СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ Советский патент 1996 года по МПК B01D1/26 

Изобретение относится к способам эксплуатации выпарных установок, используемых для переработки сточных вод промышленных предприятий, шахтных вод и других малоконцентрированных растворов.

Целью изобретения является снижение затрат на выпаривание.

На фиг. 1 приведена схема, иллюстрирующая реализацию предлагаемого способа; на фиг. 2 пример применения заявляемого способа.

Заявляемый способ реализуется на выпарной установке, включающей испаритель 1, выполненный в виде многокорпусной батареи выпарных аппаратов 2, 3 и 4, поверхностный конденсатор 5 для конденсации вторичного пара последнего выпарного аппарата 4 испарителя 1, градирню 6, сообщающуюся с конденсатором 5 трубопроводами 7 (для подвода охлаждающей среды в конденсатор 5) и 8 (для возврата нагретой среды из конденсатора 5 в градирню 6). Подача охлаждающей среды в конденсатор 5 осуществляется с помощью насоса 9. Трубопровод 10 служит для подвода промышленных сточных вод. Если температура сточных вод не превышает температуры охлаждающей среды, направляемой по трубопроводу 7 из чаши градирни 6 в конденсатор 5, сточные воды подают в трубопровод 7 или в чашу градирни 6. В случае, когда температура сточных вод превышает температуру охлаждающей среды в трубопроводе 7, сточные воды направляют в верхнюю часть башни градирни 6 и разбрызгивают здесь при помощи форсунок. Насос 11 служит для подачи раствора (части циркулирующего потока охлаждающей среды) из чаши градирни 6 на выпаривание в выпарной аппарат 2 испарителя 1.

По заявляемому способу эксплуатации выпарная установка работает следующим образом. Исходный раствор (промышленные сточные воды по трубопроводу 10 поступает в градирню 6 и вливается в поток охлаждающей среды, представляющей несколько сконцентрированный исходный раствор, циркулирующий между градирней 6 и поверхностным конденсатором 5. Этот холодный раствор из градирни 6 подается насосом 9 в конденсатор 5, служит в нем в качестве охлаждающей среды при конденсации вторичного пара из выпарного аппарата 4 испарителя 1 и нагревается за счет скрытой теплоты конденсации этого пара. Нагретый раствор из конденсатора 5 возвращается в градирню 6, где разбрызгивается при помощи форсунок в верхней части башни в потоке атмосферного воздуха. При этом он охлаждается в основном за счет испарения части воды и лишь в небольшой степени путем конвективной теплопередачи от капель и струй воды к потоку воздуха. По литературным данным в градирне испаряется P = α•Δt % от охлаждаемого потока, где Δt разность температур входящей и охлажденной среды (воды); α - коэффициент, равный для лета 0,15 0,16, для зимы 0,06 0,08. В градирне, используемой для охлаждения воды после конденсаторов выпарных установок, поток испаряющейся в градирне воды численно примерно равен расходу пара, конденсирующегося в конденсаторе. Охлажденный раствор падает в чашу градирни и из нее откачивается насосом 9 на конденсатор 5. Таким образом, в градирне 6 вследствие испарения происходит удаление из исходного раствора части воды и он при циркуляции между конденсатором 5 и градирней 6 несколько концентрируется.

Часть циркулирующего потока частично концентрированного раствора, численно равная разности расходов исходного раствора и испаряющейся в градирне воды, откачивается из чаши градирни 6 насосом 11 в выпарной аппарат 2 испарителя 1. В испарителе 1, проходя последовательно выпарные аппараты 2, 3 и 4, раствор окончательно выпаривается до требуемой концентрации и сливается из выпарного аппарата 4.

Греющий пар от постороннего источника (например, из котельной) подается в греющую камеру выпарного аппарата 2; за счет тепла конденсации этого пара раствор в аппарате кипит и частично выпаривается. Вторичный пар, образующийся при этом, направляется в греющую камеру выпарного аппарата 3 и служит в качестве греющей среды для кипячения раствора в этом аппарате. Вторичный пар поступает в греющую камеру выпарного аппарата 4. Вторичный пар из выпарного аппарата 4 поступает в конденсатор 5, где конденсируется, отдавая тепло конденсации раствору, циркулирующему между конденсатором 5 и градирней 6. За счет тепла, полученного в конденсаторе 4, в градирне 6 происходит испарение части воды из циркулирующего потока раствора и предварительное концентрирование исходного раствора, поступающего затем для окончательного выпаривания в испаритель 1.

Таким образом, в заявляемом способе исключены указанные выше недостатки известных способов эксплуатации выпарных установок, в том числе способа, принятого за прототип. Использование исходного раствора, подлежащего выпариванию, в качестве охлаждающей среды путем подачи его в замкнутую систему и циркуляции между конденсатором и градирней, а также отбора определенной части этого циркулирующего потока на выпаривание в испаритель позволяет организовать автономную систему охлаждения концевых конденсаторов выпарных установок, не зависящую от естественных источников и не требующую продувки. При этом самопроизвольно обеспечивается постоянное пополнение системы и предупреждается накопление солей. Сбрасываемое из выпарной установки тепло (бесплатное тепло, теряемое в настоящее время при известных способах эксплуатации бесполезно) в случае применения предлагаемого способа используется с пользой для осуществления основного технологического процесса - для удаления воды из выпариваемого раствора. Причем испарение воды из этого раствора в градирне происходит без дополнительных капитальных затрат. Наконец, при применении заявляемого способа уменьшаются необходимые размеры испарителя и расход пара на выпаривание.

Необходимо отметить, что циркуляционный контур охлаждающей среды, по которому при использовании заявляемого способа циркулирует раствор, подлежащий выпариванию, помимо градирни 6 и конденсатора 5 выпарной установки может включать теплообменники различных охлаждающих устройств, конденсаторы других теплоиспользующих установок, в частности конденсаторы выпарных установок для выпаривания концентрированных и кристаллизующихся растворов, к которым не может быть непосредственно применен предлагаемый способ эксплуатации. При этом расход воды, испаряемой в градирне из потока циркулирующего раствора, возрастает и степень предварительного концентрирования раствора, подлежащего выпариванию, увеличивается. Вследствие этого уменьшаются необходимая производительность испарителя 1 и расход пара на этот испаритель от постороннего источника.

Пример применения предлагаемого способа. Переработке подлежали сточные воды шахт (шахтные воды), расход которых равен 4060 т/ч, а начальное содержание солей 23 г/л. Принятая технология переработки этих вод заключалась в трехстадийном выпаривании. На первой стадии исходные стоки концентрировались до состояния, близкого к насыщению по растворенным солям, но без кристаллизации этих солей (до солесодержания ≈ 85 г/л). При дальнейшем выпаривании образовавшегося раствора на второй стадии из раствора выделялись кристаллы сульфата кальция и другие примеси, раствор концентрировался до состояния насыщения по хлористому натрию (до 26 28% NaCl). На третьей стадии выпаривание раствора сопровождалось кристаллизацией хлористого натрия. После отделения кристаллов хлористого натрия, являющегося товарным продуктом, из выпарной стадии выводилось 33 т/ч концентрированного раствора, перерабатываемого затем по другой технологии.

При использовании традиционного (существующего) способа эксплуатации выпарной станции при осуществлении первой стадии выпаривания необходимо выпарить 3000 т/ч воды из указанного потока исходных шахтных вод. Для этого необходимы четыре 16-ступенчатые выпарные установки производительностью каждая 750 т/ч выпаренной воды. Удельный расход свежего пара на этих установках составляет 0,075 т/т выпариваемой воды. На концевых конденсаторах всех четырех установок в сумме конденсируется примерно 3000/16 180 т/ч вторичного пара из последних ступеней.

Вторая и третья стадии выпаривания как при традиционном способе, так и при реализации предлагаемого способа имели одинаковый режим работы. На второй стадии из раствора, получившегося на первой стадии, удалялось 840 т/ч воды, что выполнялось в двух 10-корпусных батареях. На концевых конденсаторах этих батарей конденсировалось в общем примерно 840/10 84 т/ч вторичного пара из последних корпусов.

На третьей стадии из перерабатываемого раствора выпаривалось 230 т/ч воды в трех 4-корпусных выпарных батареях производительностью каждая 78 т/ч выпаренной воды. При этом на концевых конденсаторах этих батарей в сумме конденсировались 230/4 57 т/ч вторичного пара из последних корпусов.

При реализации предлагаемого способа исходные шахтные воды подавались сначала на градирню 6 (фиг. 2) и попадали в циркуляционный контур, который, помимо градирни 6 и поверхностного конденсатора 5 установок первой стадии выпаривания, включал также конденсаторы 12 и 13 выпарных батарей, составляющих соответственно II и III стадии выпаривания (здесь поз. 5 условно обозначает все концевые конденсаторы установок I стадии выпаривания, поз. 12 все конденсаторы II стадии, поз. 13 все концевые конденсаторы III стадии выпаривания). Из градирни 6 исходные стоки подавались в выпарные установки I стадии выпаривания, а затем последовательно на II и III стадии. Так как в градирне происходило частичное испарение исходных стоков, необходимая производительность выпарных установок I стадии была соответственно меньше.

При этом суммарный поток вторичного пара, поступающий на концевые конденсаторы выпарных установок I стадии выпаривания, был меньше подсчитанного выше и составлял около 170 т/ч. Суммарный поток вторичного пара, конденсируемый на концевых конденсаторах выпарных установок и батарей всех стадий выпаривания, для рассматриваемого случая составлял 170+84+57≈300 т/ч. Испарительная способность градирни численно равна этой величине. Следовательно, необходимая производительность по выпаренной воде выпарных установок, составляющих первую стадию, будет равна 3000 300 2700 т/ч. При четырех установках, составляющих I стадию выпаривания, производительность каждой будет меньше, чем у выпарных установок с использованием традиционного (известного) способа эксплуатации, и составит 2700/4=675 т/ч. При этом для достижения одинаковой конечной концентрации раствора на выходе из I стадии выпаривания требуется меньше свежего греющего пара, подаваемого из постороннего источника (например, из котельной) на I стадию; для рассматриваемого случая экономия пара составила 300• 0,075=2,5 т/ч, где 300 испарительная способность градирни, т/ч; 0,075 удельный расход свежего греющего пара на установках, составляющих I стадию выпаривания шахтных вод.

Таким образом, технико-экономические преимущества от реализации предлагаемого способа эксплуатации выпарной установки по сравнению с известными заключаются, во-первых, в уменьшении необходимой производительности выпарного оборудования, т.е. в уменьшении его размеров и металлоемкости, обусловливающей сокращение капитальных затрат, во-вторых, в уменьшении расхода свежего пара на процесс выпаривания.

Использование: для переработки сточных вод промышленных предприятий, шахтных вод и других малоконцентрированных растворов. Сущность изобретения: по способу эксплуатации выпарной установки, включающему подачу промышленных сточных вод на выпаривание и конденсацию получающегося вторичного пара в конденсаторе потоком охлаждающей среды, циркулирующей между конденсатором и градирней, промышленные сточные воды направляют в циркулирующий поток охлаждающей среды, а часть этого потока, равную разнице значений расходов промышленных сточных вод и воды, испаряемой в градирне, подают в испаритель на выпаривание. 2 ил.

Способ эксплуатации выпарной установки, включающий подачу сточных вод на выпаривание в испаритель, конденсацию вторичного пара в поверхностном конденсаторе потоком охлаждающей воды, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат на выпаривание, охлаждающую воду после конденсатора направляют в градирню, а сточные воды смешивают в градирне с охлаждающе водой, при этом одну часть полученной смеси, равную разности значений расходов сточных вод и воды, испаряемой в градирне, подают на выпаривание, а другую подают охлаждающей средой в конденсатор.