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蒸发技术在煤化工浓盐污水零排放中的应用
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作者: 来源: 日期:2017/11/28 10:42:35 人气:764
   由于我国地广人多,人均水资源占有量及单位 国土水资源占有量均低于世界平均值,其中人均水 资源占有量约为世界平均值的四分之一,我国是贫 水国家, 因此加强水资源的管理尤其具有重大意 义。 如果不能做到节约水资源和提高水的利用率, 水资源问题可能成为经济发展的瓶颈,势必会影响 我国经济建设的速度。 水资源在使用过程中由于丧失了使用价值而 被废弃外排, 并以各种形式使受纳水体受到影响, 这种水就称为废水。 据来源不同,废水分为生活污 水和工业废水两大类。 工业废水又分为生产废水和 生产污水。 生产废水是指较清洁、不经处理即可排 放或回用的工业废水(如冷凝水)。 生产污水是指那 些污染较重,须经过处理后方可排放的工业废水。 处理生产污水的方法按对污染物实施的作用 不同,大体可分为两类:一类是通过各种外力作用, 把有害物质从污水中分离出来,称为分离法,如离 子交换法、吸附法、反渗透法、蒸发结晶法等;另一 类是通过化学或生化的作用,使其转化为无害的物 质或可分离的物质, 后者再经过分离予以除去,称 为转化法。 煤化工浓盐污水的零排放,就是将煤化工生产过 程中产生的高浓度含盐污水采用有效的处理方法,使 污水中污染物与水分离, 获得可回收的生产用水,实 现水的循环使用,达到无污水排放保护环境的作用。 某煤化工厂污水深度处理装置排出的反渗透 (RO)浓盐水主要成份见表 1。 该厂动力区化学水处理及化工区凝结水处理 站再生排水水质情况为:pH:6~9;含盐量:10~20g/L (主要为氯化物和硫酸盐)。 以上两股水混合后将形成浓盐污水,需要处理 后回收利用,实现煤化工浓盐污水零排放。 2 蒸发结晶法处理浓盐污水的可行性分析 2.1 浓盐污水采用蒸发结晶法处理, 是通过蒸发浓 缩,使污水中具有结晶性能的溶质浓度超过其溶度积 达到过饱和状态,形成许多微小的晶核,晶核长大形 成晶体析出,再进行固液分离,可获得固态结晶体。 其 中污水中的水份吸热后汽化形成二次蒸汽,二次蒸汽 冷凝后获得较纯净的水,可实现浓盐污水中混杂溶质与溶剂水的分离。 故蒸发结晶法处理浓盐污水可达到 分离和回收有用物质(如纯净水)的目的。 2.2 浓盐污水蒸发结晶的必要条件是污水与蒸汽 间热交换要有足够的传热面积; 加热蒸汽不断供 给;水份汽化并移走;污水中混杂的溶质在一定的 压强和温度下易达到饱和结晶,而不会在蒸发控制 的温度下气化。 2.3 蒸发结晶法在污水处理上有成熟的应用实例。 例如从酸洗钢材的酸洗液中, 用浓缩结晶法回收硫 酸亚铁和废酸;从含有氯化钠、硫酸钠、硫代硫酸钠 的污水中, 利用这三种物质的溶解度随温度变化的 规律不同的特性,把它们分离开来,从而回收硫代硫 酸钠。 另外真空蒸发制盐行业均是采用多效蒸发结 晶法,从卤水中分离出氯化钠、硫酸钠、硫酸钾等盐。 故采用蒸发结晶法处理煤化工浓盐污水是可行的。污水深度处理排水主要成份 化学需氧量、电导率、浊度 、全盐量、 氨氮 、挥发酚(以苯酚计)、 硫化物、 氯根、 硫酸根、 磷酸盐、 氟化物、 氰化物 、钾、 钠 、钙 、镁 、铁 、铝、 可溶性硅 、胶体硅 , RO 浓水 143mg/L 4952us/cm 14.3NTU 3714 mg/L 14.3mg/L 1.4mg/L 0.3mg/L 161mg/L 215mg/L 3.9mg/L 14.4mg/L 0.5mg/L 5.7 mg/L 1571.4mg/L 8.6 mg/L 7mg/L 3.9mg/L 4.9mg/L 69.1mg/L 18.6mg/L


    3 污水蒸发常用的设备 3.1 列管式蒸发器:分自然循环式和强制循环式两 种。 最常用的蒸发器为外加热式强制循环蒸发器, 污水在加热管内的循环速度一般为 1.5~2.5m/s,传 热系数高,对水垢有一定的冲刷作用,适于易蒸发 结晶和结垢性的污水,但能耗较高。 3.2 薄膜式蒸发器:它有长管式、旋流式和旋片式 三种类型。 其特点是污水通过加热室在加热管内壁 上,形成一层很薄的水膜。 水膜吸收管外蒸汽潜热 后,水份很快汽化移走而被浓缩。 该类型蒸发器蒸 发速度快,传热效率高,适用于一次性蒸发热敏性 物料,间歇性处理粘度较大,容易产生泡沫的污水, 但不适用于处理易结晶的污水,故该类型蒸发器只 适用于污水浓缩,不能作为污水蒸发结晶器使用。 常用的是长管式薄膜蒸发器,它按水流方向分 为升膜、降膜、升—降膜式三种。加热室内有一组 5~ 30m 长的加热管,污水从管端进入,沿管程汽化,然 后进入分离室,分离二次蒸汽和浓缩液。 目前国内引进了一种先进的薄膜式蒸发器,其 特点是污水在加热室内连续形成水膜,不断循环蒸 发,故称为降膜式循环蒸发器。 3.3 浸没燃烧蒸发器:热气与污水直接接触式蒸发 器,热源一般为高温烟气。 它具有传热效率高,污水 沸点较低,构造简单等优点,适用于蒸发强腐蚀性 和易结垢的废液,但不适于热敏性物料和不能被烟 气污染的物料蒸发。 3.4 自然蒸发塘: 适用于在雨水少、 空气干燥、风 大、日照时间长的荒漠地区使用,通过露天自然蒸 发,可将污水中水份不断汽化进入大气,污水不断 浓缩结晶而减少。 它使用节能,运行成本低,对周围 环境影响不大,但其设置容量大,占地面积大,防渗 漏要求高,蒸发速率低,一次性投入高,且不能回收 利用水是它存在的问题。


 4 浓盐污水蒸发工艺及设备简介 4.1 薄膜式循环蒸发器+强制循环蒸发结晶器处理 浓盐污水。 降膜循环蒸发是将浓盐污水自降膜蒸发 器加热室上部溢流箱加入,经液体分布器(成膜装 置),均匀分配到各加热管内,在重力、真空诱导及 气流作用下,成均匀膜状自上而下流动。 流动过程 中,被壳程内饱和蒸汽加热汽化,产生的二次蒸汽 与浓缩液共同进入蒸发器的分离室,汽液经充分分 离,蒸汽进入冷凝器冷凝(单效操作)或进入下一效 蒸发器作为加热介质, 从而实现多效蒸发操作,浓 盐污水在循环泵的作用下,不断循环蒸发,浓缩液 则由分离室排出。 内蒙神华煤制油公司浓盐污水蒸发装置由二 效降膜循环蒸发(浓缩)器和一台外加热式强制循 环蒸发结晶器组成。 其中Ⅰ效蒸发器为浓盐水蒸发 浓缩罐,合格的浓缩液排入蒸发塘自然蒸发;Ⅱ效 为硫酸铵废水浓缩罐(与Ⅰ效蒸发器同类型),产生 的硫酸铵浓缩液进入Ⅲ效结晶器结晶,硫酸铵晶体 作为产品回收。 公司所产浓盐污水在进料罐中调好 PH 值,加入防沫剂、防垢剂后,加热、脱气,进入Ⅰ 效(加晶种)蒸发器。 该蒸发器由一台立式降膜管壳式换热器及一台位于管板上面的溢流箱组成。 该换 热器下部设有浓盐水槽,一台循环泵将槽内的污水 输送给溢流箱。 蒸发器均使用丝网型除沫器,脱除 二次蒸汽中夹带的雾滴。 主要设备有:降膜式循环蒸发器、外加热式强制 循环蒸发结晶器、主空冷器、辅助空冷器、蒸汽喷射器、 脱气器、换热器、进料罐、缓冲罐、泵、晶种旋流器等。 其中降膜式循环蒸发器的主要组成有:换热器(加 热室)、溢流箱及布水器、浓盐水箱(蒸发室)、除雾器等。 其 中 Ⅰ 效浓盐污水蒸发器处理污水量为 129m3 /h,可产生冷凝水 120.4 m3 /h。Ⅱ效硫酸铵废水 蒸发器处理废水量为 103m3 /h,可产生冷凝水 98.3 m3 /h。 蒸发器配套的循环泵均属单级离心泵。 浓盐水蒸发 设备尺寸如图

 
4.2电驱动压缩蒸汽机的单效降膜式循环蒸发器 处理浓盐污水 该类型蒸发装置主要由电驱动压缩蒸汽机和 单效降膜式循环蒸发器组成。 它利用自身蒸发浓盐 污水产生的二次蒸汽,经压缩机压缩,蒸汽的压力、 温度升高,热焓增加后,进入自身的加热室作加热 蒸汽使用,维持污水沸腾状态,而加热蒸汽本身冷 凝成水。 这样,回收利用了原来要废弃的二次蒸汽 及潜热,提高了热效率,生蒸汽的经济性相当于多 效蒸发的 30 效, 减少了对外部加热及冷却资源的 需求,降低能耗,减少污染。 


降膜式循环蒸发器工艺流程 主要设备:降膜式循环蒸发器、电驱动压缩蒸汽机、 冷凝器、换热器、进料罐、缓冲罐、泵、晶种旋流器等。 采用电驱动压缩蒸汽机的单效降膜式循环蒸 发器处理浓盐污水,其 工 艺 简 单,设 备 少,操 作 方 便,生产成本低,值得推广应用。 但其主要设备压缩 机目前仍依赖进口,设备制作周期长,投资费用高 是它的缺点。


 5 浓盐污水蒸发结晶过程中存在的问题及预防措施 5.1 蒸发器、预热器结垢 结垢是指浓盐污水中含有大量的杂质盐,不断 蒸发浓缩后形成晶核。 晶核附着于换热管(或面)内 表面而结垢,轻则影响换热器效率,重则会使换热 管堵塞,严重影响蒸发结晶装置正常运行。 浓盐污水中含有钙、 镁离子和硫酸根离子、碳 酸根离子、硅酸盐等,它们在蒸发结晶过程中,不断 浓缩达到共饱和产生硫酸钙、碳酸钙等晶核及硅酸 盐胶体,晶核及胶体在蒸发器加热管、换热器的被 加热面上附着形成垢层。 蒸发器、换热器结垢后,需 酸洗除垢,既耗时又会造成设备腐蚀。 浓盐污水在蒸发汽化过程中,易产生二次蒸汽 雾沫夹带,雾沫中所带的含盐水滴附着在除沫器的 丝网或折流板上, 不断浓缩析出晶体形成垢层,严 重时造成二次蒸汽受阻。


随着循环的浓盐污水浓度不断升高,污水中所 含硫酸钙、碳酸钙、硅酸盐会在降膜式蒸发器的分 布器缝隙处析出、附着结垢,造成部分分布器堵塞。 蒸发器内循环浓盐污水中晶种控制量是蒸发结 晶过程中,防止同种晶型、溶解度小的盐析出附着于 换热管(或面)结垢的重要监控指标。 其控制范围窄, 易波动,且监测分析结果滞后,一旦未及时发现晶种 量不足进行调整时,可能已发生了结垢现象。 5.2 预防结垢措施 (1)晶种法:通过在浓盐污水中加入一定的硫酸 钙或氯化钙作为晶种,利用与垢物相同的晶体表面对 垢物的亲和力,降低污水中硫酸钙过饱和度,使污水 中析出的硫酸钙分子优先附着在悬浮的晶种上,而不 是沉积在加热管内壁上,达到了防垢的目的。 (2)加阻垢剂法:通过添加阻垢剂,去螯合污水 中的金属结垢离子,防止它们与碳酸根、硫酸根结 合而结垢。 (3)加酸法:加酸,调节污水 PH≤5.0,除去碳酸 或碳酸氢根,防止结碳酸钙垢 。 (4)净化预处理法:采用硬度和碱度去除工艺, 去除浓盐污水中的钙、镁离子和硫酸根、碳酸根离 子,防止产生碳酸钙和硫酸钙结垢。 (5)控制固液比法:外加热式强制循环蒸发器 生产过程中,可通过控制浓盐污水中固液比量在一 定的范围内,在轴流泵的作用下,含较多结晶体的 污水具有一定的流速,对换热管内壁有较强的冲刷 作用,使晶核无法在加热管内壁附着形成垢层。


5.4 设备腐蚀及防治措施 腐蚀是因有温度的料液含有酸碱性、含有大量 盐份等,与金属设备及管道发生物理—化学相互作 用,并导致金属性能发生变化,或其功能受到损伤 的一种现象。 浓盐污水呈强酸性或强碱性,且温度 高,含氯离子,是造成金属设备及管道腐蚀的主要 原因。 腐蚀的主要防治措施是选用耐腐蚀材料,如 316L、钛材、双相不锈钢、复合板或非金属材料制作 浓盐污水蒸发结晶设备及管道等。 在生产过程中, 采用一些加酸碱调控 pH 值、加缓蚀剂、加强金属防 护等防腐措施。 6 关于浓盐污水处理采用蒸发结晶法两点说明 6.1 浓盐污水蒸发结晶装置适用于处理含不易挥 发无机盐的浓盐污水,但它不适用于处理易挥发有 机物含量高的污水,原因是其蒸发结晶产生的冷凝 水水质不易达标。 6.2 浓盐污水蒸发结晶装置一次性投资大, 能耗 高,生产成本高。


5 结束语 在当今能源紧缺的时代,节约能源已成为我国 坚定不移的国策。 有资料表明:我国制盐企业与国 外先进企业相比,单位产品能耗高出 40%左右。 企 业如何利用自身优势,内部挖潜,节能降耗,降低生 产成本,从而增加企业核心竞争力,是每个生产企 业必须认真思考的问题。 机械热压缩制盐工艺其先 进性在于使用较少热能,使大量二次蒸汽得以重复 利用,从而达到节能降耗的目的,具有较大的节能 潜力,随着国家水电事业的发展,清洁能源的普及, 相信会被越来越的制盐企业所关注。
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