一种灰水除灰降硬系统的制作方法

1.本实用新型属于高温高压煤气化灰水冷却技术领域，特别涉及一种灰水除灰降硬系统。


背景技术：

2.目前，国内外煤化工渣水单元大多采用多级闪蒸工艺，我们现有工艺采用高压闪蒸罐、低压闪蒸罐和真空闪蒸罐三级闪蒸，闪蒸系统的作用可概括为：降温降压，热量回收，液体浓缩，并且在闪蒸后通过沉降槽和常压的除盐降硬技术(如离子交换，常压加药等)将灰水中的细灰和高浓度的钙，镁离子除去，以达到循环水回用的要求。
3.闪蒸工艺的优点是降温快速、高效，缺点是冲刷和夹带灰渣严重。闪蒸罐内部结构比较简单，黑水进入闪蒸罐后，经减压闪蒸，液固沉降分离后，闪蒸汽从上部出口排除，液体从下部出口排出。闪蒸汽通过冷却换热冷凝回收热量和液体。
4.在本领域，还存在以电化学的方法进行除硬和颗粒物分离的技术手段，由于电化学方法涉及的电极板和电源装置等，很难应用在高温和高压的工况；且由于无法在高温高压下工作，导致洗涤塔出来的灰水要逐步降温降压后，经过除尘后，在利用高速泵升压至洗涤塔压力进行回用，进而增加了设备和动力消耗；另外，由于无法在高温下除尘，使得在降温过程中也无法采用换热器进行换热冷却，从而只能采用闪蒸的办法进行降温和降压，大大增加的设备投资、占地面积和土建成本。
5.另外，在本领域，还可以通过采用旋流渗透器、分离器、淤浆冷却罐、以及离心机，能够对高参数黑水进行固液分离，获得浓浆和清水，并对高参数浓浆进行再分离获得淤浆清水，分离后的清水能够满足清水回用要求，淤浆则通过采用离心机来直接处理，获得灰渣，提高了黑水的处理效率。尽管可以通过固液分离取代三级闪蒸系统，从而达到提高能效的目的。然而由于只能实现在高温高压下固液分离，而不能实现高温高压下的除盐和降硬，对于高硬度的灰水由于硬度提高会造成气化炉和洗涤塔等设备结垢，仍然无法实现洗涤水的高温高压回用；其次，通常采用的立式旋流渗透器为单个大处理量的立式分离器，其无法解决处理量和分离效率之间的矛盾，对于较小的固体颗粒无法实现有效分离，从而增加后端错流过滤器负担，造成频繁停车；除此之外，现有技术中，错流过滤通常设置为渗透液循环系统，这样会造成错流过滤器膜后端流速过低，从而在过滤器表面形成滤饼，大大降低过滤器的处理量，增大压降。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种除盐降硬、固液分离和循环利用灰水除灰降硬系统。
7.为实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案是：
8.本公开提供一种灰水除灰降硬系统，其包括：沉降罐、水力旋流器、错流过滤器和错流循环泵；其中，所述水力旋流器分别与所述沉降罐和所述错流过滤器连通；所述错流循
环泵与所述错流过滤器并联连接，并形成闭环通路；在除灰降硬状态下，灰水在所述沉降罐内结晶和沉降后进入所述水力旋流器进行分离；通过所述水力旋流器分离出的分离液与通过所述错流循环泵泵入的渗透浓浆分别进入所述错流过滤器，并混合形成混合液，在所述错流过滤器内渗透分离后形成渗透清液和渗透浓浆；其中，渗透清液排出后形成高温高压净水；分离后的渗透浓浆的一部分通过所述错流循环泵作为所述错流循环泵泵入的渗透浓浆再次泵入所述错流过滤器。
9.在本公开的一些实施例中，所述灰水除灰降硬系统还包括碱液罐和加料泵；所述碱液罐通过所述加料泵与所述沉降罐连通，并通过所述加料泵将降硬药剂泵入所述沉降罐。
10.在本公开的一些实施例中，所述灰水除灰降硬系统还包括卧螺离心机；所述卧螺离心机分别与所述水力旋流器和所述错流过滤器连通；在除灰降硬状态下，通过所述水力旋流器分离出的固体颗粒送入所述卧螺离心机；分离后的渗透浓浆的另一部分送入所述卧螺离心机，与分离出的所述固体颗粒在所述卧螺离心机内进行固液分离。
11.在本公开的一些实施例中，所述错流过滤器包括两端设有端盖的壳体和陶瓷过滤膜芯；所述壳体与所述端盖围成密闭的容置空间；所述陶瓷过滤膜芯设于所述壳体内，其两端分别朝向所述端盖；在除灰降硬的状态下，混合液渗透过所述陶瓷过滤膜芯，以成形渗透清液。
12.在本公开的一些实施例中，所述陶瓷过滤膜芯包括至少两根管式陶瓷膜。
13.在本公开的一些实施例中，所述陶瓷过滤膜芯包括三根管式陶瓷膜。
14.在本公开的一些实施例中，所述容置空间顺序分割为混合腔、清液腔和浓浆腔；所述管式陶瓷膜的两端分别与所述混合腔和所述浓浆腔连通；在除灰降硬的状态下，混合液渗透过所述管式陶瓷膜形成渗透清液，渗透清液进入所述清液腔，并排出壳体外。
15.在本公开的一些实施例中，所述错流过滤器包括分离液进口、渗透浓浆进口、渗透清液出口和渗透浓浆出口；其中，所述分离液进口和渗透浓浆进口分别位于靠近所述混合腔的端盖；所述渗透清液出口位于所述清液腔的壳体；所述渗透浓浆出口位于靠近所述浓浆腔的端盖；所述错流过滤器通过所述分离液进口与所述水力旋流器连通；所述错流循环泵的两端分别与所述渗透浓浆进口和所述渗透浓浆出口连通；从所述渗透浓浆出口流出的渗透浓浆通过所述渗透浓浆进口经由所述错流循环泵再次泵入所述错流过滤器；所述渗透清液通过所述渗透清液出口流出。
16.在本公开的一些实施例中，所述水力旋流器包括一混合灰水进口、溢流清液出口和底流浓浆出口；所述水力旋流器通过所述混合灰水进口与所述沉降罐的混合灰水出口对应连通；所述水力旋流器通过分离液出口与所述错流过滤器的分离液进口相连；所述水力旋流器通过所述底流浓浆出口与所述卧螺离心机的底流浓浆进口相连。
17.在本公开的一些实施例中，所述水力旋流器包括并联设置的至少两个旋流子。
18.与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：
19.通过本实用新型的灰水除灰降硬系统能够有效降低灰水处理系统的压力，从而降低灰水循环系统的动力消耗，减小灰水循环泵的能量消耗和设备投资；通过利用高温高压的除盐和固液分离手段组合取代闪蒸系统，沉降槽和常温常压除盐降硬技术；另外，通过高温高压除盐和降硬技术实现循环水在高温高压下循环水的回用，减少了系统的温度损失和
压力损失大大提高了系统的能效，且满足高固体含量和高分离精度的要求。
20.最后，通过利用水力旋流器、错流过滤器以及卧螺离心机替代多级闪蒸大大减小了设备体积、占地面积和土建成本。
附图说明
21.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
22.图1为本实用新型实施例的一种灰水除灰降硬系统的示意图；
23.图2为本实用新型实施例的一种灰水除灰降硬系统的错流过滤器的结构示意图。
24.附图标记说明
[0025]1‑
沉降罐；2
‑
水力旋流器；3
‑
错流过滤器；4
‑
卧螺离心机；5
‑
错流循环泵；
[0026]6‑
碱液罐；7
‑
加料泵；8
‑
壳体；9
‑
端盖；10
‑
陶瓷过滤膜芯；
[0027]
11
‑
管式陶瓷膜；12
‑
混合腔；13
‑
清液腔；14
‑
浓浆腔
[0028]
a
‑
分离液进口；
[0029]
b
‑
渗透浓浆进口；
[0030]
c
‑
渗透清液出口；
[0031]
d
‑
渗透浓浆出口
具体实施方式
[0032]
下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细的描述，但不作为本实用新型的限定。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
[0033]
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
[0034]
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0035]
目前，在煤气化灰水冷却技术领域，在进行高温高压灰水的高温固液分离和除盐降硬的过程中，普遍存在过滤器处理量不足，动力消耗大，设备投资、占地面积和土建成本增加等问题，为克服上述问题，本实用新型实施例特提供如下技术方案。
[0036]
在介绍本实用新型实施例之前，简单介绍所需运行环境，灰水除灰降硬系统是在高温高压条件下进行的，既满足其运行需求，还能够提高分离效率。另外，文中描述的灰水是具有高温高压的灰水，只有在该条件下，才能够满足除灰降硬系统正常运行及分离的要求。
[0037]
关于文中术语“混合液”做一说明。
[0038]“混合液”在本技术实施例中所表述的意思是两种不同的物质发生化学反应后，或简单混合后形成的液体。例如，在沉降罐1中的灰水与降硬药剂之间发生反应后形成的液体为混合液；另外，由水力旋流器2分离出的分离液在送入错流过滤器3后，与经由错流循环泵5再次泵入错流过滤器3的渗透浓浆之间直接混合形成的液体为混合液。为便于阅读，在下面描述中部分“混合液”并未做进一步的区分，且由于混合液仅作为待处理的液体，其对本技术实施例中结构特征之间的连接关系并不产生实质影响，仅仅出于文字描述简洁的目的做了处理。如果存在未做限定的情况，直接关联上下文的结构特征即可，下同。
[0039]
参见图1，一种灰水除灰降硬系统，其包括：沉降罐1、水力旋流器2、错流过滤器3和错流循环泵5；其中，水力旋流器2分别与沉降罐1和错流过滤器3连通；错流循环泵5与错流过滤器3并联连接，并形成闭环通路；在除灰降硬状态下，灰水在沉降罐1内结晶和沉降后进入水力旋流器2进行分离；通过水力旋流器2分离出的分离液与通过错流循环泵5泵入的渗透浓浆分别进入错流过滤器3，并混合形成混合液，在错流过滤器3内渗透分离后形成渗透清液和渗透浓浆；其中，渗透清液排出后形成高温高压净水；分离后的渗透浓浆的一部分通过错流循环泵5作为错流循环泵5泵入的渗透浓浆再次泵入错流过滤器3。通过本实用新型实施例的灰水除灰降硬系统，能够节省60％左右的热量消耗和4mpa左右的循环动力消耗；同时，大大减小系统的占地面积和土建成本。在本实施例中，通过所述灰水除灰降硬系统，能够通过高温高压除盐降硬和固液分离代替黑水闪蒸和常压絮凝，且能够降低循环能耗和热量损失。另外，通过水力旋流器2与错流过滤器3的串联固液分离组合方式，能够同时满足高固体含量和高分离精度的要求。
[0040]
在本实施例中，沉降罐1主要用于使降硬药剂与灰水均匀混合，在充分混合过程中进行化学反应和结晶，其中，生成的盐结晶在细灰上形成固体沉淀物，从而降低灰水的硬度。例如，通过氢氧化钠(naoh)和磷酸二氢钠(nah2po4)等降硬药剂与灰水中的钙、镁离子进行化学反应生成碳酸盐或磷酸盐等，并结晶沉淀，由于钙、镁离子的减少，进而硬度降低。由于灰水中包含大量细灰等凝结核，使得碳酸盐或磷酸盐结晶在细灰上，进而降低分离难度，减小堵塞风险。
[0041]
在本实施例中，水力旋流器2主要利用分离液的流速在其内形成高速旋转流场，并通过离心力对分离液中固体微粒进行初步分离。特别是，水力旋流器2并不含有运动部件，且结构简单，因此特别适用于高温高压的液固分离。根据模拟和试验的结果，对于大于5微米的固体微粒分离效率能够达到95％。利用水力旋流器2能够大大减少进入错流过滤器3的细灰量，增加错流过滤器3的处理能力。
[0042]
在本实施例中，错流循环泵5为大流量低扬程循环泵，其主要用于为错流过滤器3循环提供动力。水力旋流器2和错流过滤器3均为高温高压设备。
[0043]
在一实施例中，参见图1，所述灰水除灰降硬系统还包括碱液罐6和加料泵7；碱液罐6通过加料泵7与沉降罐1连通，并通过加料泵7将降硬药剂泵入沉降罐1。在本实施例中，可以做如下设置，例如，碱液罐6设置一出口，加料泵7设置一进口和一出口，沉降罐1设置一加药进口；碱液罐6通过其出口与加料泵7的进口连通。碱液罐6设置为常压装置，其主要用于储存降硬药剂(或称作除盐药剂)。加料泵7通过其出口与沉降罐1的加药进口连通。加料泵7主要用于对含有降硬药剂的溶液进行加压，并满足系统运行压力的要求，并为沉降罐1
加料。
[0044]
在一实施例中，参见图1，所述灰水除灰降硬系统还包括卧螺离心机4；卧螺离心机4分别与水力旋流器2和错流过滤器3连通；在除灰降硬状态下，通过水力旋流器2分离出的固体颗粒送入卧螺离心机4；分离后的渗透浓浆的另一部分送入卧螺离心机4，与分离出的所述固体颗粒在卧螺离心机4内进行固液分离。在本实施例中，卧螺离心机4主要用于对来自水力旋流器2的固体颗粒和来自错流过滤器3的渗透浓浆所构成的混合液体做进一步的固液分离，并使分离出的滤饼和废盐达到运输要求，同时，将分离出的清液加以回收循环利用。卧螺离心机4分离出的清液与错流过滤器3渗透出的渗透清液均为高温高压净水，可以回收循环利用。
[0045]
在一实施例中，结合图1和图2，错流过滤器3包括两端设有端盖9的壳体8和陶瓷过滤膜芯10；壳体8与端盖9围成密闭的容置空间；陶瓷过滤膜芯10设于壳体8内，其两端分别朝向端盖9；在除灰降硬的状态下，混合液渗透过陶瓷过滤膜芯10，以成形渗透清液。
[0046]
在一实施例中，陶瓷过滤膜芯10包括至少两根管式陶瓷膜11。
[0047]
在一实施例中，陶瓷过滤膜芯10包括三根管式陶瓷膜11。在本实施例中，管式陶瓷膜的管壁分布有微孔，在压力作用下，混合液在管式陶瓷膜的管腔内流动，渗透清液(或小分子物质)透过管壁上的微孔，渗透浓浆(或大分子物质)被微孔截留，从而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的。管式陶瓷膜具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，详细的有益效果在此不过进一步赘述。
[0048]
在一实施例中，结合图1和图2，所述容置空间顺序分割为混合腔12、清液腔13和浓浆腔14；管式陶瓷膜11的两端分别与混合腔12和浓浆腔14连通；在除灰降硬的状态下，混合液渗透过管式陶瓷膜11形成渗透清液，渗透清液进入清液腔13，并排出壳体8外。在本实施例中，每根陶瓷膜的内径为10mm，长度在1
‑
2m范围内可调，具体结构特征可根据实际需求进行相应的调整，在此不做进一步限定。另外，陶瓷膜的布置可以采用三角形或正方形的布置方式。
[0049]
在一实施例中，结合图1和图2，错流过滤器3包括分离液进口a、渗透浓浆进口b、渗透清液出口c和渗透浓浆出口d；其中，分离液进口a和渗透浓浆进口b分别位于靠近混合腔12的端盖9；渗透清液出口c位于清液腔13的壳体8；渗透浓浆出口d位于靠近浓浆腔14的端盖9；错流过滤器3通过分离液进口a与水力旋流器2连通；错流循环泵5的两端分别与渗透浓浆进口b和渗透浓浆出口d连通；从渗透浓浆出口d流出的渗透浓浆通过渗透浓浆进口b经由错流循环泵5再次泵入错流过滤器3；渗透清液通过渗透清液出口c流出。
[0050]
在本实施例中，在除灰降硬状态下，经由水力旋流器2分离出的分离液通过分离液进口a进入混合腔12，经由错流循环泵5泵入的渗透浓浆通过渗透浓浆进口b进入混合腔12，分离液与渗透浓浆在混合腔12内混合后，形成混合液；混合液进入管式陶瓷膜11，并在管式陶瓷膜11内外压差的驱动下透过管式陶瓷膜11管壁上的微孔渗出管式陶瓷膜11的管腔进入浓浆腔14，然后通过渗透清液出口c排出。由于混合液通过微孔渗透过程中，混合液中的细灰被管式陶瓷膜11截留下来，从而使混合液中的固体浓度不断上升，进而形成渗透浓浆，渗透浓浆在压力作用下，在管式陶瓷膜11的管腔内流动，并从管式陶瓷膜11流出进入浓浆腔14，进一步汇集后自渗透浓浆出口d排出。
[0051]
在上述实施例中，在过滤过程中应保证混合液在管式陶瓷膜11的管腔内具有一定流速，防止混合液中的细灰沉积形成滤饼，进而降低过滤效率。一旦发生细灰沉积形成滤饼的情况，需进行反冲洗。在反冲洗过程中，关闭分离液进口a，反冲液自渗透清液出口c进入，在反向压差的作用下，自管式陶瓷膜11的管腔外渗入管腔内，从而达到冲洗滤饼的作用，冲洗后的渗透浓浆进入浓浆腔14后，自渗透浓浆出口d排出。
[0052]
另外，为了保证较高的过膜流速，会有一部分的渗透浓浆通过错流循环泵5循环加压后通过渗透浓浆进口b进入错流过滤器3，并进行循环。在此，错流过滤器3主要通过利用多根管式陶瓷膜11形成错流过滤方式，既能达到截留水力旋流器2无法分离的细小固体颗粒，又能在管式陶瓷膜11的管腔内，通过混合液的较高流速来防止滤饼沉积，达到在高温高压下进行液固分离的目的。
[0053]
在一实施例中，参见图1，水力旋流器2包括一混合灰水进口(图中未示出)、溢流清液出口(图中未示出)和底流浓浆出口(图中未示出)；水力旋流器2通过所述混合灰水进口与沉降罐1的混合灰水出口对应连通；水力旋流器2通过分离液出口与错流过滤器3的分离液进口a相连；水力旋流器2通过底流浓浆出口与卧螺离心机4的底流浓浆进口相连。
[0054]
在一实施例中，水力旋流器2包括并联设置的至少两个旋流子(图中未示出)。水力旋流器2通常采用多个旋流子并联组合方式，例如，多个旋流子采用圆周或放射并联排列，分离液通过每个旋流子的进口进入其内腔，而后每个旋流子的上、下出口分别汇集后排出。关于旋流子的具体结构在此不做进一步描述，例如，其包括中心管及上总管、下总管，分离液自中心管流入每个旋流子的进口，经过分离后汇集到上总管、下总管，并通过上、下出口排出。在本实施例中，旋流子可以设置为圆周并联或线性并联，保证每个旋流子的流速均等，增加旋流子的分离效率。
[0055]
为了充分理解本实用新型实施例的灰水除灰降硬系统的技术方案，以及为了清晰理解除灰降硬的详细过程，特别地，将在下面结合图1和图2，通过划分具体步骤加以说明，具体如下：
[0056]
第一步，灰水从外部管网进入沉降罐1，与来自从碱液罐6并通过加料泵7泵入沉降罐1的降硬药剂进行充分混合并发生化学反应，形成混合液；
[0057]
第二步，混合液送入水力旋流器2，在离心力的作用下分离成分离液和固体颗粒；其中，分离液送入错流过滤器3，固体颗粒送入卧螺离心机4；
[0058]
第三步，分离液与通过错流循环泵5泵入的渗透浓浆分别进入错流过滤器3，并混合形成混合液；
[0059]
第四步，混合液在错流过滤器3进行渗透分离，一部分以渗透清液的方式排出，一部分以渗透浓浆的方式排出；
[0060]
第五步，前一步中的渗透浓浆，其中，一部分通过错流循环泵5再次泵入错流过滤器3；一部分送入卧螺离心机4，与固体颗粒进行混合；
[0061]
第六步，渗透浓浆与固体颗粒在卧螺离心机4混合后，被分离；其中，一部分以清液的形式排出；一部分以滤饼和废盐的形式排出。
[0062]
经过上述步骤后，除灰降硬的流程结束。
[0063]
此外，尽管在此描述了说明性的实施例，但是范围包括具有基于本公开的等效要素、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方案的组合)、调整或变更的任何和所有实施
例。权利要求中的要素将基于权利要求中使用的语言进行宽泛地解释，而不限于本说明书中或在本技术的存续期间描述的示例。此外，所公开的方法的步骤可以以任何方式进行修改，包括通过重新排序步骤或插入或删除步骤。因此，意图仅仅将描述视为例子，真正的范围由以下权利要求及其全部等同范围表示。
[0064]
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述之后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。而且，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未请求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。因此，以下权利要求作为示例或实施例结合到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定本实用新型的范围。