公布日：2023.10.20
申請日：2023.08.21
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/04(2023.01)N;C02F1/08(2023.01)N;C02F1/38(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N
摘要
一種用于多晶硅生產廢水資源化處置的晶種蒸發工藝裝置，其特征是：它包括晶種罐，晶種罐內預先配制有晶種懸漿液，通過晶種進料泵將晶種懸漿液泵入至蒸發循環管線；多晶硅生產廢水儲存于蒸發進料罐中，通過蒸發進料泵泵入至蒸發循環管線；料液蒸發濃縮達到指定濃度后，由蒸發循環管線引出蒸發濃液并通過晶種循環泵泵入第一級固液分離器，上層清液進入沉降罐，夾帶有粒徑較小鹽粒在沉降罐內水力條件作用下逐漸長大為粒徑較大的鹽晶顆粒沉聚于底部，由漿料泵將沉降罐底部的漿液泵入至第二級固液分離器后，去除鹽晶顆粒后的清液進入結晶進料罐。本發明流程簡單，易于實施，投資少，運行可靠且成本較低。
權利要求書
1.一種用于多晶硅生產廢水資源化處置的晶種蒸發工藝裝置，其特征在于，所述工藝裝置包括：一蒸發系統，所述蒸發系統包括分離室(5)以及加熱室(8)，所述分離室(5)和所述加熱室(8)通過蒸發循環管線相連接，其中，多晶硅生產廢水在加熱室(8)和分離室(5)中循環加熱并蒸發；一進料系統，所述進料系統包括晶種罐(1)以及蒸發進料罐(3)，其中，所述晶種罐(1)內預先配制有晶種懸漿液，所述蒸發系統中晶種濃度低于第一濃度時，將所述晶種懸漿液通過第一管線引入蒸發循環管線，所述蒸發進料罐(3)用于儲存上游來的經過預處理的所述多晶硅生產廢水，所述蒸發進料罐(3)與所述蒸發循環管線連接；一固液分離系統，所述固液分離系統包括第一級固液分離器(10)、沉降罐(11)、以及第二級固液分離器(13)，其中，所述蒸發系統中的料液的濃度達到預定濃度后，所述料液由所述蒸發循環管線引出至第一級固液分離器(10)，所述第一級固液分離器(10)中的上層清液進入所述沉降罐(11)，下層濃漿液重新返回所述蒸發循環管線，所述沉降罐(11)底部的漿液引入至所述第二級固液分離器(13)，所述第二級固液分離器(13)將固體鹽泥(18)排出裝置，將清液排入結晶進料罐(14)。
2.根據權利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述沉降罐(11)包括導流筒(20)和攪拌器(21)，所述蒸發循環管線的來料從進口(23)進入所述導流筒(20)，所述第一級固液分離器(10)上層來料從進口(24)進入所述導流筒(20)，所述攪拌器(21)用于控速攪拌并使得夾帶粒徑較小鹽粒的料液沿著所述導流筒(20)向上流動，流動至所述沉降罐(11)頂部后再沿著罐壁向下流動。
3.根據權利要求1或2所述的工藝裝置，其特征在于，所述第一級固液分離器(10)與所述第二級固液分離器(13)連接，以將所述第一級固液分離器(10)的下層濃漿液直接排入所述第二級固液分離器(13)。
4.根據權利要求1或2所述的工藝裝置，其特征在于，所述多晶硅生產廢水在所述加熱室(8)和所述分離室(5)中循環加熱并蒸發所產生的二次蒸汽(15)經除霧器(7)作用后排出，排出的所述二次蒸汽(15)經冷凝處理后作為產品蒸餾水回用。
5.根據權利要求1或2所述的工藝裝置，其特征在于，所述加熱室(8)設置有加熱熱源自入口(16)進入加熱室(8)，并且所述加熱熱源放熱后自出口(17)排出，所述多晶硅生產廢水在進入所述蒸發循環管線之前，采用所述出口(17)排出的加熱熱源進行預熱。
6.根據權利要求1或2所述的工藝裝置，其特征在于，所述蒸發循環管線通過第二管線與所述晶種罐(1)連接，以將循環料液作為晶種配制液引入所述晶種罐(1)。
7.根據權利要求1或2所述的工藝裝置，其特征在于，所述晶種罐(1)中采用無水硫酸鈣、二水硫酸鈣、重金屬含量合格達標的電廠脫硫石膏中的一種或多種來配制所述晶種懸漿液。
8.根據權利要求1或2所述的工藝裝置，其特征在于，所述蒸發系統結合使用機械蒸汽再壓縮MVR技術，包括：將所述分離室(5)產生的所述二次蒸汽(15)引入蒸汽壓縮機，所述蒸汽壓縮機將所述二次蒸汽(15)升溫升壓增焓后作為所述加熱室(8)的加熱熱源。
9.根據權利要求8所述的工藝裝置，其特征在于，所述二次蒸汽(15)引入所述蒸汽壓縮機之前，使用除霧器(7)去除所述二次蒸汽(15)中的霧沫夾帶。
10.根據權利要求1或2所述的工藝裝置，其特征在于，所述分離室(5)和所述加熱室(8)耦合成一體型蒸發器，其中所述一體型蒸發器的上部為所述加熱室(8)，下部為所述分離室(5)，并且所述一體型蒸發器采用降膜蒸發型式。
11.根據權利要求1或2所述的工藝裝置，其特征在于，所述晶種懸漿液的固含量為5～8％；或者，所述多晶硅生產廢水的鈣鎂含量大于或者等于第一指標，和硅含量大于或者等于第二指標；或者，所述循環料液固含量為3～5％。
12.根據權利要求1或2所述的工藝裝置，其特征在于，所述加熱室(8)采用非直接接觸式換熱形式，所述循環料液走管程，所述加熱熱源走殼程，所述料液在所述加熱室(8)管程的流速在1～3m/s；或者，所述第一級固液分離器(10)采用旋流器形式，以實現連續在線固液分離操作。
發明內容
本發明的目的是針對傳統晶種蒸發工藝和裝置不適用于多晶硅生產廢水資源化處置工藝的缺陷和不足，提供一種既能實現多晶硅生產廢水蒸發濃縮過程中的高效防垢和長周期低耗穩定運行，同時又能提高副產鹽純度，有助于多晶硅生產廢水鹽分資源化利用處置的蒸發工藝裝置。
本發明的技術方案是：
一種用于多晶硅生產廢水資源化處置的晶種蒸發工藝裝置，其特征在于，該工藝裝置包括：
一蒸發系統，所述蒸發系統包括分離室5以及加熱室8，所述分離室5和所述加熱室8通過蒸發循環管線相連接，其中，多晶硅生產廢水在加熱室8和分離室5中循環加熱并蒸發；
一進料系統，所述進料系統包括晶種罐1以及蒸發進料罐3，其中，所述晶種罐1內預先配制有晶種懸漿液，所述蒸發系統中晶種濃度低于第一濃度時，將所述晶種懸漿液通過第一管線引入蒸發循環管線，所述蒸發進料罐3用于儲存上游來的經過預處理的所述多晶硅生產廢水，所述蒸發進料罐3與所述蒸發循環管線連接，其中，該第一濃度可以是根據工藝及晶種類型所設定的一個濃度；
一固液分離系統，所述固液分離系統包括第一級固液分離器10、沉降罐11、以及第二級固液分離器13，其中，所述蒸發系統中的料液的濃度達到預定濃度后，所述料液由所述蒸發循環管線引出至第一級固液分離器10，所述第一級固液分離器10中的上層清液進入所述沉降罐11，下層濃漿液重新返回所述蒸發循環管線，所述沉降罐11底部的漿液引入至所述第二級固液分離器13，所述第二級固液分離器13將固體鹽泥18排出裝置，將清液排入結晶進料罐14。
基于上述技術方案，利用晶種防垢原理，多晶硅生產廢水蒸發濃縮過程中，成垢離子濃度增加到過飽和，析出微小晶粒優先吸附于系統預先投加的硫酸鈣晶種表面而不是換熱器金屬壁面，從而有效解決蒸發器長周期運行中結垢問題；通過設置兩級固液分離，第一級固液分離裝置利用離心分離原理回收晶種，沉降罐單元用于系統內細小粒徑懸浮物更好地捕集去除，使上游來粒徑過小晶粒二次生長，長大后經第二級固液分離實現廢水除雜凈化，有利于提高廢水除雜凈化效果以及提升后端分鹽資源化所得副產鹽品質；此外，該方案流程簡單，易于實施，能實現連續在線固液分離回收晶種，有利于降低晶種法運行成本。
所述沉降罐11包括導流筒20和攪拌器21，所述蒸發循環管線的來料從進口23進入所述導流筒20，所述第一級固液分離器10上層來料從進口24進入所述導流筒20，所述攪拌器21用于控速攪拌并使得夾帶粒徑較小鹽粒的料液沿著所述導流筒20向上流動，流動至所述沉降罐11頂部后再沿著罐壁向下流動。
基于上述技術方案，沉降罐設置導流筒和攪拌器，營造廢水流體在沉降罐中特定的流動流場，有利于微小顆粒的繼續生長、長大以及顆粒間的聚并下沉，最終有利于第二級固液分離裝置系統將晶種法晶種回收所需以外的晶體鹽排出回收，同時有利于進入后端分鹽結晶系統水質的除雜凈化，資源化回收副產鹽品質更高。
所述第一級固液分離器10與所述第二級固液分離器13連接，以將所述第一級固液分離器10的下層濃漿液直接排入所述第二級固液分離器13。
基于上述技術方案，有利于進一步調節蒸發系統晶種濃度，能夠快速降低蒸發系統晶種濃度。
所述多晶硅生產廢水在所述加熱室8和所述分離室5中循環加熱并蒸發所產生的二次蒸汽15經除霧器7作用后排出，所述二次蒸汽15經冷凝處理后作為產品蒸餾水回用。
基于上述技術方案，能夠將經冷凝處理后的二次蒸汽作為產品蒸餾水回用，從而實現廢水的資源化，降低生產成本。
所述加熱室8設置有加熱熱源自入口16進入加熱室8，并且所述加熱熱源放熱后自出口17排出，所述多晶硅生產廢水在進入所述蒸發循環管線之前，采用所述自出口17排出的放熱后的加熱熱源進行預熱。基于上述技術方案，有利于充分利用高溫蒸汽凝液的余熱，從而提高蒸發系統熱效率，節能降碳。
所述蒸發循環管線通過第二管線與所述晶種罐1連接，以將循環料液作為晶種配制液引入所述晶種罐1。基于上述技術方案，能夠更好地調節蒸發系統晶種濃度，僅在裝置系統開車時需要投加新鮮晶種，過程中產生的新晶種會不斷補充損失的晶種以達到系統內平衡。
所述晶種罐1中采用無水硫酸鈣、二水硫酸鈣、重金屬含量合格達標的電廠脫硫石膏中的一種或多種來配制所述晶種懸漿液。基于上述技術方案，可實現以廢治廢，同時可回收鹽泥作為石膏、硫酸鎂等鹽，實現資源化。
所述蒸發系統結合使用機械蒸汽再壓縮MVR技術，包括：將所述分離室5產生的所述二次蒸汽15引入蒸汽壓縮機，所述蒸汽壓縮機將所述二次蒸汽15升溫升壓增焓后作為所述加熱室8的加熱熱源。基于上述技術方案，有利于進一步節省過程能耗。
所述二次蒸汽15引入所述蒸汽壓縮機之前，使用除霧器7去除所述二次蒸汽15中的霧沫夾帶。基于上述技術方案，有利于提高二次蒸汽水質，過程中也能確保蒸汽壓縮機安全穩定運行，有利于降低夾帶鹽水液滴對蒸汽管道和蒸汽壓縮機葉輪的沖擊和腐蝕破壞。
所述分離室5和所述加熱室8耦合成一體型蒸發器，其中所述一體型蒸發器的上部為所述加熱室8，下部為所述分離室5，并且所述一體型蒸發器采用降膜蒸發型式。
基于上述技術方案，使得裝置系統結構更加緊湊，占地更小，同時有利于降低制造成本；同時，液體流程更短，有利于節省運行過程中泵的能耗，此外，進一步的，還可以采用插件或者多層噴淋的液體分布形式，使得布液效果更加均勻，液膜更薄，有利于實現高汽化率、無干點。
所述晶種懸漿液的固含量為5～8％；或者，所述含鹽廢水的鈣鎂含量大于或者等于第一指標，和硅含量大于或者等于第二指標；或者，所述循環料液的固含量為3～5％。
基于上述方案，進水留有一定的鈣鎂和硅含量，有利于晶種蒸發工藝更好、更低成本的持續運轉。
所述加熱室8采用非直接接觸式換熱形式，所述循環料液走管程，所述加熱熱源走殼程，所述料液在所述加熱室8管程的流速在1～3m/s；或者，所述第一級固液分離器10采用旋流器形式，以實現連續在線固液分離操作。
（發明人：郭宏新;陳飛;袁自偉;袁文兵;郭神宇）
