權(quán)利要求書： 1.一種基于超臨界CO2多級熱回收耦合低溫閃蒸的廢水零排放系統(tǒng)，其特征在于，該廢水零排放系統(tǒng)包括CO2一次換熱器(1)、分離器(2)、CO2二次換熱器(3)、冷凝器(13)、原料液罐(7)、離心機(jī)(9)、母液槽(12)、原料液泵(6)、循環(huán)泵(10)、淡水泵(5)、出料泵(8)、母液泵(11)，其中，CO2一次換熱器(1)一端通過管道與超臨界CO2制冷循環(huán)系統(tǒng)連接，另一端連接CO2二次換熱器(3)；原料液罐(7)通過管道依次連接原料液泵(6)、CO2二次換熱器(3)、冷凝器(13)、CO2一次換熱器(1)；CO2一次換熱器(1)的原料液出口與分離器(2)相連通，分離器(2)的下端通過設(shè)有循環(huán)泵(10)的管道與CO2一次換熱器(1)的原料液入口連通；分離器(2)上端通過管道與冷凝器(13)連接，冷凝器(13)再連接淡水輸出管道與淡水泵(5)；分離器(2)下端通過管道依次與出料泵(8)、離心機(jī)(9)連接；離心機(jī)(9)一方面連接結(jié)晶體出口管道，另一方面通過管道連接母液槽(12)，母液槽(12)再通過管道依次與母液泵(11)、循環(huán)泵(10)連接。

2.如權(quán)利要求1所述的基于超臨界CO2多級熱回收耦合低溫閃蒸的廢水零排放系統(tǒng)，其特征在于，所述廢水零排放系統(tǒng)還包括真空泵(4)，真空泵(4)通過管道分別與CO2一次換熱器(1)、分離器(2)、CO2二次換熱器(3)、冷凝器(13)連接。

3.如權(quán)利要求2所述的基于超臨界CO2多級熱回收耦合低溫閃蒸的廢水零排放系統(tǒng)，其特征在于，所述真空泵(4)為水環(huán)式真空泵，所述淡水泵(5)通過管道與真空泵(4)連接。

4.如權(quán)利要求1所述的基于超臨界CO2多級熱回收耦合低溫閃蒸的廢水零排放系統(tǒng)，其特征在于，所述離心機(jī)(9)為雙級活塞推料離心機(jī)。

說明書： 基于超臨界CO2多級熱回收耦合低溫閃蒸的廢水零排放系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本實(shí)用新型涉及制冷和廢水處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于跨臨界二氧化碳制冷循環(huán)的多級熱回收和低溫閃蒸耦合的廢水零排放系統(tǒng)。背景技術(shù)[0002] 天然制冷劑工質(zhì)二氧化碳相較于傳統(tǒng)有機(jī)工質(zhì)作為制冷/制冰系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)具有一定的優(yōu)勢。其作為自然工質(zhì)，ODP為0且GWP為1，對臭氧層無破壞作用，其物性無毒不可燃，能夠滿足安全及可靠要求，在蓬勃發(fā)展的冰雪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)、新型的熱泵空調(diào)系統(tǒng)以及煤礦、化工系統(tǒng)中均有一定的應(yīng)用。[0003] 在以二氧化碳為工質(zhì)的跨臨界制冷循環(huán)中，其基本循環(huán)過程主要由四個(gè)部件組成：分別為壓縮機(jī)、氣體冷卻器、膨脹閥和蒸發(fā)器。壓縮機(jī)過程實(shí)現(xiàn)將二氧化碳工質(zhì)壓力從低于臨界壓力壓縮為高于臨界壓力，此時(shí)二氧化碳工質(zhì)同時(shí)具有較高的溫度；氣體冷卻器過程實(shí)現(xiàn)將高溫高壓的二氧化碳工質(zhì)進(jìn)行冷卻放熱的定壓過程；膨脹閥的膨脹過程實(shí)現(xiàn)二氧化碳工質(zhì)的節(jié)流，使其成為低溫低壓的流體；蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)二氧化碳工質(zhì)吸熱制冷，再重新進(jìn)入壓縮機(jī)中完成整個(gè)循環(huán)。但傳統(tǒng)的四部件循環(huán)過程難以有效提升二氧化碳制冷COP，一部分原因是，在氣體冷卻過程中的熱量被冷卻塔帶走，該部分余熱并未得到有效的利用。[0004] 另一方面，在廢水零排放領(lǐng)域，前端的預(yù)處理、濃縮減量無論采用何種工藝路線，零排放的最終工藝大多采用蒸發(fā)結(jié)晶。目前普遍應(yīng)用的兩項(xiàng)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，分別為MR蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù)和TR蒸汽熱壓縮技術(shù)。MR是將系統(tǒng)內(nèi)的低溫二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，溫度、壓力提高，熱焓增加，然后再進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)器的加熱室當(dāng)作加熱蒸汽使用。整個(gè)蒸發(fā)過程中無需外供生蒸汽，但系統(tǒng)電耗高(壓縮機(jī)耗電量占總耗電量90％)、操作溫度高、腐蝕性強(qiáng)。TR生蒸汽(一般為0.2?0.8MPa)由蒸汽噴射器(TC)將蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽抽吸并壓縮，與生蒸汽混合從而使低品位的二次蒸汽變?yōu)楦咂肺坏募訜嵴羝俅卫?，降低系統(tǒng)生蒸汽消耗，整個(gè)蒸發(fā)過程電耗設(shè)備僅工藝流程泵，但系統(tǒng)需消耗高品位蒸汽，價(jià)格高(約200元/噸)。以上兩種蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)水處理成本均在80元/噸以上。所以，現(xiàn)今對于廢水零排放的末端處理缺少一種低成本、綠色、高效的系統(tǒng)及方法供其使用。實(shí)用新型內(nèi)容

[0005] 本實(shí)用新型的目的是克服以上兩方面現(xiàn)有技術(shù)中的不足，以廢水零排放系統(tǒng)代替制冷系統(tǒng)的冷凝器，通過多級回收CO2余熱將CO2溫度降至40℃，解決高溫高壓的CO2工質(zhì)在冷卻過程中浪費(fèi)掉大量余熱的問題，同時(shí)解決廢水蒸發(fā)結(jié)晶處理成本高、CO2大溫差換熱損失大、高溫腐蝕等問題。[0006] 本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：[0007] 一種基于超臨界CO2多級熱回收耦合低溫閃蒸的廢水零排放系統(tǒng)，其特征在于，該廢水零排放系統(tǒng)包括CO2一次換熱器、分離器、CO2二次換熱器、冷凝器、原料液罐、離心機(jī)、母液槽、原料液泵、循環(huán)泵、淡水泵、出料泵、母液泵，其中，CO2一次換熱器一端通過管道與超臨界CO2制冷循環(huán)系統(tǒng)連接，另一端連接CO2二次換熱器；原料液罐通過管道依次連接原料液泵、CO2二次換熱器、冷凝器、CO2一次換熱器；CO2一次換熱器的原料液出口與分離器相連通，分離器的下端通過設(shè)有循環(huán)泵的管道與CO2一次換熱器的原料液入口連通；分離器上端通過管道與冷凝器連接，冷凝器再連接淡水輸出管道與淡水泵；分離器下端通過管道依次與出料泵、離心機(jī)連接；離心機(jī)一方面連接結(jié)晶體出口管道，另一方面通過管道連接母液槽，母液槽再通過管道依次與母液泵、循環(huán)泵連接。[0008] 在本實(shí)用新型的廢水零排放系統(tǒng)中，存放在原料液罐中的原料液(廢水)在原料液泵的作用下依次通過CO2二次換熱器、冷凝器、CO2一次換熱器進(jìn)行逐級換熱升溫，然后進(jìn)入分離器。原料液在分離器中閃蒸，氣液分離，氣體從分離器的頂部排出，進(jìn)入冷凝器中與原料液換熱冷凝，冷凝形成的淡水經(jīng)淡水泵排出；液體自動(dòng)流到分離器底部，經(jīng)循環(huán)泵進(jìn)入CO2一次換熱器中加熱，加熱后再進(jìn)入分離器中閃蒸，形成內(nèi)循環(huán)。經(jīng)過多次循環(huán)蒸發(fā)過程，使?jié)饪s廢水達(dá)到飽和狀態(tài)并開始析出晶體，有晶體析出的濃縮廢水通過出料泵輸送到離心機(jī)進(jìn)行固液分離，分離母液經(jīng)過母液槽在母液泵的作用下返回CO2一次換熱器和分離器進(jìn)行循環(huán)濃縮，晶體則分離出系統(tǒng)。[0009] 超臨界CO2制冷循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫高壓CO2依次通過CO2一次換熱器和CO2二次換熱器，將熱量逐級傳遞給原料液，實(shí)現(xiàn)梯級冷卻，冷卻后的CO2又回到制冷循環(huán)系統(tǒng)。[0010] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的廢水零排放系統(tǒng)中還配備真空系統(tǒng)，設(shè)置真空泵分別通過管道與CO2一次換熱器、分離器、CO2二次換熱器、冷凝器連接，抽取系統(tǒng)中的不凝氣，防止不凝氣對系統(tǒng)真空度和換熱造成影響，并對廢水進(jìn)行低溫有效閃蒸。[0011] 優(yōu)選的，所述真空泵為水環(huán)式真空泵，所述淡水泵通過管道與真空泵連接，真空泵的水循環(huán)采用系統(tǒng)冷卻后的淡水。[0012] 本實(shí)用新型提供的超臨界CO2多級熱回收耦合低溫閃蒸的廢水零排放系統(tǒng)，適用于制冷、廢水系統(tǒng)的綜合能量利用，能夠提高能源利用效率，降低制冷能耗，降低廢水零排放處理成本，減少資源浪費(fèi)與碳排放量。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及效果主要體現(xiàn)在：[0013] 1、本實(shí)用新型通過多級熱回收可實(shí)現(xiàn)超臨界CO2余熱的100％回收利用，而傳統(tǒng)技術(shù)是將余熱通過冷卻塔或空冷器排放至環(huán)境，造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染；[0014] 2、本實(shí)用新型通過工藝路線創(chuàng)新可將CO2溫度降到40℃，起到了制冷系統(tǒng)冷凝器的作用，因此可以替代原系統(tǒng)上的冷卻塔或空冷器；[0015] 3、本實(shí)用新型廢水零排放系統(tǒng)熱源來自制冷壓縮機(jī)出口的CO2，自帶高溫高壓，因此回收熱量的同時(shí)，無需獲取熱源的動(dòng)力消耗，無蒸汽消耗，僅有系統(tǒng)內(nèi)流程泵的電耗，可使零排放系統(tǒng)廢水處理成本下降80％以上，節(jié)能效果顯著；[0016] 4、本實(shí)用新型廢水零排放系統(tǒng)中的蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備操作溫度低(40～70℃)，相對于常規(guī)的蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，低溫耐腐蝕性增強(qiáng)，結(jié)垢傾向小，易于清洗維護(hù)。附圖說明[0017] 圖1是本實(shí)用新型的基于超臨界CO2多級熱回收耦合低溫閃蒸的廢水零排放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中：1?CO2一次換熱器，2?分離器，3?CO2二次換熱器，4?真空泵，5?淡水泵，6?原料液泵，7?原料液罐，8?出料泵，9?離心機(jī)，10?循環(huán)泵，11?母液泵，12?母液槽，13?冷凝器。

具體實(shí)施方式[0018] 下面通過具體實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。[0019] 以含氯化鈉廢水的零排放系統(tǒng)為例：[0020] 在如圖1所示的超臨界CO2多級熱回收耦合低溫閃蒸的廢水零排放系統(tǒng)中，制冷工質(zhì)高溫高壓CO2首先依次通過CO2一次換熱器1和CO2二次換熱器3，分別將熱量逐級傳遞給原料液，自身冷卻后，進(jìn)入制冷系統(tǒng)的膨脹閥。CO2的熱量分成兩段被回收利用的主要原因是其可回收利用的溫度范圍比較大，在大約120℃至大約40℃這個(gè)范圍內(nèi)。而原料液可利用的溫度范圍僅僅在大約25℃到大約50℃之間。為了不對CO2的高溫段熱量進(jìn)行降低能量品質(zhì)的利用，所以首先通過CO2二次換熱器3讓原料液吸收CO2低溫段能量，然后再吸收冷凝器13中蒸汽的熱量，最后再通過CO2一次換熱器1吸收CO2的高溫段熱量。經(jīng)過三次換熱后，原料液溫度分別變?yōu)榇蠹s35℃、40℃和60℃，而CO2經(jīng)兩次換熱后，溫度分別變?yōu)榇蠹s70℃和40℃，冷卻后的CO2溫度正是制冷系統(tǒng)所需工藝參數(shù)。[0021] 取TDS為100000mg/L的氯化鈉廢水為原料，原料液罐7中的氯化鈉廢水通過原料液泵6輸入系統(tǒng)，依次進(jìn)入CO2二次換熱器3、冷凝器13和CO2一次換熱器1預(yù)熱到大約60℃，從頂部進(jìn)入到分離器2，在分離器2中閃蒸，分離器2內(nèi)壓力控制在0.0078～0.0123MPa.a。閃蒸后剩余濃縮廢水經(jīng)循環(huán)泵10進(jìn)入CO2一次換熱器1加熱，加熱后再進(jìn)入分離器2閃蒸。在循環(huán)蒸發(fā)過程中，補(bǔ)入氯化鈉廢水，經(jīng)過多次循環(huán)后，系統(tǒng)中氯化鈉溶液濃度達(dá)到28％以上時(shí)，形成過飽和溶液并開始析出氯化鈉晶體。將有晶體析出的氯化鈉濃縮廢水引入離心機(jī)9進(jìn)行固液分離，分離母液經(jīng)過母液槽12被母液泵11再返回CO2一次換熱器1和分離器2循環(huán)濃縮，氯化鈉晶體分離出系統(tǒng)，將分離產(chǎn)生的氯化鈉晶體烘干干燥進(jìn)行包裝，所得氯化鈉濃度達(dá)98.5％。所述離心機(jī)9為雙級活塞推料離心機(jī)。CO2一次換熱器1的頂部與分離器2相連通，分離器2的底部設(shè)有管道與CO2一次換熱器1底部連通，來自分離器2的濃縮氯化鈉廢水通過所述管道被循環(huán)泵10輸送至CO2一次換熱器1。高鹽水在上述分離器2閃蒸后，氣液分離，氣體從分離器2的頂部排出，液體自動(dòng)流到分離器2的底部，從該底部經(jīng)循環(huán)泵10再進(jìn)入CO2一次換熱器1的底部，濃縮液體在該系統(tǒng)內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，直到形成過飽和溶液開始結(jié)晶。

[0022] 氯化鈉廢水進(jìn)入系統(tǒng)經(jīng)預(yù)熱、加熱和閃蒸后，蒸發(fā)的二次蒸汽40?50℃，將這部分二次蒸汽用于冷凝器3，與原料液換熱冷凝，將氯化鈉廢水加熱到30?40℃，而蒸汽冷凝成40?50℃熱水，再過冷降溫，最后淡水經(jīng)淡水泵5排出，溫度在20?30℃。

[0023] 系統(tǒng)還配備真空系統(tǒng)，CO2一次換熱器1、分離器2、CO2二次換熱器3、冷凝器13中的真空主要依靠真空泵4形成，可以對廢水進(jìn)行低溫有效閃蒸。真空泵4主要用于抽取系統(tǒng)中的不凝氣，防止不凝氣對系統(tǒng)真空度和換熱造成影響。所述真空泵4為水環(huán)式真空泵，真空泵的水循環(huán)采用系統(tǒng)冷卻后的淡水。[0024] 本系統(tǒng)所產(chǎn)淡水全部回收利用，無廢水排放，達(dá)到廢水零排放的效果。[0025] 本系統(tǒng)所消耗的動(dòng)力，僅為圖1中所示流程泵的電力消耗，無蒸汽輸入、無壓縮機(jī)等大型耗電設(shè)備，節(jié)能效果顯著。[0026] 本系統(tǒng)蒸發(fā)閃蒸操作溫度40?70℃，緩解了高鹽水對設(shè)備的腐蝕，可使用較低價(jià)的材料制備，節(jié)省投資。[0027] 需要注意的是，以上所述的具體實(shí)施例是示例性的，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。