蒸汽装置以及操作该装置的方法 |
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| 申请号 | CN201310185108.8 | 申请日 | 2013-03-29 | 公开(公告)号 | CN103438423A | 公开(公告)日 | 2013-12-11 |
| 申请人 | 斯普瑞斯-萨克有限公司; | 发明人 | M·格里芬; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了 蒸汽 装置10，包括处理 原 水 的处理单元12；产生蒸汽的 锅炉 18；排放容器20，与所述锅炉 流体 连通，由此接收来自锅炉的热排放水；和 反渗透 单元14。反渗透单元14通过流入水管线24与处理单元12流体连通，通过渗透液管线60与锅炉18连通，通过浓缩液管线74、76、78、80、82与处理单元12和/或排放容器20连通。使用中反渗透14接收来自处理单元12的流入水并产生渗透液，渗透液通过渗透液管线60提供给锅炉18，同时产生浓缩液，浓缩液通过浓缩液管线74、76、78、80、82输送给处理单元12和/或排放容器20。本发明同时也公开了操作蒸汽装置的方法和用来改造现有蒸汽装置的方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种蒸汽装置，其包括： |
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| 说明书全文 | 蒸汽装置以及操作该装置的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种蒸汽装置，操作该装置的方法，以及升级现有蒸汽装置的方法。 背景技术[0003] 重要的是控制输送给锅炉的原水的品质，以此来防止在所述蒸汽装置中产生不期望的效果。这些不期望的效果包括所述装置的金属组件，例如管路和阀体的腐蚀，以及热传递速率的降低，其可以导致组件的过热和机械强度的损失。 [0004] 水可以称为“硬的”或“软的”。硬水包含水垢形成杂质，而软水包括很少或没有上述物质。硬度是由于钙和镁的矿物盐的存在导致的，也正是由于这些矿物质促进水垢的形成。假如硬水输送给锅炉，就会在热传递表面发生结垢，这将降低锅炉的热传递和效率。进一步地，假如输送到锅炉中的水包括溶解气体，特别是氧气，则所述锅炉表面、管路以及其他表面的腐蚀将很有可能发生。假如所述水的pH值很低，该酸性溶液将会侵蚀金属表面，而假如所述pH值很高，该水是碱性的，例如起泡的其他问题便会发生。 [0005] 还需要防止锅炉水从所述锅炉被携带输送到蒸汽系统中，因为这会导致控制阀和热传递面的污染，和对蒸汽疏水阀孔口的限制。携带典型地是由“汽水共腾(priming)”或“泡沫共腾(foaming)”导致的。汽水共腾是将锅炉水喷射入蒸汽沸腾，且通常由于要么以很高的水位操作所述锅炉、在低于其设计压力下操作该锅炉或过量蒸汽需求所致。泡沫共腾是在水面和蒸汽沸腾之间的空间形成泡沫，且主要是由于锅炉水中的高含量杂质。 [0006] 随着锅炉产生蒸汽，锅炉水中的和那些不随着蒸汽汽化的任何杂质将会在锅炉水中浓缩。随着溶解固体总量(TDS)变得越来越浓缩，蒸汽泡趋向于变得更加稳定，即使当它们接触到锅炉的水面时也不会破裂。最终，锅炉中的大部分蒸汽空间变得充满气泡，并且泡沫被挟带至蒸汽装置的主要部分中。因而，希望小心地控制锅炉水中的溶解固体总量(TDS)。可使用传感器来检测锅炉水的TDS值，并且被称为排放(blowdown)水的水从锅炉排放到排放容器中，以保持TDS值在可接受的限值内。常规锅炉可在2000-3500ppm范围内的TDS下运行。排放水在排放容器中与较冷的水混合，然后排放至排水。 [0007] 下表1显示出水中一些典型的杂质的技术和通常名称，以及它们的化学符号和它们的作用。 [0008] 表1 [0009]名称 符号 通常名称 作用 碳酸钙 CaCO3 白垩，石灰石 软水垢 碳酸氢钙 Ca(HCO3)2 软水垢和二氧化碳 硫酸钙 CaSO4 石膏，熟石膏 硬水垢 氯化钙 CaCl2 腐蚀 碳酸镁 MgCO3 软水垢 硫酸镁 MgSO4 菱镁矿 腐蚀 碳酸氢镁 Mg(HCO3)2 泻盐 水垢，腐蚀 氯化钠 NaCl 普通盐 电解 碳酸钠 Na2CO3 洗涤碱或苏打 碱性 碳酸氢钠 NaHCO3 小苏打 汽水共腾，泡沫共腾 氢氧化钠 NaOH 烧碱 碱性，脆化 硫酸钠 Na2SO2 芒硝 碱性 二氧化硅 SiO2 硅石 硬水垢 [0010] 已知的是，可通过在将原水作为进水供至锅炉之前去除各种杂质来处理原水，由此减少上述所不期望的效果。例如，假如所述水太硬，然后会在锅炉中形成水垢，假如所述TDS值太高，所述锅炉的排放速率必须增加，以防止锅炉中的TDS值变得更高和导致携带发生。 [0013] 软化器单元用来降低已经过滤后水的硬度，并典型包括两个软化器容器和卤水罐。每个软化器容器装有钠离子与其结合的树脂。随着过滤水通过树脂，与树脂结合的钠离子被取代并交换水中的钙离子和镁离子，从而降低了水的硬度。在一段时间以后，所有的钠离子将从树脂被取代，并被钙离子和镁离子替换。因此，可通过用来自卤水罐的高浓度氯化钠溶液冲洗树脂，使软化器容器再生。这使得与树脂结合的钙离子和镁离子被钠离子替换。软化器容器随后用水冲洗，以从软化器容器去除未结合的钙离子和镁离子。典型地，当使用一个软化器容器时，另一个进行再生，由此可软化水而不中断。 [0014] 反渗透单元起着降低经软化的水的TDS值的作用。反渗透单元包括半透膜，其设置在两个腔室之间。具有高的TDS值的软化水被供至腔室之一，再向其施加压力。所施加的压力导致具有低TDS值并被称为渗透液的纯水通过半透膜至另一腔室。包含高浓度杂质并由此具有高TDS值的浓缩液保留在所述半透膜的加压侧。渗透液作为进料水通过进料罐供至锅炉，浓缩液则排放至排水。供至反渗透单元的软化水可具有220ppm的TDS值，而用作进料水的渗透液可具有23ppm的TDS值。 [0015] 如从以上应理解的是，蒸汽装置需要大容量的水来运行。特别地包括最终用来产生蒸汽的原水、可以与热的排放水混合的冷水、用于软化器单元的盐水罐的水和用于过滤器和软化器单元的冲洗水。水是经济上昂贵的资源，并且占蒸汽装置大部分的运行成本。此外，这些水中的大部分最终被排放至排水，并且水务局通常会对此征收费用。水资源是有限的资源，并且对水的需求一直在增加。 [0016] 因此，从经济上和环境的观点来看，希望降低蒸汽装置中水的消耗。 发明内容[0017] 根据本发明的一个方面，提供了一种蒸汽装置，其包括：用来处理原水的处理单元；用来产生蒸汽的锅炉；排放容器，其与锅炉流体连通，由此接收来自所述锅炉的热排放水；反渗透单元，其通过流入水管线与处理单元流体连通，通过渗透液管线与锅炉流体连通，通过浓缩液管线与处理单元和/或排放容器流体连通；其中在使用中，所述反渗透单元接收来自处理单元的处理过的流入水并产生渗透液，通过所述渗透液管线，渗透液被提供给锅炉，同时产生浓缩液，浓缩液通过浓缩液管线输送给处理单元和/或排放容器。在本发明的其他方面，浓缩液可以通过供给槽(另外已知为热井)提供给锅炉，和/或提供给反渗透单元的RO入口，以替代，或附加地，处理单元和/或排放容器。 [0018] 通过在所述处理单元和/或排放容器中使用来自所述反渗透单元的浓缩液，蒸汽装置的水消耗会降低，由此降低蒸汽装置的运行费用，和降低蒸汽装置对环境的影响。 [0019] 所述处理单元可以包括软化器单元，软化器单元包括至少一个软化器容器和卤水罐。所述浓缩液可输送给所述卤水罐中，随后可用来再生至少一个软化器容器。通过使用所述浓缩液来填充卤水罐，典型地用来填充卤水罐的原水的使用可以降低。所述浓缩液可提供给至少一个软化器容器，以此冲洗软化器容器。通过使用所述浓缩液来冲洗软化器容器，典型地用来冲洗软化器容器的原水的使用也可以降低。 [0020] 所述处理单元可以包括过滤器，例如炭过滤器。所述浓缩液可提供给所述过滤器来冲洗所述过滤器。通过使用浓缩液来冲洗过滤器，典型地用来冲洗滤器的原水的使用可以减少。所述浓缩液可提供给排放容器，在其中其与热排放水混合，以便冷却排放水。通过使用浓缩液来冷却热排放水，典型地用来冷却热排放水的原水的使用可以降低。 [0021] 蒸汽装置还可包括浓缩液罐，其用来接收和临时储存来自反渗透单元的浓缩液。 [0022] 根据本发明的另一个方面，提供了一种操作蒸汽装置的方法，包括，提供原水给处理单元，产生处理过的流入水；提供该处理过的流入水到反渗透单元，从而产生渗透液和浓缩液；提供所述渗透液到锅炉，以及提供所述浓缩液到处理单元和/或排放容器。 [0023] 所述处理单元可以包括软化器单元，其包括至少一个软化器容器和卤水罐。所述浓缩液可提供给卤水罐；所述方法还可以包括，使用来自卤水罐的浓缩液再生所述至少一个软化器容器。所述方法可以还包括使用浓缩液来冲洗所述至少一个软化器容器。 [0024] 所述处理单元可以包括过滤器。所述方法还可以包括使用浓缩液来冲洗过滤器。 [0025] 所述方法可以还包括提供所述浓缩液到所述排放容器中与热排放水混合，以此来冷却排放水。 [0026] 所述方法可以还包括在浓缩液储存罐中临时储存所述浓缩液，然后提供所述浓缩液到处理单元和/或排放容器。 [0027] 根据本发明的另一个方面，提供了一种改造现有蒸汽装置的方法，该蒸汽装置包括：用来处理原水的处理单元；用来产生蒸汽的锅炉；排放容器，其与所述锅炉流体连通，由此接收来自所述锅炉的热排放水；和反渗透单元，其通过流入水管线与处理单元流体连通，通过渗透液管线与锅炉流体连通，同时具有浓缩液排放口；所述方法包括通过浓缩液管线来流体连接反渗透单元的浓缩液排放口与处理单元和/或排放容器，由此在蒸汽装置运行期间，浓缩液可以通过浓缩液管线提供给处理单元和/或排放容器。 [0029] 结合参考附图1，现在本发明的实施方案将通过实例的形式描述，该附图1示意性地显示出蒸汽装置的一部分。 具体实施方式[0030] 图1示意性地显示出蒸汽装置10的一部分，其包括处理单元12，反渗透单元14，供给槽(热井)16，锅炉18和排放容器20。在使用过程中，处理单元12和反渗透单元14处理原水，水通过供给槽16供给到锅炉18中以产生蒸汽。由锅炉18所产生的蒸汽在高温高压下通过管路被传输到各个工业过程中，该过程中，这些蒸汽中的能量被加以利用(未示出)。在周期性间隔中，排放水从锅炉18中排到排放容器20中，在其中其被冷却和排放。尽管并未在图1的示意图中显示出来，各种泵、阀和传感器可提供用来控制系统循环中的水和蒸汽的流动。 [0031] 处理单元12具有接收原水的入口22和用来排出处理过的水的出口24。处理单元12包括炭过滤器形式的过滤器26，和流体串联连接在一起的软化器单元28。过滤器26用来从原水中去除悬浮固体，软化器单元28用来降低水的硬度。过滤器26也提供有冲洗管线36和排放管线38。软化器单元28包括第一和第二软化器容器30、32，其每一个都包括结合钠离子的树脂，和用来再生所述软化器容器30、32的卤水罐34。软化器单元28同样提供有控制阀，其使得过滤后的水流通过软化器容器30、32中的一个，同时软化器容器30、32的另一个处于再生阶段。这使得软化器单元28可以持续使用。软化器单元28也提供有卤水罐填充管线40，冲洗水管线42和排放管线44。 [0032] 尽管已经描述了存在过滤器26和软化器单元，但在其他实施方案中也可仅存在一个装置。进一步地，附加的水处理装置或单元在需要时也可合并到处理单元12中。 [0033] 处理单元12的出口24通过流入水管线48流体连接到反渗透单元14的RO入口46。这使得由处理单元12处理过的原水可以提供给反渗透单元14。反渗透单元14布置用来降低从处理单元12所提供的处理过的流入水的溶解固体总量(TDS)。如图1示意性地示出的，反渗透单元14包括流入腔体50和渗透腔体52，两者由半透膜54隔开。RO入口46朝向流入腔体50内开口，该流入腔体还提供有浓缩液排出口56，当具有较高的TDS值时，可以从此口排出浓缩液。渗透腔体52提供有渗透液出口58，当具有较低的TDS值时，渗透液可以从此口排出。在使用中，流入腔体50保持在压力下，流入水通过RO入口46提供到该腔体。称为过滤液且较低杂质含量的纯水流动穿过膜54，其可以从渗透液出口58排出，而高杂质的浓缩液可以从浓缩液排出口56排出。 [0034] 反渗透单元14的渗透液出口58连接到渗透液管线60，其配置用来输送由反渗透单元14产生的渗透水到供给槽16。接下来，供给槽16通过供给水管线62流体连接到锅炉18，由此在供给槽16中的供给水可输送给锅炉18。设置锅炉18，以从供给水产生蒸汽，通过输送和传递蒸汽的蒸汽供给管线64，将蒸汽提供给蒸汽装置中的各个过程(未示出)。 [0035] 锅炉18也提供有朝向所述锅炉底部的排放出口66，其与排放管线68相接。排放管线68将锅炉18连接到排放容器20，以便使热的排放水可以从锅炉18中排放到排放容器20中。排放容器20进一步提供有排放管线70，其使得冷却的排放水可以被排放到排水中。 [0036] 除了上述组件，蒸汽装置10还提供有浓缩液储存罐72，其通过浓缩液管线74流体连接至反渗透单元14的浓缩液排出口56。这使得由反渗透单元14所产生的浓缩液被供给至浓缩液罐，并由其储存。浓缩液储存罐72通过多个浓缩液管线连接到蒸汽装置10的不同的其他组件。特别的，在该实施方案中，浓缩液储存罐72通过管线76连接到排放容器20，通过管线78连接到过滤器26的冲洗管线36，通过管线80连接到卤水罐34的卤水罐填充管线40，通过管线82连接到软化器单元28的冲洗管线42。这使得来自反渗透单元14、临时存储在浓缩液储存罐72的浓缩液能够被供应至这些不同的组件。 [0037] 在使用中，原水供给到处理单元12的入口22中，并流过炭过滤器26来除去水中悬浮的任何颗粒。之后，过滤后的水流经软化器单元28来降低水的硬度。软化器单元28包括两个软化器容器30、32，过滤后的水流过这些容器30、32中的一个，而另一个容器处于再生阶段(其将在下述中解释)。当过滤后的水流过软化器容器30、32中的树脂时，水中的镁或钙离子置换和替代结合至所述树脂的钠离子。由此通过用钠离子置换镁或钙离子，从而降低了水的硬度。之后，经过滤和软化的水供给到反渗透单元14的RO入口46，作为处理过的流入水通过流入水管线48。处理过的流入水进入反渗透单元14的流入腔体50，并承受着高压。具有较低的杂质、并因此具有较低TDS值的渗透液通过膜54进入渗透腔体52，而杂质含量高、并因此具有较高TDS值的浓缩液保留在流入腔体50中。浓缩液以已知的速度通过反渗透单元14的浓缩液排出口56排出，并通过浓缩液管线74供给到浓缩液储存罐72。渗透液相对较软，并具有相对低的TDS值，其通过渗透液管线60输送到供给槽16。各种化学品都供给到供给槽16中的供给水中。锅炉供给水通过供给水供应管线62供给给锅炉18，然后被加热产生蒸汽。所述蒸汽通过蒸汽供应管线64输送到蒸汽装置10的各个工业过程中。 [0038] 在锅炉18内的锅炉水中的杂质由于其不被汽化而浓缩聚集，因此锅炉水的TDS值也增加。如前所述，假如所述TDS值太高，则随后锅炉中形成的泡沫可能被携带进入蒸汽系统的其余地方。因此，在周期性间隔中，具有高TDS值的排放水通过排放水管线68经过排放出口66从锅炉18排放出到排放容器20。排放水的温度对它来说太高了，不能直接排放到下水道中。因此，供应到排放容器20中的热排放水与排放容器20中较冷的水混合，然后通过排放管线70排出。在该实施方案中，由反渗透单元14产生并存放在储存罐72中的浓缩液通过管线76提供给排放容器20。浓缩液大约处于环境温度，因此可用于冷却热的排放水。假如没有足够可用的浓缩液来足够冷却热的排放水，那么可以额外使用另一来源的水，例如原水。由于浓缩液仅用来冷却热的排放水，因而其有高的杂质也无关紧要。 [0039] 由于具有高的杂质含量，浓缩液的使用一般是直接将其排放到排水，现将其用来冷却热的排放水，这可以消除或者至少减少排放容器中所需的原水的量。因此这在经济上是节省的，因为消除了(或至少是减少)用原水冷却热的排放水的成本，而处置浓缩液的花费也得以消除(或至少是减少)。 [0040] 一段时间之后，过滤器26会被从原水中移除的悬浮固体堵塞。因此有必要定期用冲洗水来冲洗过滤器26。在该实施方案中，由反渗透单元14产生并存放在储存罐72中的浓缩液被提供给冲洗管线36，用来冲洗过滤器26，以便移除碎片。然后，用来冲洗过滤器26的浓缩液通过排放管线38排放。假如没有足够可用的浓缩液来冲洗过滤器26，那么另外来源的水，例如原水，可以额外地使用。既然浓缩液仅用来冲洗过滤器，因而其有高的杂质也无关紧要。 [0041] 由于具有高的杂质含量，浓缩液的使用一般是直接将其排放到排水，现将其用来冲洗过滤器26，这消除或者至少减少了冲洗所需的原水的量。因此这在经济上是节省的，因为原水冲洗过滤器26的花费得以消除(或至少是减少)，而处理浓缩液的花费也得以消除(或至少是减少)。 [0042] 一段时间之后，使用的结合至软化器容器30、32的树脂的所有钠离子都会被置换成钙和镁离子，因此软化器容器30、32必须再生。为了达到这样，一系列阀被触发，以将过滤的水引导到软化器容器30、32的另一个，以保证软化器单元28的持续运作。软化器容器30、32通过用由卤水罐34提供的氯化钠浓溶液充满软化器容器30、32而再生。这使得结合至树脂的钙和镁离子被钠离子置换和替换。在该实施方案中，由反渗透单元14产生并存放在储存罐72的浓缩液通过管线80提供给卤水罐34，其中其与固体氯化钠混合以形成浓盐水。假如没有足够可用的浓缩液来形成充足的卤水，那么可以额外使用另一来源的水，例如原水。既然浓缩液仅用来形成卤水溶液，因而其有很高的杂质也无关紧要。一旦所述树脂的再生进行，冲洗软化器容器30、32以从软化器容器30、32中移除镁和钙离子。在该实施方案中，由反渗透单元14产生并存放在储存罐72的浓缩液提供给软化器单元冲洗管线 42，并用来冲洗软化器容器30、32。用来冲洗软化器容器30、32的浓缩液通过排放管线44排放。假如没有足够可用的浓缩液来冲洗软化器容器30、32，那么看额外使用另一来源的水，例如原水。既然浓缩液仅用来冲洗软化器单元28，因而其有很高的杂质也无关紧要。 [0043] 由于具有高的杂质量，浓缩液的使用一般是直接将其排放到排水中，现将其用来填充卤水罐34和冲洗软化器容器30、32，可以消除或者至少减少所需的原水的量。因此这是一个经济上的节省，因为用原水填充卤水罐34和冲洗软化器容器30、32的花费得以消除(或至少是减少)，而处置浓缩液的花费也得以消除(或至少是减少)。 [0044] 由上可知，在蒸汽装置的其他部分中使用来自反渗透单元14的浓缩液会带来经济上和环境上的双赢，而在其使用中水质并不重要。浓缩液虽然被描述成用来冲洗过滤器、填充卤水罐、冲洗软化器容器和冷却排放水，可以理解的是，具体的蒸汽装置可能不会实施所有的用途。例如，在一特定的蒸汽装置中，浓缩液可仅用来冷却排放水，或仅用来冲洗过滤器。而且，依据特殊的需求，假如所述浓缩液可应用到邻近备用设备(on the fly)时，不需要提供浓缩液储存罐。 [0045] 如表1中虚线所示，浓缩液提供到供给槽(热水井)16和/或反渗透单元14的RO入口46，而不提供浓缩液到排放容器20和/或处理单元12。然而，因为所述浓缩液的品质，特别是较高的TDS值，任何这种供给必须谨慎地控制。 [0046] 参考附图1所描述出的蒸汽装置10的一部分组件已经存在于现有的蒸汽装置中；虽然配置整体上不同。因此，可以将其用来升级或改造现有的蒸汽装置10，在蒸汽装置10的其他部分中使用来自反渗透单元14的浓缩液，由此使得现有蒸汽装置10更加有效率和对环境友好。 [0047] 在其已经描述出具体的组件通过具体管线流体连通于另一个组件，可以理解的是，这可能是直接或间接地，其他组件可能布置在这两者之间的流动路径上。例如，在上述的实施方案中，反渗透单元14通过渗透液管线60与所述锅炉18流体连通。因此，供给槽16布置在这两者之间的流动路径上，提供从供给槽16到锅炉18的另一个流体管线62。 |
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