[发明专利]耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统及其控制方法

说明书

本发明公开了耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统及其控制方法，所述系统包括形成闭合回路的直接接触式蒸发器、逆流换热器和太阳能集热器；逆流换热器冷端连接有浓水输送管路，热端与直接接触式蒸发器连接，换热器外接有烟气处理系统和RO膜系统；闭合回路外设有制氢系统，制氢系统包括电解水槽，电解水槽产生的氢气氧气输送回燃烧器；电解水槽通过储水罐或外接水管补水。所述系统利用逆流换热器有效回收烟气、水蒸气混合气中的热量对浓水预热，然后利用太阳能集热器对预热后的浓水加热升温，避免了沼气或天然气的使用；所述系统充分利用直接接触式蒸发器的余热，并将回收的冷凝水电解制氢，实现了冷凝水的循环利用，进一步降低了能耗。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及直接接触式蒸发工艺中的热量循环利用方法，具体为耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统及其控制方法。

背景技术

垃圾渗滤液是垃圾在堆放过程中因重力压实、发酵等物理、生物及化学作用产生的废液。渗滤液经过厌氧发酵、生化系统处理、膜系统过滤后产生符合回用标准的产水以及高含盐浓缩液废水。直接接触式蒸发技术是将燃烧产生的高温烟气直接通入液体中进行蒸发，换热效率高，几乎没有固定换热面，可有效避免传统处置方式的易结垢问题，是一种高效的渗滤液浓缩液处理技术，有助于实现废水的零排放。但蒸发过程需要消耗大量的燃料，能耗较高，在垃圾焚烧厂如无足够的沼气，则需要消耗天然气，通常需要架设燃气专用的管道，建设与运行成本均较高，碳排放也较高。

现有技术CN110482630B提供了一种利用烟气热量的直接接触式蒸发设备及其方法，利用垃圾焚烧厂或热电厂产生的高温烟气对浓缩液进行加热，减少了可燃气体的消耗。现有技术CN110482628A提供了一种利用乏汽热量的直接接触式蒸发处理设备及其方法，利用空气为介质吸收垃圾焚烧厂或热电厂的乏汽热量，加热浓液，减少可燃气体的消耗。现有技术CN212609636U提供了一种直接接触式传热与间接接触式传热耦合的蒸发设备，利用间接接触式蒸发器对浓水进行前端蒸发，直接接触式蒸发器进行末端蒸发，使直接接触传热蒸发的烟气和间接接触传热蒸发的二次蒸汽热量得以回收利用，降低燃气消耗量。现有技术CN106044905A提供了一种高盐有机废水的蒸发处理系统，利用浸没蒸发器产生的蒸汽为热源，加热余热蒸发器内的浓缩液；现有技术CN113415843A提供了一种分体式异步浸没燃烧蒸发器，将浓水传热单元与蒸发单元独立，利用真空泵使蒸发单元形成负压，降低蒸发单元的蒸发温度，降低能耗。

以上现有技术均从完善直接接触式蒸发系统方向降低能耗，但是均未提出将能量循环利用的思路，如对比文件1中未公开如何在浓缩液处理过程中利用其自身产生的能量，对比文件2和对比文件4与对比文件1类似也是借助外接的能源加热浓液从而减少可燃气体的使用，但是并未将浓液处理过程中的热量利用好，同样的对比文件3和对比文件5也是通过改变系统内压力状态以降低能耗，未考虑通过能量循环利用的方式将多余能量利用起来。此外，现有系统或工艺还存在以下缺陷：1.现有的直接接触式蒸发工艺中，普遍将燃烧后的烟气及水蒸气混合气送入空冷塔或直接外排，不仅提高了设备成本，而且占地空间大，且直接外排降低了回水率，浪费了混合气热量。2.直接接触式蒸发系统多采用内置式的燃烧室，燃烧室内压力波动受液面波动影响大，燃烧器在正压条件下运行，背压的波动及沼气中甲烷含量的波动使燃烧不稳定，容易造成燃烧器熄火。3.直接接触式蒸发燃料多采用天然气或沼气为燃料，对浓水直接加热蒸发，不仅运行成本高昂，消耗大量化石燃料，排放大量温室气体。

发明内容

解决的技术问题：现有技术中在直接接触式蒸发过程中，高温烟气与水直接接触，换热效率高，适用于处理易结晶、易结垢的高盐废液。然而，以上工艺的运行需要消耗大量的沼气和天然气，且蒸发冷凝水没有获得较好的循环利用。本发明利用设于厂房顶棚或外壁的太阳能集热器预热浓水，同时回收利用换热冷凝后的冷凝水，利用太阳能在光伏电池的作用下电解冷凝水制备氢气和氧气，从而减少燃料消耗的同时，提高系统的经济效益和环境效益；鉴于此，本发明提供了耦合太阳能的浓液蒸发和循环利用系统及其控制方法。