一种高盐废水结晶方法与装置

1.本发明属于废水处理技术领域，具体为一种高盐废水结晶装置与方法。


背景技术：

2.目前，各国研究的烟气脱硫方法已超过一百种，其中真正能应用于工业生产中的只有十余种，石灰石-石膏湿法脱硫技术具有可靠性高、脱硫效率高、操作简单、成本低等特点，因此得到了国内外燃煤电厂的广泛应用。然而，由于石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率的影响因素诸多，且这些因数又相互关联。其中，产生的脱硫废水盐含量高，传统废水处理技术应用效果不好，是一直困扰了燃煤发电厂环保工作的技术瓶颈。
3.cn202223289473.7公开了一种低温多效与干燥塔联合应用的高盐废水零排放系统，本发明采用了目前常规使用的废水雾化喷淋与高温烟气直接接触换热结晶方法，此种方法烟气温度需要达在300℃以上，出水喷头要极细才能达到雾化效果，但是在实际应用过程中，烟气温度过高会导致对喷头持续加温，喷头经常堵塞影响处理效率。同时雾化水滴细小，会随着烟气一起运动，此时热对流效果很差，只依靠300℃的高温进行热辐射，大幅提高了处理能耗。
4.cn202211457570.4公开了一种脱硫废水直接干燥的系统及方法，本发明从气液分离器底部引出脱硫废水直接进入喷雾水箱、之后进行干燥处理。此方法利用雾化装置使脱硫废水雾化水滴直接与热烟气直接接触，蒸发后结晶落在灰仓内。热烟气在处理过程会一直接触雾化喷头，造成喷头堵塞，同时烟气会夹带雾化水滴一同前进，很难发生热对流效用，只依靠热辐射提供热量进行结晶，增加能耗。
5.因此找到一种处理效果良好、低能耗的高盐废水处理技术成为了一个迫在眉睫需要解决的问题。


技术实现要素：

6.针对于现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高盐废水结晶方法与装置，相比于传统的蒸发结晶装置，本发明装置具备结晶面积大、热交换面积大的双重优势，强化对流传热和热辐射传导，能够在极低的能耗下快速蒸发水分，同时还保证了设备体积、重量的小巧，降低了制造成本和使用成本。
7.本发明的技术方案：
8.一种高盐废水结晶方法，具体过程如下：
9.(1)将高盐废水均匀的喷洒在呈散状运动的细颗粒晶种表面，使得高盐废水在细颗粒晶种表面覆盖一层薄薄的水膜；或者先将高盐废水均匀的喷洒在细颗粒晶种表面使得高盐废水在细颗粒晶种表面覆盖一层薄薄的水膜后，再将细颗粒晶种吹散至散状运动；
10.(2)采用热烟气或热空气吹过呈散状运动的细颗粒晶种表面，热烟气或热空气与细颗粒晶种表面发生热质传递，细颗粒晶种表面的水分蒸发进入烟气或空气，高盐废水中的盐分在细颗粒晶种表面结晶，呈散状运动的长大的晶种在运动中相互或与结晶器壁面碰
撞将表面结晶体剥落经筛分排出结晶器；
11.(3)携带少量结晶盐细颗粒的烟气或空气经除尘后排出；呈散状运动的晶种则返回结晶器重新敷水膜蒸发结晶进行循环利用。
12.进一步的，细颗粒晶种为表面活化的高分子材料、高强度盐粒或其它晶体；高强度盐粒为高盐废水中所含盐的一种或两种以上混合物。
13.进一步的，热烟气或热空气包括余热烟气、余温烟气、干热空气、干温空气。
14.一种高盐废水结晶装置，所述的高盐废水结晶装置包括废水喷淋模块、直接热质传递蒸发结晶模块、晶种循环模块、晶种筛分及除尘模块；
15.所述的废水喷淋模块、热烟气或热空气入口连接于直接热质传递蒸发结晶模块的一端，所述的晶种筛分及除尘模块、热烟气或热空气出口连接于直接热质传递蒸发结晶模块的另一端；
16.所述的喷淋模块用于将高盐废水均匀的喷洒在细颗粒晶种表面并形成水膜，所述的热烟气或热空气从直接热质传递蒸发结晶模块的一端吹过呈散状运动的细颗粒晶种表面，由另一端排出；
17.所述的晶种筛分及除尘模块用于将携带少量结晶盐细颗粒的烟气或空气经过筛分、除尘后排出结晶盐；
18.所述的晶种循环模块用于将表面剥落结晶盐的晶种返回直接热质传递蒸发结晶模块。
19.形式一：所述的一种高盐废水结晶装置为高盐废水外循环分体式结晶装置，包括废水热载体吸附混合装置1、立式热交换结晶装置a2、旋风分离器3；
20.所述的废水热载体吸附混合装置1包括壳体4、废水喷嘴5、搅拌叶片6、水平输送螺旋7和交叉螺旋8；壳体4内装有热载体，废水喷嘴5设置于壳体4顶端，搅拌叶片6设置于水热载体吸附混合装置1内部，用于将喷淋后的热载体进行搅拌，水平输送螺旋7和交叉螺旋8依次设置于壳体4底部，交叉螺旋8与立式热交换结晶装置a2底端相接，水平输送螺旋7和交叉螺旋8用于将搅拌后的热载体输送至立式热交换结晶装置a2中；
21.所述的立式热交换结晶装置a2的底端设置热风入口a9，与热烟气相连，顶端设置热风出口a10，与旋风分离器3的热风入口b11相连；
22.所述的旋风分离器3包括热风入口b11、热风出口b12和晶种出口a13；晶种出口a13与废水热载体吸附混合装置1相连。
23.形式二：所述的一种高盐废水结晶装置为高盐废水外循环一体式结晶装置，包括立式热交换结晶装置b14、分离器a15和喷淋装置a19；
24.所述的立式热交换结晶装置b14上部为直筒段，下部为从上至下筒径逐渐减小的渐变筒段；分离器a15包括热风入口d20热风出口d21和晶种出口b22；
25.立式热交换结晶装置b14底端设置热风入口c16，热风入口c16与热烟气相连；热风入口c16上方一侧设置补充料入口18，另一侧与分离器a15底端的晶种出口b22相连；补充料入口18与晶种出口b22附近设置喷淋装置a19；立式热交换结晶装置b14顶端设置热风出口c17，热风出口c17与分离器a15的热风入口d20相连。
26.形式三：所述的一种高盐废水结晶装置为高盐废水内循环一体式结晶装置，包括立式热交换结晶装置c23、卧式分离器24和喷淋装置；立式热交换结晶装置c23为从上至下
筒径逐渐减小的渐变筒，底端设置热风入口e25，与热烟气相连；热风入口e25上方设置喷淋入口26，与喷淋装置相连；热风入口e25上方还设置溢渣口27；卧式分离器24设置于立式热交换结晶装置c23顶端，二者之间设置内部气体入口28；卧式分离器24包括内部气体入口28、分离器落灰口29和热风出口e30。
27.进一步的，卧式分离器24的结构与旋风分离器相似，需要将旋风分离器的筒径由渐变改为直筒，将旋风分离器中的出口管延伸至分离器另一端端部，使得进入到卧式分离器24的气体从始端绕着出口管外围旋转至分离器另一端端部后，从另一端处进入出口管内部，沿出口管从始端排出分离器；灰斗设置在卧式分离器24下端。
28.形式四：所述的一种高盐废水结晶装置为高盐废水外循环卧式分体式结晶装置，包括卧式热交换结晶装置31、分离器b32和喷淋装置b37；
29.所述的卧式热交换结晶装置31包括热风入口f33、热风出口f34、晶种出口c35、晶种循环入口36；分离器b32包括热风入口g39、热风出口g38和晶种出口d40。
30.所述的卧式热交换结晶装置31的热风出口f34与分离器b32的热风入口g39相连，卧式热交换结晶装置31的绞龙焊接在内壁上，随着筒体转动带动结晶盐搅拌和移动；所述的喷淋装置b37的喷头均布于卧式热交换结晶装置31内壁。
31.所述的分离器b32的晶种出口d40与卧式热交换结晶装置31的晶种循环入口36相连。
32.本发明的有益效果：
33.1、本发明方法相比于传统蒸发结晶方法，利用热载体的比表面积大的特点，增加了热交换面积，同时相比于喷雾干燥，本方法利用热载体自身重力对抗风压，强化了热对流传热，降低了对热风初始温度的要求，能够在极低的能耗下快速蒸发水分。
34.2、保证了设备体积、重量的小巧，降低了制造成本和使用成本。
附图说明
35.图1为一种高盐废水结晶方法原理示意图。
36.图2为一种高盐废水外循环分体式结晶装置整体示意图。
37.图3为一种高盐废水外循环分体式结晶装置主视图。
38.图4为一种高盐废水外循环分体式结晶装置的废水热载体吸附混合装置的主视图。
39.图5为一种高盐废水外循环分体式结晶装置的废水热载体吸附混合装置的剖面图。
40.图6为一种高盐废水外循环一体式结晶装置的主视图。
41.图7为一种高盐废水内循环一体式结晶装置的主视图。
42.图8为一种高盐废水内循环一体式结晶装置卧式分离器示意图。
43.图9为一种高盐废水内循环一体式结晶装置卧式分离器剖面图。
44.图10为一种高盐废水外循环卧式分体式结晶装置示意图。
45.图中：1废水热载体吸附混合装置、2立式热交换结晶装置a、3旋风分离器、4壳体、5废水喷嘴、6搅拌叶片、7水平输送螺旋、8交叉螺旋、9热风入口a、10热风出口a，11热风入口b、12热风出口b、13晶种出口a、14立式热交换结晶装置b、15分离器a、16热风入口c、17热风
出口c、18补充料入口、19喷淋装置a、20热风入口d、21热风出口d、22晶种出口b、23立式热交换结晶装置c、24卧式分离器、25热风入口e、26喷淋入口、27溢渣口、28内部气体入口、29分离器落灰口、30热风出口e，31卧式热交换结晶装置；32分离器b；33热风入口f；34热风出口f；35晶种出口c；36晶种循环入口；37喷淋装置b；38热风出口g；39热风入口g；40晶种出口d。
具体实施方式
46.以下根据附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
47.实施例1：采用高盐废水外循环分体式结晶装置处理脱硫高盐废水
48.将结晶盐放置于废水热载体吸附混合装置1中，脱硫高盐废水从废水喷嘴5往下喷洒至结晶盐表面，形成薄膜，通过搅拌叶片6使结晶盐表面均匀布满脱硫高盐废水，通过下方的水平输送螺旋7将铺完膜的结晶盐送至交叉螺旋8处，再通过交叉螺旋8将结晶盐送至立式热交换结晶装置a2中。
49.热烟气经立式热交换结晶装置a2的热风入口a9处吹入，当具有一定流速的热烟气与细小的结晶盐颗粒接触时，使结晶盐形成流态化，此时热烟气与结晶盐达到最佳换热状态，使表面的脱硫高盐废水迅速蒸发，废盐聚合在结晶盐表面，换热后的热烟气则通过热风出口a10进入到分离器3中，附着废盐的结晶盐通过惯性离心力与热风进行分离，通过分离器3下方的结晶盐出口a13回到废水结晶盐吸附混合装置1中，在此过程中，搅拌振荡碰撞使结晶盐表面的废盐剥落下来，结晶盐继续使用，过程周而复始，热烟气则通过分离器3的热风出口b12送出装置外。
50.实施例2：采用高盐废水外循环一体式结晶装置处理脱硫高盐废水
51.脱硫高盐废水通过立式热交换结晶装置b14内的喷淋装置19均匀的喷淋在炉膛内上升的结晶盐表面并形成薄膜，热烟气经立式热交换结晶装置b14的热风入口c16进入，当具有一定流速的热烟气吹着结晶盐向上运动，结晶盐表面的脱硫高盐废水在上升过程中完成蒸发结晶过程，干燥的结晶盐随着烟气达到立式热交换结晶装置b14顶端，通过热风出口c17进入到分离器15中，经由分离器15分离，热烟气则通过分离器15的热风出口d21送出装置外，结晶盐通过结晶盐出口b22返回到立式热交换结晶装置b14中，再经历喷淋，在此过程中，搅拌振荡碰撞使结晶盐表面的废盐剥落下来，结晶盐继续使用，重复上述过程。
52.当内部结晶盐不足时，可经由立式热交换结晶装置b14的补充料入口18进行补充。
53.实施例3：采用高盐废水内循环一体式结晶装置处理脱硫高盐废水
54.脱硫高盐废水通过立式热交换结晶装置c23内的喷淋入口26均匀的喷淋在炉膛内上升的结晶盐表面并形成薄膜，热烟气经立式热交换结晶装置c23的热风入口e25进入，当具有一定流速的热烟气吹着结晶盐向上运动，结晶盐表面的脱硫高盐废水在此过程中完成蒸发结晶过程，干燥的结晶盐在随着烟气达到立式热交换结晶装置c23中上部后，由于风压减小重力增大，结晶盐落回到下方继续喷淋，在此过程中，搅拌振荡碰撞使结晶盐表面的废盐剥落下来，结晶盐继续使用，以此往复，盐结晶累计到一定高度后，达到排放高度，会通过溢渣口27自动排出装置。
55.热烟气和细微颗粒会通过内部气体入口28进入到卧式分离器24中，热烟气脱除细微颗粒后通过热风出口e30排出，细微颗粒经由离心作用后，通过分离器落灰口29返回至装置内部。
56.实施例4采用高盐废水外循环卧式分体式结晶装置处理脱硫高盐废水
57.脱硫高盐废水通过均布于卧式热交换结晶装置31内壁的喷头喷撒在结晶盐表面，干热烟气通过热风入口f33进入卧式热交换结晶装置31内，卧式热交换结晶装置31转动带动焊接在内壁上的绞龙对和高盐喷水不断的搅拌，使晶种表面覆盖上一层薄薄的水膜，干热烟气通过混合均匀松散的，使高盐废水快速蒸发。
58.换热后的湿热烟气通过热风出口f34进入分离器b32内，热烟气中的固体颗粒经由分离器b32分离后，通过晶种出口d40送回至卧式热交换结晶装置31内继续使用，在此过程中，搅拌振荡碰撞使结晶盐表面的废盐剥落下来，结晶盐继续使用，多余的结晶盐利用晶种出口c35排出，分离后的湿热烟气通过热风出口g38排出系统。

技术特征：
1.一种高盐废水结晶方法，其特征在于，具体过程如下：(1)将高盐废水均匀的喷洒在呈散状运动的细颗粒晶种表面，使得高盐废水在细颗粒晶种表面覆盖一层薄薄的水膜；或者先将高盐废水均匀的喷洒在细颗粒晶种表面使得高盐废水在细颗粒晶种表面覆盖一层薄薄的水膜后，再将细颗粒晶种吹散至散状运动；(2)采用热烟气或热空气吹过呈散状运动的细颗粒晶种表面，热烟气或热空气与细颗粒晶种表面发生热质传递，细颗粒晶种表面的水分蒸发进入烟气或空气，高盐废水中的盐分在细颗粒晶种表面结晶，呈散状运动的长大的晶种在运动中相互或与结晶器壁面碰撞将表面结晶体剥落经筛分排出结晶器；(3)携带少量结晶盐细颗粒的烟气或空气经除尘后排出；呈散状运动的晶种则返回结晶器重新敷水膜蒸发结晶进行循环利用。2.根据权利要求1所述的一种高盐废水结晶方法，其特征在于，细颗粒晶种为表面活化的高分子材料、高强度盐粒或其它晶体；高强度盐粒为高盐废水中所含盐的一种或两种以上混合物。3.根据权利要求1所述的一种高盐废水结晶方法，其特征在于，热烟气或热空气包括余热烟气、余温烟气、干热空气、干温空气。4.一种高盐废水结晶装置，其特征在于，所述的高盐废水结晶装置包括废水喷淋模块、直接热质传递蒸发结晶模块、晶种循环模块、晶种筛分及除尘模块；所述的废水喷淋模块、热烟气或热空气入口连接于直接热质传递蒸发结晶模块的一端，所述的晶种筛分及除尘模块、热烟气或热空气出口连接于直接热质传递蒸发结晶模块的另一端；所述的喷淋模块用于将高盐废水均匀的喷洒在细颗粒晶种表面并形成水膜，所述的热烟气或热空气从直接热质传递蒸发结晶模块的一端吹过呈散状运动的细颗粒晶种表面，由另一端排出；所述的晶种筛分及除尘模块用于将携带少量结晶盐细颗粒的烟气或空气经过筛分、除尘后排出结晶盐；所述的晶种循环模块用于将表面剥落结晶盐的晶种返回直接热质传递蒸发结晶模块。5.根据权利要求4所述的一种高盐废水结晶装置，其特征在于，所述的一种高盐废水结晶装置为高盐废水外循环分体式结晶装置，包括废水热载体吸附混合装置(1)、立式热交换结晶装置a(2)、旋风分离器(3)；所述的废水热载体吸附混合装置(1)包括壳体(4)、废水喷嘴(5)、搅拌叶片(6)、水平输送螺旋(7)和交叉螺旋(8)；壳体(4)内装有热载体，废水喷嘴(5)设置于壳体(4)顶端，搅拌叶片(6)设置于水热载体吸附混合装置(1)内部，用于将喷淋后的热载体进行搅拌，水平输送螺旋(7)和交叉螺旋(8)依次设置于壳体(4)底部，交叉螺旋(8)与立式热交换结晶装置a(2)底端相接，水平输送螺旋(7)和交叉螺旋(8)用于将搅拌后的热载体输送至立式热交换结晶装置a(2)中；所述的立式热交换结晶装置a(2)的底端设置热风入口a(9)，与热烟气相连，顶端设置热风出口a(10)，与旋风分离器(3)的热风入口b(11)相连；所述的旋风分离器(3)包括热风入口b(11)、热风出口b(12)和晶种出口a(13)；晶种出口a(13)与废水热载体吸附混合装置(1)相连。
6.根据权利要求4所述的一种高盐废水结晶装置，其特征在于，所述的一种高盐废水结晶装置为高盐废水外循环一体式结晶装置，包括立式热交换结晶装置b(14)、分离器a(15)和喷淋装置a(19)；所述的立式热交换结晶装置b(14)上部为直筒段，下部为从上至下筒径逐渐减小的渐变筒段；分离器a(15)包括热风入口d(20)热风出口d(21)和晶种出口b(22)；立式热交换结晶装置b(14)底端设置热风入口c(16)，热风入口c(16)与热烟气相连；热风入口c(16)上方一侧设置补充料入口(18)，另一侧与分离器a(15)底端的晶种出口b(22)相连；补充料入口(18)与晶种出口b(22)附近设置喷淋装置a(19)；立式热交换结晶装置b(14)顶端设置热风出口c(17)，热风出口c(17)与分离器a(15)的热风入口d(20)相连。7.根据权利要求4所述的一种高盐废水结晶装置，其特征在于，所述的一种高盐废水结晶装置为高盐废水内循环一体式结晶装置，包括立式热交换结晶装置c(23)、卧式分离器(24)和喷淋装置；立式热交换结晶装置c(23)为从上至下筒径逐渐减小的渐变筒，底端设置热风入口e(25)，与热烟气相连；热风入口e(25)上方设置喷淋入口(26)，与喷淋装置相连；热风入口e(25)上方还设置溢渣口(27)；卧式分离器(24)设置于立式热交换结晶装置c(23)顶端，二者之间设置内部气体入口(28)；卧式分离器(24)包括内部气体入口(28)、分离器落灰口(29)和热风出口e(30)。8.根据权利要求7所述的一种高盐废水结晶装置，其特征在于，卧式分离器(24)的结构与旋风分离器相似，需要将旋风分离器的筒径由渐变改为直筒，将旋风分离器中的出口管延伸至分离器另一端端部，使得进入到卧式分离器(24)的气体从始端绕着出口管外围旋转至分离器另一端端部后，从另一端处进入出口管内部，沿出口管从始端排出分离器；灰斗设置在卧式分离器(24)下端。9.根据权利要求4所述的一种高盐废水结晶装置，其特征在于，所述的一种高盐废水结晶装置为高盐废水外循环卧式分体式结晶装置，包括卧式热交换结晶装置(31)、分离器b(32)和喷淋装置b(37)；所述的卧式热交换结晶装置(31)包括热风入口f(33)、热风出口f(34)、晶种出口c(35)、晶种循环入口(36)；分离器b(32)包括热风入口g(39)、热风出口g(38)和晶种出口d(40)；所述的卧式热交换结晶装置(31)的热风出口f(34)与分离器b(32)的热风入口g(39)相连，卧式热交换结晶装置(31)的绞龙焊接在内壁上，随着筒体转动带动结晶盐搅拌和移动；所述的喷淋装置b(37)的喷头均布于卧式热交换结晶装置(31)内壁；所述的分离器b(32)的晶种出口d(40)与卧式热交换结晶装置(31)的晶种循环入口(36)相连。

技术总结
一种高盐废水结晶方法与装置，属于废水处理技术领域。本方法采用热烟气或热空气吹过呈散状运动的、覆盖一层水膜的细颗粒晶种表面，热烟气或热空气与细颗粒晶种表面发生热质传递，细颗粒晶种表面的水分蒸发进入烟气或空气，高盐废水中的盐分在细颗粒晶种表面结晶，呈散状运动的长大的晶种在运动中相互或与结晶器壁面碰撞将表面结晶体剥落经筛分排出结晶器；携带少量结晶盐细颗粒的烟气或空气经除尘后排出；呈散状运动的晶种则返回结晶器重新敷水膜蒸发结晶进行循环利用。本装置具备热质传递过程强烈、结晶面积大、结晶过程晶种强化，能够利用低温烟气或空气(<90℃)就可实现废水的快速蒸发结晶。设备体积、重量的小巧，降低了制造和使用成本。制造和使用成本。制造和使用成本。


技术研发人员：李爱民
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/7/12