一种GCL法多晶硅生产过程综合节水系统的制作方法

一种gcl法多晶硅生产过程综合节水系统
技术领域
1.本实用新型属于环保技术领域，具体涉及一种gcl法多晶硅生产过程综合节水系统。


背景技术：

2.目前国内同行业多晶硅厂家综合耗水量普遍在150
‑
200吨/吨多晶硅。近几年国内大型多晶硅企业均向新疆、内蒙等低电价地区扩张建设，但这些地区偏远、干燥、水资源极为匮乏、市政配套污水处理厂较少。多晶硅生产过程产水的废水主要包含渣浆、尾气处理装置排放的酸碱性废水、化验分析室排水、还原炉筒清洗产生废水以及全厂生产净水、脱盐水处理系统排放的浓盐水等。传统处理方式如图1所示，各装置废水经管道排入废水调节池均质，然后进行酸碱中和再通过辅助药剂絮凝、沉降，沉降的污泥进行固液分离(板框压滤机、带式压滤机或膜滤机)等设备进行泥水分离，滤液和沉降处理后的上清液由斜板澄清器再次沉降，澄清后水质达到国家三级排放标准，其中一部分作为中水回用，其它排放至市政污水处理厂进行深度处理。
3.随着光伏行业的技术进步及多晶硅市场销量的逐年攀升，近年来国内大型多晶硅企业均向新疆、内蒙等西部地区扩张，这些地区电价优势明显，但均处于干旱且水资源较为匮乏地区，市政配套设施严重不足。为落实国家各项环保政策，多晶硅企业更应该在符合法律法规的前提下，建立健全各自的三废处理装置，做到合法、合规经营。
4.为此在现有多晶硅生产废水处理工艺基础上，急需开发一种适用于偏远及水资源匮乏地区多晶硅配套废水综合处理以及水资源回用装置，使水资源得到最大限度的回收利用并减少取水，降低偏远地区多晶硅的用水成本等。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明目的在于提供一种适用于偏远缺水地区多晶硅生产过程的要求，降低生产运行费用，对生产过程产生的废水有效的处理并合理利用的综合节水系统。
6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
7.一种gcl法多晶硅生产过程综合节水系统，包括预处理单元、mvr降膜蒸发单元和结晶单元，其中：
8.所述预处理单元包括依次连通的调节池、ph调整槽、软水剂反应槽、絮凝槽、高效沉淀池、斜板沉淀池、ph中和槽、气浮装置、中间水箱和多介质过滤器，所述高效沉淀池的排泥口和斜板沉淀池的排泥口分别与污泥浓缩池连接，所述污泥浓缩池的排泥口与板框压滤机相连，所述板框压滤机和污泥浓缩池的出水口分别与斜板沉淀池相连，来自板框压滤机和污泥浓缩池的出水流入斜板沉淀池；
9.所述mvr降膜蒸发单元包括依次连接的蒸发进料罐、板式换热器、脱气塔、mvr 蒸发器和mvr蒸汽压缩机，来自mvr蒸发器的二次蒸汽回流入脱气塔，来自mvr 蒸发器的蒸馏液送入板式换热器与进料进行换热；
10.所述结晶单元包括依次连接的结晶进料罐、结晶加热器、结晶器、离心脱水机、鼓风干燥机和蒸汽冷凝液罐，其中，结晶器内闪蒸产生的蒸汽送入空冷器冷凝，然后与来自mvr蒸发器的蒸馏液混合送入板式加热器；来自结晶加热器的冷凝液送入蒸汽冷凝液罐；来自mvr降膜蒸发单元的浓盐水排至结晶进料罐，同时在结晶器内建立液位并通过轴流泵强制循环，使结晶器、板式换热器、mvr蒸发器和结晶进料罐之间形成封闭系统。
11.优选地，所述mvr蒸发器选用钛复合板材质，如换热管选用tigr12，节水系统与mvr蒸发器相连的管道采用双相钢材质。
12.优选地，mvr蒸汽压缩机包含两台，串联使用。
13.进一步地，所述节水系统还包括脱盐水装置，来自空冷器和mvr蒸发器的蒸馏液经板式换热器换热后，通过活性炭过滤器送至脱盐水装置制备脱盐水。
14.优选地，mvr蒸发器顶部设置有溢流箱筛网，优选地，筛网的孔径为φ10mm。具体地，溢流网箱装在蒸发器换热管顶部的集液箱内；溢流网箱周圈筛网的孔径可以设置为φ10mm左右，过滤颗粒较小的浓盐水；较大颗粒的浓盐水经过溢流网箱底部dn40 双相钢(2507)管道连接中心管换热管通过。
15.本技术的节水方法通过如下步骤实现：
16.(1)预处理工艺流程：各装置酸碱污水(氯离子≥10000mg/l、钙离子≥5000mg/l、 cod≥500mg/l)在调节池内经曝气混合均匀后，由废水提升泵经混合器加入混凝剂后，通过调整ph、投加软水剂(硫酸钠)、絮凝剂充分反应后，含悬浮物的废水进入高效沉淀池，絮凝沉淀的污泥部分经污泥部分与进水混合，促进来水悬浮物的絮凝长大，多余的污泥送至污泥浓缩池再次浓缩。高效沉淀池清水进入斜板澄清池二次沉降，经斜板澄清池沉降的污泥经排放至污泥浓缩池；斜板澄清池出水进入ph中和槽，调整ph 后进入气浮装置，废水中残留的细小悬浮物等杂质通过气浮装置进一步去除。气浮出水溢流至中间水箱，由中间水泵送至多介质过滤器过滤后进入蒸发结晶系统。经污泥浓缩池沉降浓缩的污泥经板框压滤机滤过滤，清液及污泥浓缩池上部清水自流至斜板澄清池。经预处理后，高盐水：氯离子≤10000mg/l、钙离子≤3500mg/l、cod≤400mg/l。
17.(2)mvr降膜蒸发工艺流程：预处理后的高盐水(氯离子≤10000mg/l、钙离子≤3500mg/l、cod≤400mg/l)进入蒸发进料罐，经加药调节，由进料泵送入以蒸馏液为热源的板式换热器进行换热至接近溶液沸点温度，浓盐水在脱气塔内去除溶解氧和其它不凝气，通过除氧可减轻高盐水中的氯离子对蒸发结晶系统的腐蚀。经加药、换热和除氧后的高盐水进入蒸发器盐水槽。循环盐水从蒸发器底部用循环泵送至蒸发器顶部溢流箱，采用液体分布器将液流均匀分配到每个管内形成液膜，在换热管内被壳程的蒸汽加热部分汽化，完成降膜蒸发过程。蒸发过程产生的工艺蒸汽，通过二级蒸汽压缩升温升压后进入蒸发器壳程，作为蒸发系统的热源。蒸馏液送入板式换热器与进料换热，换热后的蒸馏液进入回用水池，或送至脱盐水装置制备脱盐水。
18.(3)结晶工艺流程：蒸发系统提取的高盐水进入结晶进料罐，由结晶进料泵输送至结晶循环泵入口，与结晶器循环浆料进行混合，进入结晶加热器升温至沸点温度，送入结晶器闪蒸。闪蒸产生的蒸汽被空冷器冷凝，并与蒸发蒸馏液混合送入板式换热器加热料液，最后通过回用水泵送至脱盐水装置制备脱盐水。结晶系统产生的浓盐浆经过离心脱水机分离出固体杂盐(以钠盐为主)。离心母液(主要成分cacl2)自流进入浓盐水罐，通过搅拌保证设
备内浓盐浆不发生固液沉降分离，再由浓盐水泵输送至转鼓干燥机进行钙盐分离。
19.结晶系统产生的浓盐浆经过离心脱水机分离出固体杂盐(钠盐)。离心母液(主要成分cacl2)自流进入浓盐水罐，通过搅拌保证设备内浓盐浆不发生固液沉降分离，浓盐水中钙离子主要以cacl2盐分形式存在浓度约在5000～10000mg/l，如此高浓度的钙离子除了少量以caso4结合形式析出外，大部分的钙离子均以cacl2形式不断浓缩但不结晶出来，因此系统在运行一段时间后需要连续外排少量母液以保证结晶器内的盐溶液正常的蒸发结晶过程。排出的母液通过泵输送至转鼓干燥机，附在回转的滚筒筒体上液相物料以热传导的方式进行连续操作的干燥设备，料液同布料装置在小压辊作用下在一定的转速回转的加热滚筒外壁上形成料膜，被连续通入的加热介质(水蒸汽) 的热滚筒壁所加热，料膜被干燥后由刮刀刮下，固体杂盐由螺旋输送等输送装置输送外运，二次蒸汽经冷凝并回收利用。
20.有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
21.(1)污水系统为避免钠、硅形成硅酸钠体系在初始阶段选用钙和硅体系，为便于结晶(钙盐结晶需提高温升)特引入成本较低的硫酸钠改善水质，降低钙离子的含量，污水闭式循环使用，无氯离子排放，同时减少新鲜水用量；将生活及多晶硅生产过程的固废进行无害化处理，对环境友好；
22.(2)为了做好整个蒸发系统防腐蚀主要设备选用钛复合板及双相钢材质；
23.(3)确保高盐水经过mvr降膜蒸发之后盐含量以结晶、干燥除盐的形式出水中分离出去，产出水都能够得到有效的回用，确保生产及生活系统污水零排放；
24.(4)摒弃常规循环水水冷换热方式，在蒸汽压缩机油冷及结晶段闪蒸蒸汽冷凝过程中使用空冷器，减少循环水的使用；
25.(5)为保证脱盐水二级反渗透进水水质，采用活性炭过滤去除蒸馏液中cod。
26.(6)对多晶硅传统污水流程进行优化改进，更好的实现污水的闭路循环使用，提升装置处理效率和运行周期，污水通过蒸发结晶综合利用率在90％以上。
27.(7)mvr蒸发系统，运行成本明显低于生产或购买新鲜蒸汽的成本，且整套mvr 系统不需要专门的冷凝器来冷凝二次蒸汽，因此不需要大量的循环冷却水，节约水资源和电能，降低企业的运行成本。
28.(8)利用本实用新型的多晶硅生产过程废水零排放系统，通过絮凝、沉降、气浮、多介质过滤、mvr蒸发结晶系统产生的高品质回用水作为脱盐水站的进水，结晶系统产生的固态杂盐外运另行处置，将污水最大限度回用，可节约水资源，缓解偏远缺水地区水资源严重短缺的困境，处理至蒸馏液综合利用率在90％以上，处理至脱盐水综合利用率在85％以上。
附图说明
29.图1为传统多晶硅生产过程流程示意图；
30.图2为预处理单元流程示意图；
31.图3为mvr降膜蒸发单元和结晶单元示意图。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
33.如图2
‑
3所示，一种gcl法多晶硅生产过程综合节水系统，包括预处理单元、mvr 降
膜蒸发单元和结晶单元。
34.其中，如图2所示，预处理单元包括依次连通的调节池、ph调整槽、软水剂反应槽 (软水剂为硫酸钠)、絮凝槽、高效沉淀池、斜板沉淀池、ph中和槽、气浮装置(图未示)、中间水箱和多介质过滤器，高效沉淀池的排泥口和斜板沉淀池的排泥口分别与污泥浓缩池连接，污泥浓缩池的排泥口与板框压滤机相连，板框压滤机和污泥浓缩池的出水口分别与斜板沉淀池相连，来自板框压滤机和污泥浓缩池的出水流入斜板沉淀池。
35.预处理工艺流程：各装置酸碱污水(氯离子≥10000mg/l、钙离子≥5000mg/l、 cod≥500mg/l)在调节池内经曝气混合均匀后，由废水提升泵经混合器加入混凝剂后，通过调整ph、反应槽投加软水剂(硫酸钠)、絮凝剂充分反应后，在调节池通过投加石灰乳调整ph至6
‑
9，在调整槽通过调整ph至9
‑
11形成钙硅体系，含悬浮物的废水进入高效沉淀池，絮凝沉淀的污泥部分经污泥部分与进水混合，促进来水悬浮物的絮凝长大，多余的污泥送至污泥浓缩池再次浓缩。高效沉淀池清水进入斜板澄清池二次沉降，经斜板澄清池沉降的污泥经排放至污泥浓缩池；斜板澄清池出水进入ph中和槽，调整ph后进入气浮装置，废水中残留的细小悬浮物等杂质通过气浮装置进一步去除。气浮出水溢流至中间水箱，由中间水泵送至多介质过滤器过滤后进入蒸发结晶系统。经污泥浓缩池沉降浓缩的污泥经板框压滤机滤过滤，清液及污泥浓缩池上部清水自流至斜板澄清池。经预处理后，高盐水：氯离子≤10000mg/l、钙离子≤3500mg/l、cod ≤400mg/l。
36.mvr降膜蒸发单元和结晶单元如图3所示，mvr降膜蒸发单元包括依次连接的蒸发进料罐、板式换热器、脱气塔、mvr蒸发器和mvr蒸汽压缩机，来自mvr蒸发器的二次蒸汽回流入脱气塔，来自mvr蒸发器的蒸馏液送入板式换热器与进料进行换热；结晶单元包括依次连接的结晶进料罐、结晶加热器、结晶器、离心脱水机、鼓风干燥机和蒸汽冷凝液罐，其中，结晶器内闪蒸产生的蒸汽送入空冷器冷凝，然后与来自mvr蒸发器的蒸馏液混合送入板式加热器；来自结晶加热器的冷凝液送入蒸汽冷凝液罐；来自mvr降膜蒸发单元的浓盐水排至结晶进料罐，同时在结晶器内建立液位并通过轴流泵强制循环，使结晶器、板式换热器、mvr蒸发器和结晶进料罐之间形成封闭系统。
37.mvr降膜蒸发工艺流程：预处理后的高盐水(氯离子≤10000mg/l、钙离子≤ 3500mg/l、cod≤400mg/l)进入蒸发进料罐，经加药调节，由进料泵送入以蒸馏液为热源的板式换热器进行换热至接近溶液沸点温度，浓盐水在脱气塔内去除溶解氧和其它不凝气，通过除氧可减轻高盐水中的氯离子对蒸发结晶系统的腐蚀。经加药、换热和除氧后的高盐水进入蒸发器盐水槽。循环盐水从蒸发器底部用循环泵送至蒸发器顶部溢流箱，采用液体分布器将液流均匀分配到每个管内形成液膜，在换热管内被壳程的蒸汽加热部分汽化，完成降膜蒸发过程。蒸发过程产生的工艺蒸汽，通过二级蒸汽压缩升温升压后进入蒸发器壳程，作为蒸发系统的热源。蒸馏液送入板式换热器与进料换热，换热后的蒸馏液进入回用水池，或送至脱盐水装置制备脱盐水。
38.结晶工艺流程：蒸发系统提取的高盐水进入结晶进料罐，由结晶进料泵输送至结晶循环泵入口，与结晶器循环浆料进行混合，进入结晶加热器升温至沸点温度，送入结晶器闪蒸。闪蒸产生的蒸汽被空冷器冷凝，并与蒸发蒸馏液混合送入板式换热器加热料液，最后通过回用水泵送至脱盐水装置制备脱盐水。结晶系统产生的浓盐浆经过离心脱水机分离出固体杂盐(以钠盐为主)。离心母液(主要成分cacl2)自流进入浓盐水罐，通过搅拌保证设备
内浓盐浆不发生固液沉降分离，再由浓盐水泵输送至转鼓干燥机进行钙盐分离。
39.结晶系统产生的浓盐浆经过离心脱水机分离出固体杂盐(钠盐)。离心母液(主要成分cacl2)自流进入浓盐水罐，通过搅拌保证设备内浓盐浆不发生固液沉降分离，浓盐水中钙离子主要以cacl2盐分形式存在浓度约在5000～10000mg/l，如此高浓度的钙离子除了少量以caso4结合形式析出外，大部分的钙离子均以cacl2形式不断浓缩但不结晶出来，因此系统在运行一段时间后需要连续外排少量母液以保证结晶器内的盐溶液正常的蒸发结晶过程。排出的母液通过泵输送至转鼓干燥机，附在回转的滚筒筒体上液相物料以热传导的方式进行连续操作的干燥设备，料液同布料装置在小压辊作用下在一定的转速回转的加热滚筒外壁上形成料膜，被连续通入的加热介质(水蒸汽) 的热滚筒壁所加热，料膜被干燥后由刮刀刮下，固体杂盐由螺旋输送等输送装置输送外运，二次蒸汽经冷凝并回收利用。
40.通过絮凝、沉降、气浮、多介质过滤、mvr蒸发结晶系统产生的高品质回用水作为脱盐水站的进水，结晶系统产生的固态杂盐外运另行处置，将污水最大限度回用，可节约水资源，缓解偏远缺水地区水资源严重短缺的困境，处理至蒸馏液综合利用率在90％以上，处理至脱盐水综合利用率在85％以上
41.本发明提供了一种gcl法多晶硅生产过程综合节水系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。