直燃式喷雾脱盐方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种直燃式喷雾脱盐方法及装置，属于海水及污水脱盐领域，包括步骤：1）向一绝热空间内喷火；2）使含盐液体喷雾进入绝热空间内并与火焰及热空气对流；3）回收上升的混合气；4）回收下降的固体物质。直燃式喷雾脱盐装置包括壳体，壳体上安装至少一组燃烧器，壳体内设置有喷雾系统，壳体底部设有落料口，壳体上部连接混合气回收系统。本发明使溶液与溶质分离彻底，淡水回收率高，低碳、低能耗，可广泛用于海水淡化及含盐污水处理特别是含聚、含油、含盐废水的高效处理。
【专利说明】直燃式喷雾脱盐方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直燃式喷雾脱盐方法及装置，属于海水及污水脱盐领域。
【背景技术】
[0002]海水脱盐的方法有多种，但却只是浓缩，不能实现溶液溶质(固/液)彻底分离，淡水回收率低，约为35%-50%，并且产生回排卤水造成环境污染。美国国际水能公司发明一种快速喷雾蒸发/蒸馏，简称RSE，利用低温喷雾干燥技术，实现了(固/液)分离析盐，但仍然存在着效率低、成本高、应用不广泛的局限性。[0003]另外，由于高盐污水对生物渗透压高，造成生化处理困难，成为世界污水行业的难题，特别是含聚、含油、含有毒物质之水的处理，工序繁琐、能耗高、效果差等问题。还有一种浸没燃烧法，属于锅炉低污染高效的蒸馏技术，但也不能实现(固/液)彻底分离。
[0004]采油过程中，原油需经脱水处理，采出的废水经处理后回注到井内，一方面避免采出水污染环境，另一方面避免油层压力下降过大，保障油田开发的可持续性。现有的废水处理技术不能有效的将废水中的悬浮物和油等分离出来，容易造成注水井和油层堵塞，影响生产进程和生产安全。
【发明内容】
[0005]根据以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是:提供一种直燃式喷雾脱盐方法，使溶液与溶质分离彻底，淡水回收率高，低碳、低能耗，可广泛用于海水淡化及含盐污水处理。
[0006]本发明的另一目的是:提供一种直燃式喷雾脱盐装置，结构简单，设计合理，分离析盐效率高。
[0007]本发明所述的直燃式喷雾脱盐方法，包括以下步骤:
[0008]I)向一绝热空间内喷火；2)使含盐液体喷雾进入绝热空间内并与火焰及热空气对流；3)回收上升的混合气；4)回收下降的固体物质。
[0009]步骤2)中喷雾粒径为50 μ m-1000 μ m,喷雾压力为0.3Mpa_10Mpa。
[0010]步骤3)中混合气经过滤固体物后，进入换热器换热冷凝成淡水回收。
[0011]所述的绝热空间内工作温度为80°C -800°C。
[0012]含盐液体喷入绝热空间内雾化，雾滴在与火焰混流的过程中得到充分均匀加热，在80°C -800°C下，液体气化为蒸汽上升，雾滴中的溶质干燥收缩，在重力作用下下降，使大部分溶液与溶质分离。同时，在高温火焰烟气与雾滴对流中，雾滴中可燃烧的油或聚合物等在高温下进行充分燃烧，产生的热量转化为热能，生成的二氧化碳及水随水蒸汽上升，实现除油、除聚、消毒的目的。上升的混合气中含有少量的固体成分，通过固体拦截装置将固体成分去除，从而使固体溶质与溶液分离较为彻底，经分离后的混合气进入换热器，水蒸汽冷凝成淡水后回收，不凝气体作为废气可进入下一工序处理。换热介质可以为预处理含盐液体或燃烧用风，当用于常温介质如海水等的脱盐时混合气与预处理介质换热，介质进行预加热。用于高温介质脱盐时，混合气与燃烧进风换热，以达到预热进风的目的，使热能被循环利用。在空间高度上，火焰与雾滴优选形成火下水上的换热结构形式，以提高换热效率。下降的固体物质经换热后回收。
[0013]与现有技术相比，本直燃式喷雾脱盐方法的有益效果是:
[0014]本直燃式喷雾脱盐方法通过燃烧及气化，使含盐溶液中的溶质与溶液分离彻底，处理后的淡水质量高，淡水回收率高，达到95%，单位能耗低，低碳环保，可广泛用于海水淡化特别是含聚、含油、含盐废水的高效处理。
[0015]本发明所述的直燃式喷雾脱盐装置，包括壳体，壳体上安装至少一组燃烧器，壳体内设置有喷雾系统，壳体底部设有落料口，壳体上部连接混合气回收系统。
[0016]壳体内部形成燃烧蒸发室，通过燃烧器向燃烧蒸发室内喷火，可以是多组燃烧器直接固定安装在壳体上，通过壳体上的喷火孔喷火，一层或多层均匀分布燃烧器，也可以是一组或多组燃烧器，通过与壳体内相通的喷火管口向燃烧蒸发室内喷射火焰。另外，还可以采用锅炉烟道气，将高温烟气输送到燃烧蒸发室内。通过喷雾系统将含盐液体喷入燃烧室内，形成雾滴，雾滴与火焰热空气换热蒸发后，固体盐等物质进入壳体底部的落料口回收，混合气经上方的混合气回收系统处理后回收淡水。
[0017]所述的混合气回收系统包括通过管道依次连接的固体拦截装置、换热器及淡水回收装置，固体拦截装置包括至少一层拦截网，拦截网上方设置反冲洗喷淋嘴，固体拦截网可以选择玻璃纤维、碳纤维、金属丝网、硅酸铝棉等材料的过滤网或过滤膜，将混合气中的固体物过滤掉，使用一段时间后，通过反冲洗喷淋嘴将附在其上的固体物冲洗掉，避免堵塞。
[0018]所述的壳体由内侧 的内壁层、外侧的外护层及填充在内壁层与外护层之间的绝热夹芯层组成，内壳层可以是金属材料，如碳钢或不锈钢、铝合金；也可以是非金属无机材料，如混凝土、有机塑料或玻璃钢复合材料等，有耐腐与耐热的功能需求；外护层主要是对绝热夹芯层的外防护作用，可以是金属或塑料或复合材料；绝热夹芯层可以是各种有机无机的绝热材料，或者有无机材料的复合材料，如I3U聚氨脂泡沫、玻璃棉、硅酸铝棉等材料，壳体可采用多种结构形式，如立式、卧式，也可以是管道式、塔式，形状可以为方形或圆形等，还可以采用多个串并联结构。
[0019]所述的喷雾系统包括喷雾嘴、喷管及输送装置，喷雾嘴间隔布置在喷管上，喷管与输送装置连接，喷管沿环向、横向或纵向分布在壳体围成的燃烧蒸发室内，喷管可单支或多支排列，可以是中央施压多个喷雾嘴，也可以多个单元独立施压喷雾嘴。
[0020]所述的喷雾嘴安装在对应的燃烧器上方，形成火下水上的换热结构，提高换热效率。喷雾嘴可分布在一个层面或多个层面，相应的燃烧器可分布在一个层面或多个层面，每个层面可以是一个或多个喷雾嘴或燃烧器，燃烧器可以是多嘴中央喷射，也可以是多单元独立机构。
[0021]还包括中央控制系统，中央控制系统连接温度传感器、压力传感器、流量传感器及变频器，实现自动控制最佳效率。
[0022]用于海水淡化或污水处理时，通过燃烧蒸发室使溶液与溶质分离，混合气经拦截网过滤掉固体物后，进入换热器换热，水蒸气经换热后冷凝成淡水回收，不凝气当做废气排入下一处理工序。
[0023]用于采油污水回注时可不用换热器，将烟气、蒸汽的混合气经蒸汽机械压缩机压缩直接注井。用于多效浓缩时为下级提供热源。
[0024]本直燃式喷雾脱盐装置的有益效果是:
[0025]本直燃式喷雾脱盐装置结构简单，设计合理，通过燃烧器与喷雾系统，使溶液与溶质彻底分离，分离析盐效率高；可选用多种不同的结构形式，制造方便；可广泛用于海水淡化、含盐污水处理及采油污水处理等，处理效果好。
【专利附图】
【附图说明】[0026]图1是本发明结构示意图；
[0027]图2是壳体结构示意图；
[0028]图3是喷雾燃烧系统示意图；
[0029]图4是喷雾燃烧系统实施例5示意图；
[0030]图5是本发明实施例6结构示意图；
[0031]图6是本发明实施例7结构示意图。
[0032]图中:1、壳体；2、燃烧器；3、喷雾嘴；4、拦截网；5、反冲洗喷淋嘴；6、换热器；7、风机；8、废气过滤器；9、淡水回收装置；10、储液装置；11、输泵；12、喷管；13、落料口 ；14、注井口 ；101、内壁层；102、绝热夹芯层；103、外护层。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明。
[0034]实施例1
[0035]本直燃式喷雾脱盐方法，按以下步骤进行:1)向一绝热空间内喷火，使温度达到80°C ；2)使含盐液体喷雾进入绝热空间内并与火焰对流，喷雾压力为lOMpa，喷雾粒径50 μ m ；3)将上升的混合气经过滤网过滤掉固体物后，通入换热器进行换热冷凝，冷凝后的淡水回收，不凝气作为废气排出进行常规处理，含盐液体喷雾前进入换热器换热以提高进入温度；4)以固盐为主的固体物质经传送机构输出。
[0036]实施例2
[0037]按以下步骤进行:1)向一绝热空间内喷火，使温度达到800°C;2)使含盐液体喷雾进入绝热空间内并与火焰混流，喷雾压力为0.3-0.5Mpa，喷雾粒径900-1000 μ m ;3)将上升的混合气经过滤网过滤掉固体物后，通入换热器进行换热冷凝，冷凝后的淡水回收，不凝气作为废气排出进行常规处理，含盐液体喷雾前进入换热器换热以提高进口温度；4)以固盐为主的固体物质经传输机构输出。
[0038]实施例3
[0039]按以下步骤进行:1)向一绝热空间内喷火，使温度达到300°C;2)使含盐液体喷雾进入绝热空间内并与火焰混流，喷雾压力为3.0-4.0Mpa,喷雾粒径400-500 ym；3)将上升的混合气经过滤网过滤掉固体物后，通入换热器进行换热冷凝，冷凝后的淡水回收，不凝气作为废气排出进行常规处理，含盐液体喷雾前进入换热器换热以提高进入温度；4)以固盐为主的固体物质经传送机构输出。
[0040]通过实施例1~3，当燃烧功率在3000kw时，燃烧效率≥98%，介质处理(海水或热污水)量100-150T/n，处理介质含盐范围TDSl%-20%，单位能耗成本4.0-8RMB/m3,淡水质量(TDS)^ 5mg/L，蒸汽烟气温度 150°C _550°C，废气排放 GB17820_1999N0X、S02、TSP 达标，析盐(固废)量1.5-30T/n。
[0041]实施例4
[0042]如图1所示，本直燃式喷雾脱盐装置，包括壳体1，壳体I为立式，其内部为燃烧蒸发室，壳体I上安装燃烧器2，燃烧器2通过壳体上的喷火孔喷火，也可以通过与壳体I内相通的喷火管口向燃烧蒸发室内喷射火焰。燃烧器的燃料可以是气体燃料，如煤气、沼气、石油液化气、天然气等，也可以是液体燃料，如乙醇、甲醇、燃料油、煤液化燃料等。壳体I内设置有喷雾系统，喷雾系统包括喷雾嘴3、喷管12，喷雾嘴3均匀布置在喷管12上，喷雾嘴3可选择不锈钢、陶瓷等多种耐腐耐温材质，喷管12与输泵11连接，通过输泵11输送含盐液体介质，喷管12沿纵向分布在壳体I围成的燃烧蒸发室内。壳体I底部设有落料口 13，落料口 13为锥形或V型，其出口连接运输机构，传输机构可选用螺旋绞笼或输送带式传输机构，将干燥的固盐输出。壳体I上部连接混合气回收系统，包括通过管道依次连接的固体拦截装置、换热器6及淡水回收装置9，固体拦截装置包括至少一层拦截网4，本实施例设置两层，拦截网4上方设置反冲洗喷淋嘴5，喷淋嘴5连接输泵11，换热器6还连接风机7，废气过滤器8，通过风机7将换热器6中的不凝废气抽出，经废气过滤器8过滤后排出。储液装置10可以为压水罐，通过管路与换热器6连接，待处理废液经换热后进入燃烧蒸发室。
[0043]如图2所示，壳体I由内侧的内壁层101、外侧的外护层103及填充在内壁层101与外护层103之间的绝热夹芯层102组成，利用IOmm厚度的SUS304不锈钢板材卷制焊接成直径X长度=3000mmX 20000mm的圆形罐体，两端为高度5000mm锥体，上锥体口直径为120mm，下锥口直径为800m，为燃烧蒸发室的内壁层101，下锥口 Φ800πιπι为固盐落料口 13，上锥口 Φ 1200mm为蒸汽烟气排口安装有二道玻璃纤维材质的固体物拦截网4，规格为直径X厚度=1200mmX 150mm，燃烧蒸发室罐体留有燃烧器2安装喷火孔。绝热夹芯层102用IOOmm硅酸铝棉板贴罐壁安装固定，然后喷涂I3U泡沫，厚度50mm，绝热夹芯层102总厚度为150mm，传热系数≤0.15w/m2k，外护层103做三胶二布玻璃钢FRP。
[0044]如图3所示，在燃烧蒸发室3000mmX 20000mm的空间中，安装10层燃烧器，每层成120度角固定三个油气两用燃烧器(或BT、DSN、COMIST) 30台。罐内喷火管长度250mm，喷焰长度900-1200 (mm)，最大焰径≤1000，总功率100_300kwX 30=3000kw，底层安装于下锥
变径上沿，每层燃烧器2为错位安装。
[0045]喷雾系统的喷管为SUS304 (316) Φ89mmX8mm，为竖向三根成120度，喷管长度1800mm，在距下锥变径上沿燃烧器2上方1000mm，三根喷管12安装上锥体部吊装或下锥体撑装固定，有多道与罐壁的同心支撑，喷雾嘴3的喷向以均匀在燃烧蒸发室I空间内分布。
[0046]喷雾压力可控制在0.5_5Mpa，单嘴流量40_100kg/n，喷雾粒径80-500 μ m,喷嘴管3可与喷管12并联用电磁阀控制定时反冲洗。
[0047]还包括中央控制系统，中央控制系统连接温度传感器、压力传感器、流量传感器及变频器，以检测燃烧蒸发室内的温度、压力及液体流量等信息，实现自动控制。
[0048]用于海水淡化或常温介质脱盐时，通过燃烧蒸发室使溶液与溶质分离，混合气经拦截网4过滤掉固体物后，进入换热器6换热，水蒸气经换热后冷凝成淡水回收，不凝气通过风机7牵引经废气过滤器8过滤后排出，将预处理介质通入换热器6内与混合气换热，起到预热效果。[0049]用于热污水处理时使用气/风显热换热器，加热新风送入燃烧器2内提高助燃风温度。
[0050]用于油田热采时，直接或通过烟气压缩机将蒸汽与烟气混合气通过注井口 14送入注井，同时产生浓盐水直接压井回用，无须析盐。
[0051]如果采用多级多效偶合处理时，高温烟气与蒸汽混合烟气为下级浓缩做热源。
[0052]实施例5
[0053]如图4所示，喷管12可单支横向安装在燃烧蒸发室内，其余同实施例4。
[0054]实施例6
[0055]如图5所示，壳体I采用口径2000mm、壁厚IOmm的Q235碳钢管道，内壁用耐高温防腐胶泥做处理，管道长度可以要100m-200m (可以考虑设置澎胀节)，管外用岩棉保温层200mm,在其外套装抗光老化PE或PVC外护材料，管道两端封堵。
[0056]在底部设置固废或浓盐水收集机构，顶部开孔连接冷凝换热器6，混合气输送管道内安装固盐拦截网4及反冲洗喷淋嘴5,开孔Φ 500mm-1000mm,孔距5000mm-10000mm,也可以安装二至三层燃烧器，底上两侧或一侧留有安装油气两用燃烧器(或锅炉烟道气进气管)的通孔，在中上部可安装喷管12管道，可纵向或横向安装一或多根喷管12，如横向管距2000mm-3000mm,垂直 上下管距1000mm-2000mm设置，喷雾嘴3密度为1_3个/m3。燃烧器2的功率台数与喷雾嘴3流量及压力可根据需要配置。
[0057]由蒸汽烟气输道管道送出的蒸汽烟气，可以集中换热冷凝处理，也可以多单元换热器进行处理。喷雾系统也是可以多单元泵输，也可以中央一泵多管；卧式壳体I可以根据需要制作任意长，也可以并联多条组成淡化方阵。
[0058]实施例7
[0059]如图6所示，利用100_X120_X2.5mm的镀锌矩形管或50_X120_X2.5mm的C型镀锌型钢，用钢量30-40kg/m2，制造成3000mmX 5000mm (宽X高)的轻钢框架。在钢构内测固定SUS306不锈钢与玻璃棉夹芯复合板，厚度为150mm，在钢板外侧安装固定彩钢夹芯EPS复合板，两端封堵，制作成壳体1，其余同实施例6。
[0060]与传统含油含聚含盐污水的处理相比，本发明一道处理工艺替代了多道除聚除油等复杂工艺，并且将废聚废油进行燃烧产生热量转为生产资料。及改变不能直接产生析盐和固废的不足，减少了锅炉的能耗投资及污染。处理的淡水不仅达到排放标准，而且可以达到回用标准。
【权利要求】
1.一种直燃式喷雾脱盐方法，其特征在于包括以下步骤: 1)向一绝热空间内喷火； 2)使含盐液体喷雾进入绝热空间内并与火焰及热空气对流； 3)回收上升的混合气； 4)回收下降的固体物质。
2.根据权利要求1所述的直燃式喷雾脱盐方法，其特征在于:步骤2)中喷雾粒径为50 μ m-1000 μ m,喷雾压力为 0.3Mpa-10Mpao
3.根据权利要求1所述的直燃式喷雾脱盐方法，其特征在于:步骤3)中混合气经过滤固体物后，进入换热器换热冷凝成淡水回收。
4.根据权利要求1~3任一所述的直燃式喷雾脱盐方法，其特征在于:所述的绝热空间内工作温度为80°C -800°C。
5.一种直燃式喷雾脱盐装置，包括壳体(1)，其特征在于:壳体(1)上安装至少一组燃烧器(2)，壳体(1)内设置有喷雾系统，壳体(1)底部设有落料口( 13)，壳体(1)上部连接混合气回收系统。
6.根据权利要求5所述的直燃式喷雾脱盐装置，其特征在于:所述的混合气回收系统包括通过管道依次连接的固体拦截装置、换热器(6)及淡水回收装置(9)，固体拦截装置包括至少一层拦截网(4)，拦截网(4)上方设置反冲洗喷淋嘴(5)。
7.根据权利要求5所述的直燃式喷雾脱盐装置，其特征在于:所述的壳体(1)由内侧的内壁层(101 )、外侧的外 护层(103)及填充在内壁层(101)与外护层(103)之间的绝热夹芯层(102)组成。
8.根据权利要求5所述的直燃式喷雾脱盐装置，其特征在于:所述的喷雾系统包括喷雾嘴(3)、喷管(12)及输送装置，喷雾嘴(3)间隔布置在喷管(12)上，喷管(12)与输送装置连接，喷管(12)沿环向、横向或纵向分布在壳体(1)围成的燃烧蒸发室内。
9.根据权利要求8所述的直燃式喷雾脱盐装置，其特征在于:所述的喷雾嘴(3)安装在对应的燃烧器(2)上方。
10.根据权利要求5~9任一所述的直燃式喷雾脱盐装置，其特征在于:还包括中央控制系统，中央控制系统连接温度传感器、压力传感器、流量传感器及变频器。
【文档编号】C02F1/12GK103818976SQ201410050884
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2014年2月14日
【发明者】许刚, 窦小琳, 高俊民, 窦效龙, 许雁飞, 杨新泉, 张景南 申请人:北京运特科技有限公司