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用于滲濾液等濃溶液的處理技術(shù)

文檔作者：宋國政1，謝然2，張樹z，劉貝文檔來源： 1．重慶科技學(xué)院 2．重慶交通大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月01日
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上一篇：有機(jī)熱載體爐爆管事故分析及預(yù)防措施

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2013年第7期(總第94期)
紅；夏占芋釷
ENERGY AND ENERGY CONSERVATION 2013年7月
技術(shù)研究
用于滲濾液等濃溶液的處理技術(shù)
宋國政1，謝然2，張樹z，劉貝·
(1．重慶科技學(xué)院，重慶400331； 2．重慶交通大學(xué)，重慶400074)
摘要： 該螺旋處理技術(shù)是在平面刮片和螺旋刮片的共同作用下對農(nóng)污染液進(jìn)行處理的國內(nèi)創(chuàng)新方法，在處理時，減
小了呈湍流狀的液膜厚度，降低了熱阻；同時，在這過程中清除和抑制蒸發(fā)液在加熱面的結(jié)垢，并伴有良好的熱交換，
使總傳熱系數(shù)大，蒸發(fā)強(qiáng)度高，降低了熱阻，使蒸發(fā)液的換熱面積更加充分，受熱均勻，也保證了蒸發(fā)過程溫度穩(wěn)定，
特別舒適于其他方法難于處理的濃污染液體。
關(guān)鍵詞： 濃溶液；刮膜；螺旋處理
中圖分類號：TKll+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-0802一(2013)07—0122—04
Processing Technic for Concentrated Solution Such as Percolate
SONG Guo—zhen91，XlE Ran2，ZHANG Shu2，LIU Beil
(1．Chongqing University of Science＆Technology，Chongqing 400331。China；
2．Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)
Abstract：The spiral processing technology is a domestic innovative methods for agricultuml pollution solution processing with
the action of the fiat blade and the spiral blade，during processing，which can reduce the thickness of liquid sheet shaped onflow
and reduce the thermal resistance in the processing．Meanwhile，scale formation on the heating surfaces could be cleared and controlled
in the process，and the process is with good heat exchange，which make the overall heat transfer coeffficient and evapora—
tion intensity high，the thermal resistance be reduced，the heat transfer area of evaporative liquid be more sufficient and heated
evenly，and also ensure the evaporation process temperature stability，especially being suitable to handle concentrated contaminat—
ed solution processed difficuhly in other ways．
Key words：concentrated solution；knifing；spiral processing
1研制背景和意義
現(xiàn)今在垃圾焚燒發(fā)電廠，石油開采，醫(yī)院化工、
餐飲等方面都會產(chǎn)生很多的濃污染液。就滲濾液而
言，工廠傳統(tǒng)的處理方式是直接填埋和回噴法，前者
由于嚴(yán)重污染被禁止，而后者卻會浪費(fèi)掉大量熱量，
且回噴法適合于滲濾液產(chǎn)量少、垃圾熱值高的場合，
對于熱值較低的垃圾則不適合，否則會造成焚燒爐爐
膛溫度過低，甚至熄火的狀況。但中國垃圾的含水率
太高，滲濾液產(chǎn)量大，顯然回噴法不適用。作為一種
高濃度有機(jī)廢水，若不加處理而直接排入環(huán)境，會造
成嚴(yán)重的環(huán)境污染。所以對處理技術(shù)和工藝就有了特
殊的要求。
傳統(tǒng)的污染溶液處理器是根據(jù)混合物中物料沸點(diǎn)
的不同進(jìn)行分離。產(chǎn)品的熱分離歸諸于刮膜蒸發(fā)器的
收稿日期：2013—05—18
第一作者簡介：宋國政，1991年生，男，河北承德人，2014年將
畢業(yè)于重慶科技學(xué)院熱能與動力工程專業(yè)．在讀本科生。
·122·
機(jī)械力產(chǎn)生薄膜和高速湍動，待處理的粘性蒸發(fā)液進(jìn)
入刮膜蒸發(fā)器后，首先和轉(zhuǎn)軸上的平面分離器接觸，
并被均勻地分配到筒壁，然后靠刮膜片加速立即在加
熱面上形成有間隙的液膜，存在的缺點(diǎn)是，對于濃
的、粘性的污染液體，蒸發(fā)液由于刮膜蒸發(fā)時換熱的
不均勻，特別容易在筒壁粘附殘渣和結(jié)垢，降低換熱系
數(shù)，減少濾液的蒸發(fā)量，最終導(dǎo)致刮膜失效。本技術(shù)旨
在解決現(xiàn)有的過濃的污染廢液存在的處理難的問題。
2螺旋處理技術(shù)的結(jié)構(gòu)
轉(zhuǎn)軸通過法蘭連接電機(jī)，轉(zhuǎn)軸和刮筒通過軸封進(jìn)
行密封處理【1]，如圖1所示，平面刮片和螺旋刮片是
主要工作結(jié)構(gòu)，螺旋刮片采用螺旋形空間曲面。
3工作原理及性能分析
3．1工作原理
螺旋刮片1為螺旋形空間曲面，它是由一直線繞
軸同時作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動形成的；待處理液進(jìn)入
立式筒壁3后，先由平面刮片6刮散成薄膜，然后處
萬方數(shù)據(jù)
2013年第7期宋國政，等：用于滲濾液等濃溶液的處理技術(shù)2013年7月
4
圖1 污水螺旋處理技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖
理液在螺旋刮片5作用下形成湍流薄膜，降低熱阻，
增大總傳熱系數(shù)，提高了蒸發(fā)強(qiáng)度，使得濾液蒸發(fā)更
充分；殘渣沿著螺旋線狀向下推進(jìn)，進(jìn)入底部空腔7
的殘渣收集口；同時旋轉(zhuǎn)的螺旋刮片1保證液膜的均
勻和連續(xù)，并阻止液膜在筒壁結(jié)垢。
3．2性能分析
外部的熱氣通過熱源人口9進(jìn)入立式刮筒3提供
熱源，加熱后的廢氣從熱源出口11排出，需要處理
的廢液由廢液人口4進(jìn)入立式刮筒3；轉(zhuǎn)軸1旋轉(zhuǎn)帶
動固定的螺旋刮片5和平面刮片6旋轉(zhuǎn)，使立式刮筒
3壁面形成很薄的一層液體，利于蒸發(fā)。廢液蒸發(fā)后
從蒸汽出口8排出，冷卻后形成干凈的液體排放，同
時廢液中的結(jié)渣被螺旋刮片5刮下向下輸送，從殘渣
出口13排出。這樣就完成了對廢液的處理。
4經(jīng)濟(jì)性計算
背景：重慶市最大的兩個垃圾焚燒發(fā)電廠，經(jīng)過
兩地實地的調(diào)研，得到了垃圾處理的相關(guān)數(shù)據(jù)。對于
低濃度的滲濾液【21，每噸的處理價格大約為15元，而
濃滲濾液的處理每噸大約為80元～120元。
我們了解到，對于現(xiàn)有大約兩臺焚燒爐的垃圾發(fā)
電廠，每臺焚燒爐每小時可處理25 t生活垃圾，則電
廠每天處理垃圾的數(shù)量約為950 t～1 050 t，我們計
算參考垃圾的量為1 000 t，則每天產(chǎn)生的滲濾液為
300 t。并且回噴法適合于滲濾液產(chǎn)量少、垃圾熱值高
的場合，對于熱值較低的垃圾則不適合，否則會造成
焚燒爐爐膛溫度過低，甚至熄火的狀況。對于熱值為
5 124 kJ／kg、含水率為48％的城市生活垃圾，理論上
滲濾液最大回噴量為垃圾焚燒量的3．19％。但中國垃圾
的含水率太高，滲濾液產(chǎn)量大，顯然回噴法不適用。
垃圾焚燒發(fā)電廠經(jīng)過處理由布袋除塵器排放的煙
氣溫度大約為128℃，這部分熱量是浪費(fèi)掉的，而且
會破壞生態(tài)環(huán)境M。本技術(shù)處理需要熱源，而煙氣的
溫度符合熱源的要求，因此可以利用煙氣作為熱源來
加熱滲濾液。
具體計算：
a)已知：兩臺焚燒爐每天處理的垃圾量為1 000
t，滲濾液約占18％；
滲濾液量=1 000×18％=180 t
b)已知：通過反滲透法處理一般溶液成本為每
噸15元；
Xl=15元／t×180 t=2 700元
e)已知：一般處理后，均有30％濃滲濾液不能
達(dá)標(biāo)排放，電廠會采用回噴燃燒。查得鍋爐效率為
65％，查得蒸汽熱效率70％，蒸汽費(fèi)用230元／t將濃
滲濾液蒸發(fā)吸熱轉(zhuǎn)換到每噸蒸汽蒸發(fā)所需燃料等綜合
的費(fèi)用；
d)每天處理滲濾液費(fèi)用X=X．+Xz=3．23 X 104元
每年處理滲濾液費(fèi)用：
Y=365 X(Xl+X2)=1 178．95×104元
由上述的計算可知，垃圾焚燒發(fā)電廠每年在處理
滲濾液方面會花費(fèi)大量費(fèi)用，而且還存在很大的污染
隱患，而我們技術(shù)，只需要在電廠建立相關(guān)的引熱裝
置，消耗基本的用電費(fèi)用和基本的設(shè)備成本，便能為
電廠節(jié)省很多的成本，最后產(chǎn)生的干性物質(zhì)可以用車
直接拉走或者回爐燒掉，這樣不僅為公司在處理滲濾
液節(jié)省了很多的花費(fèi)，更重要的是它有很好的社會效
應(yīng)，是政府大力鼓勵的。
5控制變量法探究刮片轉(zhuǎn)速凡和溶液流速u
以及熱量p對蒸發(fā)率的影響
該螺旋處理濃溶液的能力大小與螺旋刮片的轉(zhuǎn)速
n、濃溶液的流速穢以及鍋爐提供的蒸汽氣壓有關(guān)。
為探究該樣機(jī)處理濃溶液的最大能力，本試驗采用控
制變量法，濃溶液采用濃墨水試劑，經(jīng)過多次的試
驗，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和繪圖，得到了關(guān)系曲線及相關(guān)結(jié)
論，見表1。
實驗現(xiàn)象：轉(zhuǎn)速低，釋放潛熱后的蒸汽仍有大量
排出，接下來的試驗逐步提高轉(zhuǎn)速，蒸汽的排出量先
減小再增大；轉(zhuǎn)速在600 dmin～700 drain之間，蒸
汽排出口處大量噴射水，幾乎無蒸汽排出；在真空泵
制造的真空度下，轉(zhuǎn)速在600 dmin～700 r／min之間
·123·
萬方數(shù)據(jù)
2013年第7期如；夏與子釷2013年7月
表1流速u、蒸汽壓強(qiáng)p、試劑體積y一定，轉(zhuǎn)速凡改變
N u Q yl y2 叼
drain ml／min MPa ml ml ％
凡．(300) 600 O．25 3 000 1 830 6l
n2(350) 600 0．25 3 000 2 120 70．7
n3(400) 600 0．25 3 000 2 430 81
n。(450) 600 0．25 3 000 2 520 84
凡5(500) 600 0．25 3 000 2 640 88
|n6(550) 600 0．25 3 000 2 680 89．3
凡，(600) 600 O．25 3 000 2 720 90．7
n8(650) 600 O．25 3 000 2 750 91．6
n。(700) 600 0．25 3 000 2 760 92
nlo(750) 600 O．25 3 000 2 690 89．6
凡¨(800) 600 O．25 3 000 2 430 8l
‰(850) 600 O．25 3 000 2 360 78．6
注：螺旋刮片轉(zhuǎn)速n、流速t，、蒸汽壓強(qiáng)P如可以反映熱量
供應(yīng)量)、試劑體積y、蒸發(fā)液體積”、蒸發(fā)率叼。
溫度計顯示較穩(wěn)定的53℃，其它轉(zhuǎn)速下，溫度計顯
示會偏高或偏低，偏差在10℃左右。
結(jié)論：由圖表可知，當(dāng)試劑的流速u不變，蒸汽
壓強(qiáng)P不變時，蒸發(fā)率先隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大，在
600 r／min～700 r／rain內(nèi)達(dá)到最大值后，蒸發(fā)率隨轉(zhuǎn)
速的增加而減小。
試驗分析：螺旋刮片的轉(zhuǎn)速在400 r／min一650
r／min區(qū)間內(nèi)，蒸發(fā)率和轉(zhuǎn)速成正相關(guān)，因為較大的轉(zhuǎn)
速將試劑刮散地更充分，有利于換熱蒸發(fā)；轉(zhuǎn)速在
650 dmin～850 r／rain，蒸發(fā)率和轉(zhuǎn)速成負(fù)相關(guān)，因為
螺旋刮片的向下推動速度大于蒸發(fā)速度，試劑沒有充
分蒸發(fā)即被送到刮筒底部。在實際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)
所需處理的濃溶液的種類、數(shù)量、分離器的體積等進(jìn)
行綜合調(diào)試，得到刮片轉(zhuǎn)速的最優(yōu)解，見表2。
表2轉(zhuǎn)速n不變、蒸汽壓強(qiáng)p、試劑體積y一定、流速"改變
Ⅳ t，T Q y1 y2 叼
t|min mffmin min MPa ml ml ％
n。(650) 3 000 l’03 0．25 3 000 800 26．7
n2(650) 2 000 1 731 0．25 3 000 1 120 37．3
n3(650) 750 1’58 0．25 3 000 1 530 51
n。(650) 1 104 2’43 0．25 3 000 2 210 73．7
n5(650) 947 3’10 0．25 3 000 2 420 80．7
n。(650) 776 3’52 0．25 3 000 2 560 85．3
n，(650) 690 4’21 0．25 3 000 2 710 90．3
凡8(650) 579 5’11 O．25 3 000 2 730 91
n9(650) 477 6’17 0．25 3 000 2 720 90．6
nlo(650) 400 7 730 0．25 3 000 2 710 88
實驗現(xiàn)象：較高流速下，釋放潛熱后的蒸汽仍有
大量排出，接下來的試驗逐步降低流速，蒸汽的排出
·124·
量先減小再增大，流速在500 ml／min～600 ml／min之
間，蒸汽排出口處大量噴射水，幾乎無蒸汽排出；在
真空泵制造的真空度下，流速在500 ml／min。600
ml／min之間溫度計顯示較穩(wěn)定的50℃一55℃，流速
過高或過低，溫度計顯示60 oC以上。
結(jié)論：由圖表可知，當(dāng)刮片轉(zhuǎn)速n、蒸汽壓強(qiáng)P
一定，蒸發(fā)率隨著流速的降低而升高，在400 ml／min
～600 ml／min內(nèi)達(dá)到最大值。
結(jié)果分析：流速較大時，蒸發(fā)率會降低，因為過
多的試劑使蒸發(fā)速度小于螺旋刮片向下的推動速度；
流速較小時，在一定區(qū)間內(nèi)，蒸發(fā)率和轉(zhuǎn)速成正相
關(guān)，但處理試劑太耗時。因此在實際應(yīng)用中，應(yīng)該根
據(jù)所需處理的濃溶液的種類、數(shù)量、分離器的體積等
進(jìn)行綜合調(diào)試，得到濃溶液流速最優(yōu)解，見表3。
表3流速u、轉(zhuǎn)速n、試劑體積y一定。蒸汽壓強(qiáng)P改變
7、r U Q yl y2 叼
dmin mI／min MPa ml ml ％
650 600 O．1 3 000 1 400 46．7
650 600 O．15 3 000 1 940 64．7
650 600 0．2 3 000 2 500 83．3
650 600 O．22 3 000 2 590 86．3
650 600 0．25 3 000 2 670 89
650 600 0．28 3 000 2 710 90．3
650 600 O．3 3 000 2 700 90
650 600 0．34 3 000 2 730 91
現(xiàn)象：熱源供給的蒸汽時，出氣端出水，溫度計
溫度在50℃左右，蒸發(fā)率大幅度降低；熱源提供較
大量得蒸汽時，排氣端開始逐漸出氣和水，蒸發(fā)率逐
漸升高；蒸汽供給量再加大時，排氣端出水和蒸汽的
混合物，蒸發(fā)效率基本不變。
結(jié)果分析：在熱量不足時，蒸發(fā)率與熱源熱量成
正比關(guān)系，當(dāng)熱量供給充足時，蒸發(fā)率基本不變，因
此在工廠實際處理濃溶液時，需計算供給熱量的參
數(shù)，以免出現(xiàn)蒸發(fā)率低和熱量浪費(fèi)的情況。
6總結(jié)及優(yōu)勢
該螺旋刮片的功能，減小了呈湍流狀的液膜厚
度，降低了熱阻；同時，在這過程中清除和抑制蒸發(fā)
液在加熱面的結(jié)垢，并伴有良好的熱交換，使總傳熱
系數(shù)大，蒸發(fā)強(qiáng)度高M(jìn)。螺旋的高速旋轉(zhuǎn)刮膜，使蒸
發(fā)液蒸發(fā)更充分，薄膜厚度更薄，這樣蒸發(fā)液在蒸餾
過程中受熱時間更短，正是這個獨(dú)有的特點(diǎn)，使其適
宜于處理高粘度的濾液和高濃度的濾液，其蒸發(fā)過程
也能平穩(wěn)操作。促進(jìn)蒸發(fā)殘渣的向下運(yùn)動。由于螺旋
刮片的螺旋推動作用，使得蒸發(fā)殘渣在蒸發(fā)器內(nèi)的停
留時間很短，這樣降低了熱阻，使蒸發(fā)液的換熱面積
萬方數(shù)據(jù)
2013年第7期宋國政，等：用于滲濾液等濃溶液的處理技術(shù)2013年7月
更加充分，受熱均勻，也保證了蒸發(fā)過程溫度穩(wěn)定，
特別舒適于其他方法難于處理的濃污染液體。
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(收稿日期：劉倩倩)
o●<>●o●o●<>●(>●o‘o●o●o●o●o●o●◇●o●o●o●o●o●o●o●·o'。o●o●o●o●o●<>●<>●o●o●o●o●<>●o●<>●<>●<>●(>●o●<>●(>●o●(>●(>’<>●<>●◇●
(上接57頁)
效的管理。提倡廢電池的分類收集，避免含汞、鎘廢
電池混入生活垃圾焚燒設(shè)施；
d)2003年10月9日由國家環(huán)?？偩?、國家發(fā)改
委、建設(shè)部、科技部和商務(wù)部發(fā)布的《廢電池污染防
治技術(shù)政策》(環(huán)發(fā)[2003]163號)，這是指導(dǎo)中國廢
電池污染防治工作的一份綱領(lǐng)性文件。該技術(shù)政策規(guī)
定廢電池污染控制的重點(diǎn)是廢含汞電池、廢鎘鎳電
池、廢鉛酸蓄電池；廢電池的收集重點(diǎn)是鎘鎳電池、
氫鎳電池、鋰離子電池、鉛酸電池等廢棄的可充電電
池和氧化銀等廢棄的扣式一次電池。充電電池和扣式
電池的制造商、進(jìn)口商和使用充電電池或扣式電池產(chǎn)
品的制造商應(yīng)當(dāng)承擔(dān)回收廢充電電池和廢扣式電池的
責(zé)任。廢一次電池的回收，應(yīng)由回收責(zé)任單位審慎地
開展，在缺乏有效回收的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，不鼓勵集
中收集已達(dá)到國家低汞或無汞要求的廢一次電池。該
技術(shù)政策明確提出要逐步提高含汞量小于0．000 l％的
堿性鋅錳電池在一次電池中的比例，逐步減少糊式電
池的生產(chǎn)和銷售量，最終實現(xiàn)淘汰糊式電池，這也是
國家首次在技術(shù)政策法規(guī)里提出淘汰糊式電池。鼓勵
發(fā)展鋰離子和金屬氫化物鎳電池(簡稱氫鎳電池)等
可充電電池的生產(chǎn)，替代鎘鎳可充電電池，減少鎘鎳
電池的生產(chǎn)和使用，最終在民用市場淘汰鎘鎳電池；
鼓勵開發(fā)低耗、高能、低污染的電池產(chǎn)品和生產(chǎn)工
藝、使用技術(shù)，鼓勵電池生產(chǎn)使用再生材料；鼓勵和
支持消費(fèi)者使用汞含量小于0．000 l％的高能堿性鋅錳
電池；鼓勵和支持消費(fèi)者使用氫鎳電池和鋰離子電池
等可充電電池以替代鎘鎳電池；鼓勵和支持消費(fèi)者拒
絕購買、使用劣質(zhì)和冒牌的電池產(chǎn)品以及沒有正確標(biāo)
注有關(guān)標(biāo)識的電池產(chǎn)品；
e)2009年9月30日中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)
督檢驗檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會共同發(fā)
布《堿性及非堿性鋅一二氧化錳電池中汞、鎘、鉛含
量的限制要求》(GB24427—2009)，2010年7月1日
實施。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了已標(biāo)準(zhǔn)化的堿性及非堿性鋅一二
氧化錳(扣式電池除9l,)ep汞、鎘、鉛含量的限制要求，
相比前三個文件，該標(biāo)準(zhǔn)對廢干電池管理提出了更高
的管理要求，明確規(guī)定了干電池中鎘、鉛含量的限制
要求。
至今，距《關(guān)于限制電池產(chǎn)品汞含量的規(guī)定》發(fā)
布已15個年頭，據(jù)嬤電池污染防治技術(shù)政策》發(fā)
布也已經(jīng)10 a了，市場依然流通高汞干電池，無汞
堿性鋅錳電池的市場占有率還不到20％，更別提氫鎳
電池和鋰離子電池等可充電電池，而淘汰糊式電池和
鎘鎳電池更是遙遙無期?？梢?，廢干電池污染防治的
效果更大程度上取決于政策的落實，更需要廢干電池
污染防治管理細(xì)則的盡快出臺和有效地實施。
參考文獻(xiàn)：
[1]中國電池工業(yè)協(xié)會，中國電池工業(yè)年鑒(2010年)[M]，北
京：中國電池工業(yè)協(xié)會，2011．
《責(zé)任編輯：劉倩倩》
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核動力概述
核動力是指核裂變或核聚變產(chǎn)生能量的工業(yè)應(yīng)
用，是利用可控核反應(yīng)來獲取能量，從而得到動力、熱
量和電能。因為核輻射問題和現(xiàn)在人類還只能控制核
裂變，所以核能暫時未能得到大規(guī)模的利用。利用核反
應(yīng)來獲取能量的原理是：'-3裂變材料在受人為控制的
條件下發(fā)生核裂變時，核能就會以熱的形式被釋放出
來，這些熱量會被用來驅(qū)動蒸汽機(jī)。蒸汽機(jī)可以直接提
供動力，也可以連接發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電能。世界各國軍隊
中的大部分潛艇及航空母艦都以核能為動力，同時，核
能每年提供人類獲得的所有能量中的7％，或人類獲得
的所有電能中的15。7％。
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