污水蒸发浓缩装置及其操作方法与流程

本发明涉及蒸发浓缩装置，具体涉及一种用于废水污水处理的蒸发浓缩装置及其操作方法。

背景技术

近年来，随着工业化生产的迅速发展，环境污染日益加剧，因此国家越来越重视环境治理，对工业三废的排放管制日趋严厉，对于废水的排放标准也越来越高，蒸发浓缩系统常被用于废水的处理中。蒸发技术作为一种热分离技术，主要是根据溶剂和溶质挥发性不同的特性，进行溶液浓缩，或溶剂回收与提纯，同时也是结晶操作的前处理过程。现有的蒸发器正是利用这样的原理，将污水废水中的污染物与水分离。在蒸发过程中，污染物保留在浓缩液中，水蒸气经冷凝处理回收。然而，现有的用于工业废水处理的蒸发设备存在蒸发效率低的缺点。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供一种污水蒸发浓缩装置，该装置可以应用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域，只在启动时需要消耗少量的电能，就可以将各种污水废水蒸发浓缩同时产生净水用于循环利用，是一种节能环保型装置。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种污水蒸发浓缩装置，包括蒸发器、压缩机、加热器、抽空罐、净水箱和污水箱，所述蒸发器内设有换热器，所述净水箱内设有污水预加热器，所述污水箱内设有热回收换热器，所述污水箱中的污水通过污水泵进入净水箱内的污水预加热器预加热后，通过管路进入蒸发器内，污水在蒸发器内被加热为蒸汽后通过管路依次进入压缩机和加热器，蒸汽在加热器中被冷凝为冷凝水后排入抽空罐，所述抽空罐顶部设有排气阀用于排放不凝气，其底部设有排水阀用于将冷凝水排入至净水箱，净水箱中的水通过净水泵泵入污水箱中的热回收换热器被换热后排出，所述蒸发器和加热器之间通过循环泵形成污水循环回路。

优选地，还设有缓冲液包，从污水箱中的热回收换热器中排出的净水部分进入缓冲液包，并通过缓冲液包分为两路，一路喷入压缩机，另一路喷入加热器。

优选地，所述换热器为电加热器，所述蒸发器上部设有捕沫器用于去除蒸汽中携带的液滴。

优选地，所述蒸发器内设有曝气管，所述加热器中部分高温高压气体通过曝气管回到蒸发器内，所述循环泵的前端设有过滤器。

优选地，所述抽空罐和净水箱上都设有液位计用于控制内部的液位高度。

优选地，所述抽空罐内的不凝气通过排气阀进入净水箱换热后，通过净水箱顶部的排气口排出。

优选地，所述抽空罐内设有冷凝管，从热回收换热器排出的净水一部分进入冷凝管内被加热后，再通过管路返回至净水箱内。

本发明还提供一种污水蒸发浓缩装置的操作方法，步骤如下：

步骤一：蒸发器进污水：污水泵从污水箱中将污水抽出，先经过净水箱中的污水预加热器预热后输送至蒸发器；

步骤二：开机前预加热：将蒸发器中的电加热器、压缩机和循环泵同时开启，电加热器直接加热污水至预设温度，同时压缩机将蒸发器中的空气吸入压缩机中压缩；然后压缩机吸入污水蒸发后的低温低压气体，通过电机的运转对其进行压缩后，排出高温高压的气体；

步骤三：加热器内换热：高温高压的气体进入加热器中，循环泵将蒸发器中的低温污水抽入至加热器中吸收加热器中高温气体的热量，被加热后的污水再次回到蒸发器中，并一直循环运行，在此过程中，加热器中会聚集不凝气，不凝气通过管路进入抽空罐；

步骤四：电加热器停止：当蒸发器中污水到达预设温度时，整个装置进入正常运行的状态，电加热器停止工作，蒸发器中所需的能量靠压缩机和加热器来供给；

步骤五：冷凝水进入抽空罐：加热器中高温高压的气体被低温污水冷凝为液体，冷凝水通过管路流入到抽空罐，当抽空罐中的液位到达预设位置时通过排水阀排入净水箱，抽空罐中不凝气通过排气阀进入净水箱的底部，被净水箱中的水吸热后，通过净水箱上的排气口排出；

步骤六：污水预热：净水箱中的水位到达一定位置后，净水泵开启，将净水泵入污水箱中的热回收换热器中，而将其热量换给污水，回收一部分热量，降低热源的消耗；

步骤七：净水排出：被换热后的净水流出后一部分进入抽空罐中的冷凝管中，吸收抽空罐中蒸汽的热量，加快蒸汽的冷凝，吸收热后的水又重新流回净水箱中；一部分排出装置外部，排出的净水为蒸馏水可直接被循环利用，也可以直接排放。

优选地，在步骤七中，还有一部分的净水流入缓冲液包，在缓冲液包内分为两路，一路喷入压缩机用于降低压缩机的排气温度，另一路喷入加热器用于降低加热器中的蒸汽温度，以防蒸汽温度高于饱和温度。

优选地，在步骤三中，加热器中的高温高压气体一部分通过曝气管再回到蒸发器的底部，进一步对污水加热。

本发明的有益效果是：

1)在正常运行时，污水经过两道预热后进入蒸发器，首先污水箱中的污水通过热回收换热器内的温度较高的净水进行预热，经过第一道预热后的污水再通过污水泵泵入净水箱中的污水预加热器进行进一步的升温，最后才进入蒸发器；因而达到了两个目的，其一，升高了需要净化的污水的进水温度，降低了能耗；其二，回收了净水中的能量，且提高了降温后净水对加热器、压缩机的冷却效果；

2)本装置中设有抽空罐，抽空罐上端与加热器相连，加热器中的净水和不凝气进入抽空罐，其下端通过电磁阀与净水箱相连，用以向净水箱内排放净水，同时还通过排气阀连接净水箱的底部，用以向净水箱内排入不凝气，不凝气在净水箱内换热后通过净水箱上部的排气口排出，因此利用抽空罐可以连续地将系统中的不凝性气体排出，从而提高了系统运行的可靠性和效率；

3)本装置中，蒸发器产生的低位蒸汽经压缩机压缩，把电能转换成热能，蒸汽的温度、压力提高，热焓增加，加热器中的高温高压蒸汽部分通过曝气管重新进入蒸发器的加热室作为热源，充分利用蒸汽的潜热，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水，达到了废水污水净化的功能。在本系统中原来要废弃的蒸汽得到了充分的利用，回收了潜热，提高了热效率，因此除开机启动外，整个蒸发过程中无需额外热源，本装置是一种节能经济的环保装置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：10-蒸发器，11-换热器，12-捕沫器，13-曝气管，14-循环泵，15-过滤器，20-压缩机，30-加热器，40-抽空罐，41-冷凝管，42-液位计，43-排气阀，44-排水阀，50-净水箱，51-污水预加热器，52-净水泵，60-污水箱，61-热回收换热器，62-污水泵，70-缓冲液包。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，一种污水蒸发浓缩装置，包括蒸发器10、压缩机20、加热器30、抽空罐40、净水箱50和污水箱60，所述蒸发器10内设有换热器11，所述净水箱50内设有污水预加热器51，所述污水箱60内设有热回收换热器61，所述污水箱60中的污水通过污水泵62进入净水箱内的污水预加热器51预加热后，通过管路进入蒸发器10内，污水在蒸发器10内被加热为蒸汽后通过管路依次进入压缩机20和加热器30，蒸汽在加热器30中被冷凝为冷凝水后排入抽空罐40，所述抽空罐40顶部设有排气阀43用于排放不凝气，其底部设有排水阀44用于将冷凝水排入至净水箱50，净水箱中的水通过净水泵52泵入污水箱中的热回收换热器61被换热后排出，所述蒸发器10和加热器30之间通过循环泵14形成污水循环回路。本发明可应用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域，只需要启动时较少的电能消耗，就可以将各种污水废水蒸发浓缩同时产生净水用于重复再利用，启动时，利用电加热器对污水进行加热使之产生低温低压的蒸汽，再通过压缩机将该蒸汽压缩为高温高压的蒸汽，从而进入正常运行，正常运行过程中，低温污水回收高温高压蒸汽中的能量加热为低温低压蒸汽，而不需要额外的能力进行加热，系统采用多重热回收对蒸汽的热量进行回收和不凝气收集排放设计，整个装置具有结构简单、可靠性高、运行费用低、适用条件广、占地面积小等特点，是一种节能经济的环保装置。

更佳地，本发明中还设有缓冲液包70，从污水箱中的热回收换热器61中排出的净水部分进入缓冲液包70，并通过缓冲液包分为两路，一路喷入压缩机20，另一路喷入加热器30。被冷却后的低温净水喷入压缩机20内用于降低压缩机的排气温度，压缩机长期工作下排气温度过高影响它的使用寿命，所以用净水给它降温有利于延长压缩机的使用寿命；净水去往加热器30用于给加热器中的蒸汽降温，因加热器中的蒸汽不停加热，温度会高于饱和温度，所以给它降温以保证其温度低于饱和温度。

其中，所述换热器11为电加热器，所述蒸发器10上部设有捕沫器12用于去除蒸汽中携带的液滴。所述蒸发器10内设有曝气管13，所述加热器30中部分高温高压气体通过曝气管回到蒸发器内，所述循环泵14的前端设有过滤器15。加热器中的高温气体回到蒸发器内用于进一步加热污水，降低能源的消耗，节约加热成本。所述抽空罐40和净水箱50上都设有液位计42用于控制内部的液位高度。当液位计显示抽空罐40中的液位到达预设液位时，系统控制排水阀打开，将抽空罐中的净水排入净水箱中；当液位计显示净水箱中的液位到达预设液位时，系统控制净水泵52启动将净水泵出。

其中，所述抽空罐40内的不凝气通过排气阀43进入净水箱50换热后，通过净水箱50顶部的排气口排出。在运行过程中，加热器30会凝集不凝性气体(不凝气)，不凝气会影响加热器的换热效果，因此不凝气会被排入抽空罐40内，再通过抽空罐顶部的排气阀排入净水箱中，不凝气的热量被净水箱中的水吸收后再排出，进一步提高了热量的回收率。所述抽空罐40内设有冷凝管41，从热回收换热器61排出的净水一部分进入冷凝管41内被加热后，再通过管路返回至净水箱50内。利用净水箱中的冷水与抽空罐内的不凝气和蒸汽进行换热，加热蒸汽的冷凝，吸收热量后的水再次回到净水箱内。

本发明的操作过程：步骤如下：如图1所示，图中的箭头为管道内流体的流动方向；

步骤一：蒸发器进污水：污水泵62从污水箱60中将污水抽出，先经过净水箱中的污水预加热器51预热后输送至蒸发器10；

步骤二：开机前预加热：将蒸发器10中的电加热器、压缩机20和循环泵14同时开启，电加热器直接加热污水至预设温度，同时压缩机20将蒸发器中的空气吸入压缩机中压缩；然后压缩机吸入污水蒸发后的低温低压气体，通过电机的运转对其进行压缩后，排出高温高压的气体；采用电加热器取热比较环保；压缩机吸入蒸发器中的空气，使得蒸发器内形成真空，蒸发器中污水的沸点温度会降低，从而节约了加热成本；

步骤三：加热器内换热：高温高压的气体进入加热器30中，循环泵14将蒸发器10中的低温污水抽入至加热器中吸收加热器中高温气体的热量，被加热后的污水再次回到蒸发器10中，并一直循环运行，在此过程中，加热器30中会聚集不凝气，不凝气通过管路进入抽空罐40；加热器中的气体进行热交换时大多数气体被冷凝成液体，但有一部分的不凝气无法冷凝，不凝气排入抽空罐通过排气阀排出，否则会影响加热器的换热效果；在本步骤中，加热器30中的高温高压气体还有一部分通过曝气管13再回到蒸发器10的底部，进一步对污水加热；从而维持污水的沸腾状态，使得系统持续运行，因而降低能源的消耗，节约加热成本；

步骤四：电加热器停止：当蒸发器10中污水到达预设温度时，整个装置进入正常运行的状态，电加热器停止工作，蒸发器10中所需的能量靠压缩机20和加热器30来供给；

步骤五：冷凝水进入抽空罐：加热器30中高温高压的气体被低温污水冷凝为液体，冷凝水通过管路流入到抽空罐40，当抽空罐中的液位到达预设位置时通过排水阀44排入净水箱50，抽空罐中不凝气通过排气阀43进入净水箱的底部，被净水箱中的水吸热后，通过净水箱上的排气口排出；不凝气在排放之前，净水箱中的净水吸收其内部的热量，回收一部分的热量，提高了系统的热量利用率；

步骤六：污水预热：净水箱50中的水位到达一定位置后，净水泵52开启，将净水泵入污水箱60中的热回收换热器61中，而将其热量换给污水，回收一部分热量，降低热源的消耗；在正常运行时，污水经过两道预热后进入蒸发器，首先污水箱中的污水通过热回收换热器61内的温度较高的净水进行预热，其中热回收换热器为盘管，盘管外浸没污水，盘管内走净水，经过第一道预热后的污水再通过污水泵62泵入净水箱中的污水预加热器51进行进一步的升温，其中污水预加热器为盘管，盘管浸没在净水中，盘管内走污水，污水吸收净水的能量，最后才进入蒸发器；因而达到了两个目的，其一，升高了需要净化的污水的起始温度，降低了能耗；其二，回收了净水中的能量，且提高了降温后净水对加热器、压缩机的冷却效果；

步骤七：净水排出：被换热后的净水流出后一部分进入抽空罐40中的冷凝管41中，吸收抽空罐中蒸汽的热量，加快蒸汽的冷凝，吸收热后的水又重新流回净水箱中；一部分排出装置外部，排出的净水为蒸馏水可直接被循环利用，也可以直接排放。(其中冷凝管为盘管，从热回收换热器中出来的部分净水进入冷凝管，吸收外部蒸汽的能量，污水废水经过该设备后被净化为蒸馏水可用于生产生活，因此在整个过程中，只在装置启动时需要消耗少量的电能用于污水加热，正常运行后利用设备的内部热能回收就可以将污水废水蒸发浓缩同时产生净水用于重复利用，经济节能；在本步骤中，还有一部分的净水流入缓冲液包70，在缓冲液包内分为两路，一路喷入压缩机20用于降低压缩机的排气温度，另一路喷入加热器30用于降低加热器中的蒸汽温度，以防蒸汽温度高于饱和温度。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。