一種余熱驅(qū)動(dòng)熱泵的含鹽廢水蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于過(guò)程系統(tǒng)集成技術(shù)，特別設(shè)及一種余熱驅(qū)動(dòng)熱累的含鹽化工廢水蒸發(fā) 結(jié)晶系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 化工生產(chǎn)工藝過(guò)程中產(chǎn)生大量含鹽廢水。對(duì)于含鹽廢水，一般可利用過(guò)程系統(tǒng)集 成技術(shù)對(duì)整個(gè)化工工藝系統(tǒng)的水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行集成和優(yōu)化，使得水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水量 減至最小，或減小水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的新鮮水用量，同時(shí)減少水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的廢水排放，但是水網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)仍存在部分含鹽廢水需經(jīng)處理后排放的情況。
[0003] 對(duì)于排放前的含鹽廢水，可采用蒸發(fā)濃縮-冷卻結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行處理，在回收淡水 的同時(shí)減少含鹽廢水的排放。該過(guò)程通過(guò)蒸發(fā)將含鹽廢水提濃至無(wú)機(jī)鹽的飽和結(jié)晶濃度， 或?qū)瑹o(wú)機(jī)鹽的濃縮液進(jìn)行冷卻，使含鹽廢水中可溶性鹽結(jié)晶析出，回收淡水資源，W達(dá)到 鹽水分離、減排含鹽廢水目的。蒸發(fā)濃縮-冷卻結(jié)晶過(guò)程多采用蒸汽提供熱源，需要消耗大 量熱量，具有能耗和成本較高的特點(diǎn)。
[0004] 目前，在采用蒸發(fā)濃縮-冷卻結(jié)晶過(guò)程處理化工生產(chǎn)工藝過(guò)程產(chǎn)生的含鹽廢水 時(shí)，通常采用蒸汽作為蒸發(fā)濃縮過(guò)程的熱源，采用電驅(qū)動(dòng)熱累作為補(bǔ)充熱源，所處理的含鹽 廢水并非是水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)外排含鹽廢水的最小量，雖然可使排放的含鹽廢水達(dá)到鹽水分離， 但未能有效地降低含鹽廢水的處理能耗和處理成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，本發(fā)明公開(kāi)了一種余熱驅(qū)動(dòng)熱累的含鹽廢水蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)方 法，所述方法包括W下步驟：
[0006] S100、基于化工生產(chǎn)工藝中水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成確定蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)的工藝參數(shù)；
[0007] S200、基于化工生產(chǎn)工藝中的能量系統(tǒng)集成確定能量系統(tǒng)的總復(fù)合曲線、最小余 熱量及溫位；
[0008] S300、基于步驟S100和步驟S200確定余熱驅(qū)動(dòng)熱累的類(lèi)型、工質(zhì)及操作參數(shù)，繼 而建立余熱驅(qū)動(dòng)熱累的含鹽化工廢水蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中利用總復(fù)合曲線確定熱累蒸發(fā)操作參數(shù)的示意圖；
[0010] 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中余熱驅(qū)動(dòng)熱累的含鹽廢水蒸發(fā)-結(jié)晶集成系統(tǒng)示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明公開(kāi)了一種余熱驅(qū)動(dòng)熱累的含鹽化工廢水蒸發(fā)結(jié)晶集成 系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，所述方法包括w下步驟：
[0013]S100、基于化工生產(chǎn)工藝中水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成確定蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)的工藝參數(shù)；
[0014] S200、基于化工生產(chǎn)工藝中的能量系統(tǒng)集成確定能量系統(tǒng)的總復(fù)合曲線、最小余 熱量及溫位；
[0015]S300、基于步驟S100和步驟S200確定余熱驅(qū)動(dòng)熱累的類(lèi)型、工質(zhì)及操作參數(shù)，繼 而建立余熱驅(qū)動(dòng)熱累的含鹽化工廢水蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)。
[0016] 在本實(shí)施例中，根據(jù)化工生產(chǎn)過(guò)程中的用水需求、水回用和廢水排放特點(diǎn)，構(gòu)建水 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，優(yōu)化供水和用水過(guò)程之間的匹配，在滿足生產(chǎn)工藝要求情況下，確定水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 的最小含鹽廢水排放量。在水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化后，化工生產(chǎn)工藝過(guò)程所排放的含鹽廢水采用 蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行濃縮處理，根據(jù)含鹽廢水的無(wú)機(jī)鹽濃度和廢水處理要求，確定蒸發(fā)結(jié) 晶的操作參數(shù)。
[0017]根據(jù)化工生產(chǎn)工藝過(guò)程中能量系統(tǒng)的特性，構(gòu)建換熱網(wǎng)絡(luò)，綜合考慮需要加熱和 需要冷卻的流股，通過(guò)換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)分析法確定能量系統(tǒng)的最大熱回收量，并確定能量系 統(tǒng)的最小余熱量及其溫位分布。
[0018] 綜合考慮化工生產(chǎn)工藝的余熱溫位分布、待處理的含鹽廢水W及余熱驅(qū)動(dòng)熱累的 蒸發(fā)和結(jié)晶過(guò)程，采用總復(fù)合曲線確定熱累的合理位置及操作參數(shù)。通過(guò)熱累蒸發(fā)-結(jié)晶 系統(tǒng)使水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的廢水排放最小化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量系統(tǒng)余熱的高效利用，從而有效地降 低化工生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的整體能耗和廢水排放。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S100具體包括W下步驟：
[0020] S1001、提取所述水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中水源和水阱的相關(guān)參數(shù)；
[0021]S1002、基于步驟S1001和水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最小傳質(zhì)推動(dòng)力方法，構(gòu)建水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的無(wú) 機(jī)鹽脫除負(fù)荷-無(wú)機(jī)鹽濃度圖，確定水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的含鹽廢水最小排放量及含鹽廢水無(wú)機(jī)鹽 濃度；
[0022] S1003、基于步驟S1002中的含鹽廢水最小排放量及含鹽廢水無(wú)機(jī)鹽濃度，確定蒸 發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)的工藝參數(shù)。
[0023]在本實(shí)施例中，針對(duì)化工系統(tǒng)中的各個(gè)供水單元（水源）和用水單元（水阱），利 用現(xiàn)有技術(shù)提取水源和水阱的相關(guān)參數(shù)，例如提取水源流股的流量、無(wú)機(jī)鹽種類(lèi)和無(wú)機(jī)鹽 濃度；提取水阱所需要水流股的流量、無(wú)機(jī)鹽種類(lèi)，無(wú)機(jī)鹽濃度等數(shù)據(jù)。
[0024] 本實(shí)施例所述的水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的含鹽廢水即為蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)的進(jìn)料，根據(jù)其排放 量及含鹽廢水無(wú)機(jī)鹽濃度，來(lái)確定蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)的工藝參數(shù)。
[00巧]本實(shí)施例根據(jù)"馮霄，水系統(tǒng)集成優(yōu)化-節(jié)水減排的系統(tǒng)綜合方法[M]第二版，化 學(xué)工業(yè)出版社，2012"中記載的水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最小傳質(zhì)推動(dòng)力方法來(lái)完成步驟S1002中構(gòu)建 構(gòu)建水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的無(wú)機(jī)鹽脫除負(fù)荷-無(wú)機(jī)鹽濃度圖的。
[00%] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S1001具體包括，提取水源流股的流量、無(wú)機(jī)鹽種類(lèi)及 無(wú)機(jī)鹽濃度；提取水阱流股的流量、無(wú)機(jī)鹽種類(lèi)及無(wú)機(jī)鹽極限濃度。
[0027] 本實(shí)施例中采用現(xiàn)有的技術(shù)來(lái)提取水源或者水阱的相關(guān)參數(shù)，利用運(yùn)些參數(shù)獲得 水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的含鹽廢水最小排放量及含鹽廢水無(wú)機(jī)鹽濃度。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S1002中的構(gòu)建水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的無(wú)機(jī)鹽脫除負(fù)荷-無(wú)機(jī) 鹽濃度圖具體包括：
[0029] 將水源和水阱的無(wú)機(jī)鹽濃度由大到小劃分濃度區(qū)間，在各濃度區(qū)間內(nèi)，由下式確 定水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中W第k種無(wú)機(jī)鹽為關(guān)鍵組分的無(wú)機(jī)鹽脫除負(fù)荷，采用水夾點(diǎn)分析法確定水 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的含鹽廢水最小排放量及其無(wú)機(jī)鹽濃度，構(gòu)建水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的無(wú)機(jī)鹽脫除負(fù)荷-無(wú) 機(jī)鹽濃度圖；
[0030]
[0031] 式中，Y為無(wú)機(jī)鹽脫除負(fù)荷；F為水源或水阱的流量；C為無(wú)機(jī)鹽的濃度；下標(biāo)i表 示水源，j表示水阱；k表示無(wú)機(jī)鹽種類(lèi)，F(xiàn)i為水源i的流量，F(xiàn),為水阱j的流量，C1,k為水 源i的無(wú)機(jī)鹽k的濃度，Cj,k為水阱j的無(wú)機(jī)鹽k的濃度，Yk為無(wú)機(jī)鹽k的脫除負(fù)荷，M為 水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的水源總數(shù)，N為水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的水阱總數(shù)。
[0032] 在本實(shí)施例中，同樣可W采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法確定水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的含鹽廢水最小排放量 及其無(wú)機(jī)鹽濃度。
[0033] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S1003中的蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)的工藝參數(shù)包括蒸發(fā)-結(jié) 晶系統(tǒng)的蒸發(fā)負(fù)荷和無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶量。
[0034] 本實(shí)施例所述的蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)的工藝參數(shù)是根據(jù)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的廢水最小排放 量及廢水的無(wú)機(jī)鹽組成確定的。
[0035] 在一個(gè)實(shí)施例中所述步驟S200具體包括W下步驟：
[0036] S2001、提取化工生產(chǎn)工藝過(guò)程中能量系統(tǒng)的熱流股和冷流股的溫度、流量和熱容 流率；
[0037] S2002、確定冷流股、熱流股換熱的最小傳熱溫差，基于步驟S2001中得到的熱流 股和冷流股的溫度、流量和熱容流率，采用換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)分析法確定能量系統(tǒng)的總復(fù)合曲 線；
[0038] S2003、根據(jù)能量系統(tǒng)的總復(fù)合曲線確定能量系統(tǒng)的最小余熱量及余熱溫位。
[0039] 本實(shí)施例同樣可W根據(jù)熱源和熱阱的進(jìn)、出口溫度劃分溫區(qū)，對(duì)于每個(gè)溫區(qū)，由下 式確定各溫區(qū)的熱負(fù)荷，利用換熱網(wǎng)絡(luò)的集成技術(shù)確定能量系統(tǒng)的總復(fù)合曲線。根據(jù)總復(fù) 合曲線可確定系統(tǒng)的最小余熱量和相應(yīng)的余熱溫位，該余熱用W驅(qū)動(dòng)熱累。
[0040]
(!；
[0041] 式中，AHp為第P溫區(qū)的熱負(fù)荷；CPq為第q流股的熱容流率；TP為第P溫區(qū)的溫 度；Tpu為第P+1溫區(qū)的溫度；Q為第P溫區(qū)的流股數(shù)。
[0042] 另外，本實(shí)施例還可W利用數(shù)學(xué)規(guī)劃法來(lái)確定能量系統(tǒng)的總復(fù)合曲線。
[0043] 本實(shí)施例根據(jù)"馮霄，化工節(jié)能-原理與技術(shù)[M]第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，2003" 中介紹的方法來(lái)確定步驟S2002中所述的冷流股、熱流股換熱的最小傳熱溫差，同樣步驟 S2002中還利用了該書(shū)中記載的"換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)分析法"來(lái)確定能量系統(tǒng)的總復(fù)合曲線。
[0044] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S300具體包括W下步驟：
[0045] S3001、在步驟S2002中所述的總復(fù)合曲線上，根據(jù)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的含鹽廢水最小排 放量及含鹽廢水無(wú)機(jī)鹽濃度，確定蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)的蒸發(fā)負(fù)荷和無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶量，繼而構(gòu)建 含鹽廢水的濃度蒸發(fā)至飽和濃度過(guò)程的溫洽線；
[0046] S3002、根據(jù)能量系統(tǒng)的總復(fù)合曲線、最小余熱量及余熱溫位確定發(fā)生中介蒸汽的 數(shù)量和溫位，并作出中介蒸汽溫洽線；
[0047] S3003、當(dāng)含鹽廢水的濃度蒸發(fā)至飽和濃度過(guò)程的溫洽線位于中介蒸汽溫洽線的 下方，采用中介蒸汽直接作為廢水蒸發(fā)結(jié)晶的熱源；
[0048] 當(dāng)含鹽廢水的濃度蒸發(fā)至飽和濃度過(guò)程的溫洽線部分或全部位于中介蒸汽溫洽 線的上方，根據(jù)中介蒸汽的數(shù)量和溫位，選取吸收式熱累或機(jī)械壓縮式熱累，確定余熱驅(qū)動(dòng) 熱累的類(lèi)型、工質(zhì)及操作參數(shù)，采用中介蒸汽驅(qū)動(dòng)熱累，為蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)提供熱源，據(jù)此建 立余熱驅(qū)動(dòng)熱累的含鹽化工廢水蒸發(fā)結(jié)晶集成系統(tǒng)。
[0049] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明公開(kāi)了一種余熱驅(qū)動(dòng)熱累的含鹽化工廢水蒸發(fā)結(jié)晶集成 系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，所述方法包括W下步驟：
[0050] S1、基于水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成，確定蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)工藝參數(shù)；
[0051] 總體上，提取化工生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的水源、水阱、各流股水的流量和各 股水的無(wú)機(jī)鹽濃度，采用水夾點(diǎn)法進(jìn)行水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成，根據(jù)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最小傳質(zhì)推動(dòng) 力法，構(gòu)建水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的負(fù)荷-濃度圖，確定水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的水回收量、最小含鹽廢水排放量 及其濃度。水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最小含鹽廢水排放量即為蒸發(fā)-結(jié)晶系統(tǒng)需要處理的含鹽廢水 量；根據(jù)含鹽廢水的流量和濃度，可確定蒸發(fā)負(fù)荷和無(wú)機(jī)鹽的結(jié)晶量。 陽(yáng)0巧具體的：
[0053] 1)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的水源和水阱數(shù)據(jù)提取
[0054] 利用化工生產(chǎn)工藝過(guò)程中各用水單元構(gòu)成水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對(duì)于供水流股（水源）提 取各流股的流量、無(wú)機(jī)