用于沼液负压蒸发浓缩的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于沼液浓缩领域，尤其涉及用于沼液负压蒸发浓缩的装置和方法。该装置包括沼液浓缩处理系统、低温蒸汽处理系统、高温蒸气处理系统和热循环处理系统以及连接上述各系统的管道及设置在连接管道上的输送泵、阀门和用于自控的仪表器件。本发明专利技术所述的装置可自动化运行，除了日常维护外不需要人工介入，并可根据物料特性的变化进行自动调节。并且该装置和方法基本只使用热能，尽可能少地使用电能，提高热能效率。该装置和使用工艺不仅可以处理沼气工程的沼液，也可以用于污水处理厂的污泥或其他类似物料的处理，具有多领域的应用适用性。

Devices and methods for concentration of biogas slurry by negative pressure evaporation

The invention belongs to the field of biogas slurry concentration, in particular to a device and a method for negative pressure evaporation and concentration of biogas slurry. The device comprises a biogas liquid concentration and treatment system, a cryogenic steam treatment system, a high temperature steam treatment system and a thermal cycle treatment system, as well as pipelines connecting the above-mentioned systems, conveyor pumps, valves installed on the connecting pipelines and instrument devices for automatic control. The device of the invention can operate automatically, does not need manual intervention except routine maintenance, and can adjust automatically according to the change of material characteristics. And the device and method basically use only heat energy, use as little energy as possible, and improve the efficiency of heat energy. The device and its application process can not only treat biogas sludge, but also treat sludge or other similar materials in sewage treatment plants. It has applicability in many fields.

【技术实现步骤摘要】
用于沼液负压蒸发浓缩的装置和方法
本专利技术属于沼液浓缩领域，尤其涉及用于沼液负压蒸发浓缩的装置和方法。
技术介绍
随着沼气工程越来越多，沼液如何减量化、无害化、资源化处理成为一个核心问题。尤其对于大型沼气工程来，每天产生大量的沼液需要后处理，目前沼液还田虽然是一种可行的方式，但是由于农耕季节性、沼液施肥方便性的问题，大量沼液仍不可能得到有效处理，严重影响项目的稳定运行。若对沼液进行减量化处理，一方面可以降低沼液问题对项目稳定运行的压力，同时沼液减量化处理可获得高含固率的沼渣，用于制备有机肥销售可实现发酵残余物的商品化，提高项目的经济性。目前在沼气工程中通常对发酵残余物先进行机械分离，产生沼渣和沼液两类产物，然后再对沼液加热干燥进行减量化。其中加热干燥的方法有带式干燥机、滚筒干燥机、流化床干燥机及热蒸汽干燥机等，目前使用最多的是带式干燥机。带式干燥机系统采用加热空气吹扫沼液的方式进行蒸发干燥，为了实现满足大型沼气工程所需的处理能力，需要较高的空气温度和高速的吹扫气流，大幅度增加了电能消耗，导致整个沼气工程的电效率下降。此外，带式干燥机的处理能力也不足以解决沼气工程中全部沼液，而且干燥系统没有密封，会导致臭气及含氨和颗粒物质的废气的排放污染空气。中国专利CN208136020U给出了一种沼液浓缩装置，主要包括膜前装置和纳滤膜装置，其中膜前装置对沼液进行粗过滤，可以将浓缩初过程出现的结晶、胶体进行过滤排出，本质上对沼液的浓缩仍依赖于纳滤膜装置。该装置存在以下缺点：这种工艺设计很难提高处理完成后沼液浓缩液的浓度，如果需要提高沼液浓缩液干物质浓度，以便于后续直接制取有机肥，即对纳滤膜的溶质回收率要求提高时，纳滤膜的水通量、溶质截留率均会下降，在降低系统工作效率的同时，还会加剧纳滤膜的污染，提前导致膜损坏并增加膜清理的工作量。总而言之，采用纳滤膜工艺进行沼液浓缩处理，不适合进行大型工程高浓度沼液的回收。某德国公司在中国申请的专利CN108139152A给出了一种干燥设备，也适用于对发酵残余物(沼液)进行浓缩干燥处理。该设备主要采用鼓风机产生高速气流，经过换热器对气流加热后喷向格栅型的传动元件，通过热空气对流带走液体成分的方式对传动元件中的发酵残余物(沼液)进行蒸发式干燥。但是该设备存在以下缺点：第一，运行时需要高温空气并提供高速的吹扫气流，需要消耗大量的电能，增加了系统运行成本；第二，由于这种设备密封性差，在处理过程中会有异味泄露造成环境污染或需要二次处理；第三，由于机械蒸发干燥的方式效率总体上的较低，不是很适用于大型工程的配套使用。中国专利CN108421270A给出了一种用于沼液浓缩的低温常压蒸发装置，主要的工艺流程为：先对沼液进行澄清过滤去除沼渣、悬浮物等杂质，进行加热至60℃～85℃后泵送至喷淋塔喷淋，常压蒸发进行浓缩，并具有冷凝回路、气体循环回路、工质循环回路等物质与能源再循环工艺。该装置虽然可以对沼液进行多次循环处理，并最终提高沼液浓缩液的浓度至较高要求，但仍存在以下缺点：第一，为了增加蒸发效果，采用喷淋方式进入蒸发装置内，必须对沼液进行预过滤，由于常规厌氧发酵残余物中的干物质含量通常在5％～15％，若对这种物质进行预过滤，势必会增加预过滤装置的负担，增加系统堵塞风险以及对装置的清理工作量，所以本装置不适用于直接对常规厌氧发酵残余物进行直接处理，需要配套其他设施，增加厌氧项目的工程投资成本与运行成本。第二，基于对以下三点的考虑：①系统工作时需要对沼液(原始沼液、循环沼液均采用此种方式)进行喷淋，决定了沼液必须具有一定的流动性，②系统利用气体温度升高载湿能力提高的特性带走沼液中的水分，且为常压运行，除湿能力有限，③为了保证从喷淋塔生成浓缩后的沼液能够输送至浓缩沼液储罐，又需要浓缩后的沼液是流动状态。所以，经过本系统浓缩后的沼液只能处理流动状态，减量化的效果有限，不可能对浓缩后的沼液直接进行深加工形成高附加值产品。第三，对空气采用常压变温除湿，除湿能力有限，会影响空气再次循环携带去除沼液中水分的能力，系统的运行效率不高，不适用于大型沼气工程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前市场上沼气工程对沼液后处理的迫切需求，但沼液处理困难的现状，以及为克服在沼液后处理领域中现有技术存在的上述缺陷，提供了用于沼液负压蒸发浓缩的装置和方法。本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术提供一种用于沼液负压蒸发浓缩的装置，包括沼液浓缩处理系统、冷凝器、真空泵、冷凝水收集器、除氨装置以及连接上述各系统的管道及设置在连接管道上的输送泵、阀门和用于自控的仪表器件；所述沼液浓缩处理系统包括依次连通设置的沼液储存池、热交换器、一级低温蒸发器、二级低温蒸发器、高温蒸发器；所述一级低温蒸发器、二级低温蒸发器、高温蒸发器均为双层嵌套装置，内腔为存储沼液的圆柱形腔室，包裹内腔的外层为调解温度的外腔，所述内腔均设置有沼液入口、沼液出口和蒸气出口，沼液入口、沼液出口或蒸气出口分别为一个或两个以上；所述高温蒸发器的内腔与地面成β角度倾斜设置，内腔的出料端向上抬高设置，高温蒸发器进料端顶部设置有高温蒸发器浓缩沼液进料口，出料端底部设置有高温蒸发器浓缩物料出料口，高温蒸发器浓缩沼液进料口高于高温蒸发器浓缩物料出料口；所述热交换器内部设置有热交换器沼液换热盘管和热交换器再循环沼液换热盘管，热交换器沼液换热盘管的沼液入口与沼液储存池的沼液出口之间管道直接连通或经过预热设备间接连通，热交换器沼液换热盘管的沼液出口与一级低温蒸发器上部的一级低温蒸发器沼液进料口连通，一级低温蒸发器底部的沼液出口与二级低温蒸发器上部的沼液入口连通，二级低温蒸发器底部的沼液出口通过螺旋输送管道与高温蒸发器浓缩沼液进料口连通；所述热交换器再循环沼液换热盘管的沼液进口与一级低温蒸发器底部的沼液出口连通，沼液出口与一级低温蒸发器上部的一级低温蒸发器再循环沼液进料口连通；所述热交换器的高温蒸汽入口与高温蒸发器出料端顶部的高温蒸汽出口连通，蒸气冷凝而成的冷凝水出口与冷凝水收集器连通，冷凝水收集器的冷凝水出口与除氨装置连通；所述冷凝器顶部的低温蒸汽入口与一级低温蒸发器、二级低温蒸发器顶部的低温蒸汽出口连通，蒸气冷凝而成的冷凝水出口与冷凝水收集器连通，蒸气未凝结的汽水出口通过真空泵与除氨装置连通；所述除氨装置顶部设置有与沼液储存池沼液上方连通的通气管。进一步地，所述冷凝器至少设置有外套腔、蒸汽管路、冷凝器沼液换热室、冷凝器冷却水换热室，所述蒸汽管路包括由顶部至底部依次连通的冷凝器低温蒸汽入口、冷凝器低温蒸汽储室、冷凝器低温蒸汽换热盘管、冷凝器低温蒸汽汽水分离室、冷凝器冷凝水出口，冷凝器低温蒸汽入口与一级低温蒸发器和二级低温蒸发器顶部的低温蒸汽出口连通，冷凝器冷凝水出口与冷凝水收集器连通；冷凝器低温蒸汽汽水分离室顶部与冷凝器的外套腔顶部连通，外套腔下端的未凝结蒸气的冷凝汽水出口通过真空泵与除氨装置连通；所述冷凝器沼液换热室与冷凝器低温蒸汽换热盘管接触进行沼液预热，冷凝器沼液换热室的沼液入口与沼液储存池沼液出口连通，沼液出口与热交换器沼液换热盘管的沼液入口连通，冷凝器沼液换热室的沼液入口低于沼液出口；所述冷凝器冷却水换热室与冷却塔连通，冷凝器冷却水换热室与冷凝器低温蒸汽换热盘管接触进行热交换。进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于沼液负压蒸发浓缩的装置，其特征在于，包括沼液浓缩处理系统、冷凝器(200)、真空泵(290)、冷凝水收集器(700)、除氨装置(800)以及连接上述各系统的管道及设置在连接管道上的输送泵、阀门和用于自控的仪表器件；所述沼液浓缩处理系统包括依次连通设置的沼液储存池(100)、热交换器(300)、一级低温蒸发器(400)、二级低温蒸发器(500)、高温蒸发器(600)；所述一级低温蒸发器(400)、二级低温蒸发器(500)、高温蒸发器(600)均为双层嵌套装置，内腔为存储沼液的圆柱形腔室，包裹内腔的外层为调解温度的外腔，所述内腔均设置有沼液入口、沼液出口和蒸气出口，沼液入口、沼液出口或蒸气出口分别为一个或两个以上；所述高温蒸发器(600)的内腔与地面成β角度倾斜设置，内腔的出料端向上抬高设置，高温蒸发器(600)进料端顶部设置有高温蒸发器浓缩沼液进料口(633)，出料端底部设置有高温蒸发器浓缩物料出料口(634)，高温蒸发器浓缩沼液进料口(633)高于高温蒸发器浓缩物料出料口(634)；所述热交换器(300)内部设置有热交换器沼液换热盘管(361)和热交换器再循环沼液换热盘管(371)，热交换器沼液换热盘管(361)的沼液入口与沼液储存池(100)的沼液出口之间管道直接连通或经过预热设备间接连通，热交换器沼液换热盘管(361)的沼液出口与一级低温蒸发器(400)上部的一级低温蒸发器沼液进料口(441)连通，一级低温蒸发器(400)底部的沼液出口与二级低温蒸发器(500)上部的沼液入口连通，二级低温蒸发器(500)底部的沼液出口通过螺旋输送管道与高温蒸发器浓缩沼液进料口(633)连通；所述热交换器再循环沼液换热盘管(371)的沼液进口与一级低温蒸发器(400)底部的沼液出口连通，沼液出口与一级低温蒸发器(400)上部的一级低温蒸发器再循环沼液进料口(442)连通；所述热交换器(300)的高温蒸汽入口与高温蒸发器(600)出料端顶部的高温蒸汽出口连通，蒸气冷凝而成的冷凝水出口与冷凝水收集器(700)连通，冷凝水收集器(700)的冷凝水出口与除氨装置(800)连通；所述冷凝器(200)顶部的低温蒸汽入口与一级低温蒸发器(400)、二级低温蒸发器(500)顶部的低温蒸汽出口连通，蒸气冷凝而成的冷凝水出口与冷凝水收集器(700)连通，蒸气未凝结的汽水出口通过真空泵(290)与除氨装置(800)连通；所述除氨装置(800)顶部设置有与沼液储存池(100)沼液上方连通的通气管(831)。...

【技术特征摘要】
1.一种用于沼液负压蒸发浓缩的装置，其特征在于，包括沼液浓缩处理系统、冷凝器(200)、真空泵(290)、冷凝水收集器(700)、除氨装置(800)以及连接上述各系统的管道及设置在连接管道上的输送泵、阀门和用于自控的仪表器件；所述沼液浓缩处理系统包括依次连通设置的沼液储存池(100)、热交换器(300)、一级低温蒸发器(400)、二级低温蒸发器(500)、高温蒸发器(600)；所述一级低温蒸发器(400)、二级低温蒸发器(500)、高温蒸发器(600)均为双层嵌套装置，内腔为存储沼液的圆柱形腔室，包裹内腔的外层为调解温度的外腔，所述内腔均设置有沼液入口、沼液出口和蒸气出口，沼液入口、沼液出口或蒸气出口分别为一个或两个以上；所述高温蒸发器(600)的内腔与地面成β角度倾斜设置，内腔的出料端向上抬高设置，高温蒸发器(600)进料端顶部设置有高温蒸发器浓缩沼液进料口(633)，出料端底部设置有高温蒸发器浓缩物料出料口(634)，高温蒸发器浓缩沼液进料口(633)高于高温蒸发器浓缩物料出料口(634)；所述热交换器(300)内部设置有热交换器沼液换热盘管(361)和热交换器再循环沼液换热盘管(371)，热交换器沼液换热盘管(361)的沼液入口与沼液储存池(100)的沼液出口之间管道直接连通或经过预热设备间接连通，热交换器沼液换热盘管(361)的沼液出口与一级低温蒸发器(400)上部的一级低温蒸发器沼液进料口(441)连通，一级低温蒸发器(400)底部的沼液出口与二级低温蒸发器(500)上部的沼液入口连通，二级低温蒸发器(500)底部的沼液出口通过螺旋输送管道与高温蒸发器浓缩沼液进料口(633)连通；所述热交换器再循环沼液换热盘管(371)的沼液进口与一级低温蒸发器(400)底部的沼液出口连通，沼液出口与一级低温蒸发器(400)上部的一级低温蒸发器再循环沼液进料口(442)连通；所述热交换器(300)的高温蒸汽入口与高温蒸发器(600)出料端顶部的高温蒸汽出口连通，蒸气冷凝而成的冷凝水出口与冷凝水收集器(700)连通，冷凝水收集器(700)的冷凝水出口与除氨装置(800)连通；所述冷凝器(200)顶部的低温蒸汽入口与一级低温蒸发器(400)、二级低温蒸发器(500)顶部的低温蒸汽出口连通，蒸气冷凝而成的冷凝水出口与冷凝水收集器(700)连通，蒸气未凝结的汽水出口通过真空泵(290)与除氨装置(800)连通；所述除氨装置(800)顶部设置有与沼液储存池(100)沼液上方连通的通气管(831)。2.根据权利要求1所述的用于沼液负压蒸发浓缩的装置，其特征在于，所述冷凝器(200)至少设置有外套腔、蒸汽管路、冷凝器沼液换热室(262)、冷凝器冷却水换热室(267)，所述蒸汽管路包括由顶部至底部依次连通的冷凝器低温蒸汽入口(241)、冷凝器低温蒸汽储室(242)、冷凝器低温蒸汽换热盘管(244)、冷凝器低温蒸汽汽水分离室(246)、冷凝器冷凝水出口(247)，冷凝器低温蒸汽入口(241)与一级低温蒸发器(400)和二级低温蒸发器(500)顶部的低温蒸汽出口连通，冷凝器冷凝水出口(247)与冷凝水收集器(700)连通；冷凝器低温蒸汽汽水分离室(246)顶部与冷凝器(200)的外套腔顶部连通，外套腔下端的未凝结蒸气的冷凝汽水出口通过真空泵(290)与除氨装置(800)连通；所述冷凝器沼液换热室(262)与冷凝器低温蒸汽换热盘管(244)接触进行沼液预热，冷凝器沼液换热室(262)的沼液入口与沼液储存池(100)沼液出口连通，沼液出口与热交换器沼液换热盘管(361)的沼液入口连通，冷凝器沼液换热室(262)的沼液入口低于沼液出口；所述冷凝器冷却水换热室(267)与冷却塔(280)连通，冷凝器冷却水换热室(267)与冷凝器低温蒸汽换热盘管(244)接触进行热交换。3.根据权利要求2所述的用于沼液负压蒸发浓缩的装置，其特征在于，所述热交换器(300)内部沿高温蒸汽流动的方向，依次布置若干组冷源介质通道，设置于最接近蒸汽入口的热交换器沼液换热盘管(361)为第一组冷源介质通道，设置于蒸汽流动后方的热交换器再循环沼液换热盘管(371)为后续组冷却介质通道；一级低温蒸发器(400)的沼液入口组数与热交换器(300)的冷却介质通道的组数一致。4.根据权利要求2或3所述的用于沼液负压蒸发浓缩的装置，其特征在于，所述用于沼液蒸发浓缩的装置还包括热水循环系统，所述热水循环系统包括依次连通的热源(900)、高温蒸发器(600)外腔、二级低温蒸发器(500)外腔、一级低温蒸发器(400)外...

【专利技术属性】
技术研发人员：左文祥，张培基，姜鹏，周添，曲珍宽，刘颖，元晓蕾，
申请(专利权)人：青岛合能环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37