缺失时，利用乙二醇水溶液桶49和第二球形阀48进行补液，以保持cpc太阳能集热器装置的正常工作。
54.上述装置的一种具体应用实例
55.将摩尔分数为3.78%高盐废水由第一卧式循环泵11输送至第一管壳式换热器12进行一次预热，预热后的高盐废水经脱气塔13除去o2、n2、co、co2等杂质气体。再经过第二管壳式换热器15与多效蒸发装置产生的低温蒸汽进行热量交换。
56.高盐废水经脱气预热装置处理后再经第二卧式循环泵16输送至多效蒸发装置。多效蒸发装置包括零效蒸发器（压力：0.06mpa）、一效蒸发器（压力：0.052mpa）、二效蒸发器（压力：0.049mpa）和三效蒸发器（压力：0.03mpa）。多效蒸发装置产生的低温气体经过分离器分离，一部分低温气体输送至脱气预热装置对高盐废水进行预热，另一部分低温气体输送至冷凝塔冷凝成水，然后通过板式换热器41与cpc太阳能集热器装置中的换热介质进行热量交换，最终重新为多效蒸发装置提供高温蒸汽。
57.cpc太阳能集热器装置中的换热介质（摩尔分数为20%的乙二醇水溶液）通过变频循环泵45输送至窄槽型抛物面集热器51利用太阳能进行加热。
58.经过脱气预热装置处理后，由第二卧式循环泵16输送到零效蒸发器17处理后nacl质量分数提高至4.70%；经一效蒸发器19处理后nacl质量分数提高至5.99%；经二效蒸发器21处理后nacl质量分数提高至8.22%；经三效蒸发器23处理后nacl质量分数提高至13%。
59.经多效蒸发装置处理后的高盐废水经电渗析脱盐装置进行离子交换，电渗析脱盐装置处理过后浓水室的nacl溶液质量分数达到21%。
60.在cpc耦合多效蒸发-电渗析工艺路线里，当cpc不能满足多效蒸发装置蒸汽温度需求的时段则采用传统蒸汽提供方式。
61.可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。
技术特征：1.一种cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置,包括脱气预热装置、多效蒸发装置、分离器、电渗析脱盐装置，其特征在于，该装置中引入cpc太阳能集热器装置，所述cpc太阳能集热器装置包括板式换热器（41），以所述板式换热器（41）为核心形成有太阳能热流体循环和太阳能冷流体循环两大部分；所述太阳能热流体循环结构包括：依次连接的板式换热器热流出口（414）、变频循环泵（45）、窄槽型抛物面集热器（51）、板式换热器热流入口（413）；所述太阳能冷流体循环结构包括：依次连接的板式换热器冷流出口（412）、多效蒸发装置、分离器（42）、冷凝塔（44）、板式换热器冷流入口（411）。2.根据权利要求1所述的cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置，其特征在于，所述太阳能热流体循环结构中还设有风扇冷却换热器（50）。3.根据权利要求1所述的cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置，其特征在于，所述太阳能热流体循环结构中还设有膨胀罐（46），所述膨胀罐（46）通过第一球形阀（47）连接在太阳能热流体循环管路上。4.根据权利要求1所述的cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置，其特征在于，所述太阳能热流体循环结构中还设有乙二醇水溶液桶（49），所述乙二醇水溶液桶（49）通过第二球形阀（48）连接在太阳能热流体循环管路上。5.根据权利要求1-4任一所述的cpc耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置，其特征在于，所述多效蒸发装置包括依次连接的零效蒸发器（17）、一效蒸发器（19）、二效蒸发器（21）、三效蒸发器（23）。
技术总结本实用新型公开了一种CPC耦合多效蒸发-电渗析处理高盐废水的装置，属于高盐废水处理技术领域；在现有系统中引入CPC太阳能集热器装置，以板式换热器为核心形成有太阳能热流体循环和太阳能冷流体循环两大部分；太阳能热流体循环结构包括：依次连接的板式换热器热流出口、变频循环泵、窄槽型抛物面集热器、板式换热器热流入口；太阳能冷流体循环结构包括：依次连接的板式换热器冷流出口、多效蒸发装置、分离器、冷凝塔、板式换热器冷流入口；太阳能热流体循环中的热流体通过窄槽型抛物面集热器加热后在板式换热器内循环；流经多效蒸发装置的蒸汽通过太阳能冷流体循环被送入板式换热器与循环的热流体进行热量交换；通过太阳能提供部分能源缓解能耗。部分能源缓解能耗。部分能源缓解能耗。
技术研发人员：丁健 王亚雄 高爽 谢跃林
受保护的技术使用者：内蒙古科技大学
技术研发日：2022.01.12
技术公布日：2022/7/5
