煤化工高鹽廢水處理多效蒸發(fā)技術(shù)
中國(guó)能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“富煤貧油少氣”的特點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)充分利用煤炭資源作為中國(guó)主體能源的優(yōu)勢(shì)，適度發(fā)展煤化工，尤其是煤制天然氣、煤制油、煤制烯烴、等新型煤化工。這對(duì)保障國(guó)家能源安全和實(shí)現(xiàn)煤炭資源高效清潔利用具有重要意義。但在加快生態(tài)文明建設(shè)背景下，如何節(jié)約水資源、降低污染排放，實(shí)現(xiàn)煤化工廢水“零排放”的意義也越顯重要。煤化工實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”關(guān)鍵在于濃鹽水末端高鹽濃縮廢水的處理。蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是處理高鹽濃縮廢水比較成熟的技術(shù)對(duì)多效蒸發(fā)裝置的工藝穩(wěn)定性和節(jié)能運(yùn)行提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。
1、煤化工高鹽廢水的特點(diǎn)
煤化工高鹽廢水呈現(xiàn)水中含鹽量高，鹽種類較多，懸浮固體(SS)和總?cè)芙夤腆w(TDS)高，硬度、堿度高，污染物濃度高(污染物以無(wú)機(jī)鹽類和有機(jī)污染物為主，其中COD等有機(jī)污染物含量通?？蛇_(dá)2000～10000mg/L)，成分復(fù)雜，處理難度大的特點(diǎn)。
2、多效蒸發(fā)工藝技術(shù)的應(yīng)用
大唐克旗公司廢水處理項(xiàng)目濃鹽水處理末端高鹽廢水采用的是三效真空強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶工藝技術(shù)。高鹽廢水經(jīng)過預(yù)處理除碳除氧后采用逆向進(jìn)料方式進(jìn)入各效蒸發(fā)罐。蒸發(fā)分離器采用斜向進(jìn)料，濃鹽水依靠密度差和循環(huán)泵加壓的作用在蒸發(fā)罐內(nèi)循環(huán)，利用氣壓式冷凝器和蒸汽噴射器產(chǎn)生微負(fù)壓真空，從而使后一效蒸發(fā)器的操作壓力和料液的沸點(diǎn)均低于前一效蒸發(fā)器。蒸汽從Ⅰ效進(jìn)入，利用熱泵技術(shù)回抽部分二次蒸汽并減少蒸汽用量，前一效蒸發(fā)罐產(chǎn)生的二次蒸汽作為下一效蒸發(fā)罐的加熱源。每一效蒸發(fā)罐的濃鹽水不斷在罐內(nèi)吸熱、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶，濃縮結(jié)晶后的漿液依次通過轉(zhuǎn)料管排入下一效，最終在Ⅲ效蒸發(fā)室內(nèi)結(jié)晶。蒸發(fā)裝置產(chǎn)水進(jìn)入生產(chǎn)水系統(tǒng)回收利用，濃縮漿液經(jīng)離心機(jī)固液分離，鹽泥作固廢處理。
3、影響多效蒸發(fā)裝置穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素及解決措施
3.1 真空度不穩(wěn)定
真空度是確保多效蒸發(fā)裝置穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，真空度不僅影響蒸發(fā)溫度，也對(duì)蒸發(fā)強(qiáng)度、能耗比產(chǎn)生影響。影響真空度的主要因素有：不凝氣過多或不能及時(shí)排出；氣壓式冷凝器冷卻水量不足，不能及時(shí)冷凝二次汽；蒸發(fā)系統(tǒng)密封不嚴(yán)，存在泄漏。具體解決措施和原因如下：
(1)通過調(diào)整各效不凝氣和蒸汽噴射器可解決不凝氣過多或不能及時(shí)排出的問題。不凝氣多因?yàn)榱弦簤A度和含氮氧化物過高，料液進(jìn)入蒸發(fā)罐加熱后釋放大量CO2等氣體，蒸汽噴射器無(wú)法將其全部帶出，可以在預(yù)處理進(jìn)水增加脫碳塔裝置，加鹽酸降低料液堿度，再通過除氧器去除料液里的O2等氣體，減少料液加熱后產(chǎn)生的不凝氣。蒸汽夾帶冷凝液或不凝氣也會(huì)影響真空度，通過在進(jìn)蒸發(fā)裝置前加強(qiáng)蒸汽排凝和放空，減少蒸汽夾帶冷凝液和不凝氣；
(2)通過提高冷卻水量確保二次汽能及時(shí)冷凝可解決冷凝器冷卻水量不足的問題。一般上下水溫差控制在6～8℃；
(3)蒸發(fā)氣路系統(tǒng)出現(xiàn)漏點(diǎn)的問題可能因在負(fù)壓作用下吸入空氣造成真空度不穩(wěn)引起，需檢查蒸發(fā)氣路系統(tǒng)相關(guān)的密封點(diǎn)和設(shè)備本體是否出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。
3.2 加熱器結(jié)垢和堵管
加熱器管結(jié)垢和堵管，嚴(yán)重影響蒸發(fā)量和運(yùn)行周期。主要因素及解決措施：
(1)進(jìn)水硬度和堿度過高，通過在預(yù)處理加酸降低進(jìn)料堿度和硬度；
(2)轉(zhuǎn)料或脫鹽不及時(shí)，料液濃度過高，使鹽結(jié)晶附著在加熱器管束上造成結(jié)垢和堵管，通過合理控制轉(zhuǎn)料和及時(shí)脫鹽降低料液濃度，排一部分料液通過加快進(jìn)料或頂冷凝液的方式稀釋蒸發(fā)罐內(nèi)鹽濃度。
3.3 料液沸騰不正常
料液沸騰不正常的主要因素及解決措施：
(1)真空度與料液沸騰點(diǎn)的氣壓不匹配，真空度過高會(huì)抑制料液沸騰，影響正常蒸發(fā)；真空度過低料液沸騰劇烈，造成霧沫夾帶或飛料，影響產(chǎn)水質(zhì)量，污染冷卻水。通過視鏡觀察沸騰狀況，合理調(diào)整真空度或通過加大補(bǔ)冷料降低料溫使罐內(nèi)料溫與真空度對(duì)應(yīng)的沸騰點(diǎn)相匹配。
(2)料液內(nèi)含有提高或降低料液沸點(diǎn)的物質(zhì)，通過不斷累積干擾料液的正常沸騰，通過排料稀釋方式降低該物質(zhì)濃度使料液沸騰正常。
3.4 加熱室溫差高
蒸發(fā)加熱室蒸汽側(cè)和料液溫差高，嚴(yán)重影響蒸發(fā)量。主要因素有：
(1)加熱器結(jié)垢和堵管比較嚴(yán)重，可以用處理結(jié)垢堵管的方法解決，或通過在線酸洗消除加熱器結(jié)垢和堵管；
(2)加熱器殼程(蒸汽側(cè))串入不凝氣較多影響蒸汽換熱，通過開大不凝氣閥門，調(diào)節(jié)蒸汽噴射器來(lái)抽出加熱室殼程的不凝氣。
4、影響多效蒸發(fā)鹽結(jié)晶和脫鹽量的主要因素及解決措施
4.1 料液溫度的影響及控制
煤化工高鹽廢水中85%以上為氯化鈉。根據(jù)氯化鈉晶體生長(zhǎng)速率與溶液的過飽和度關(guān)系，氯化鈉的結(jié)晶過程中，溫度越高，晶體的生長(zhǎng)速率越快。因此提高蒸發(fā)罐各效(特別是Ⅲ效)料溫對(duì)提高晶體的成長(zhǎng)速率有著明顯的效果，因而蒸發(fā)Ⅲ效料溫控制在50℃以上最佳。
4.2 料液過飽和度的影響及控制
蒸發(fā)罐內(nèi)料液的過飽和度是影響鹽結(jié)晶的重要因素。根據(jù)工業(yè)結(jié)晶過程基本理論，溶液的過飽和度與結(jié)晶的關(guān)系為過飽和度越大結(jié)晶的生長(zhǎng)速率越大，越有利于結(jié)晶生長(zhǎng)。但過飽和度過大，超越介穩(wěn)區(qū)極限會(huì)導(dǎo)致過多的晶核生成，鹽晶粒過小，不利于離心機(jī)的固液分離。有效控制料液的過飽和度是實(shí)現(xiàn)結(jié)晶粒度控制的關(guān)鍵。控制過飽和度的方法：
(1)合理控制蒸發(fā)強(qiáng)度，使料液過飽和度控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)，得到較大的鹽晶粒，但控制蒸發(fā)強(qiáng)度會(huì)對(duì)蒸發(fā)速率，蒸發(fā)處理能力造成影響；
(2)向蒸發(fā)Ⅲ效和鹽角頂入一部分低濃度料液或冷凝液以溶解鹽漿中的細(xì)小鹽粒和部分晶核，降低料液過飽和度。再適當(dāng)加大上一效轉(zhuǎn)料量使剩余晶核更好的成長(zhǎng)，增大鹽粒度；
(3)持續(xù)增加蒸發(fā)強(qiáng)度和加大上一效轉(zhuǎn)料量，使料液過飽和度進(jìn)一步提高到下一個(gè)介穩(wěn)區(qū)，使新增的過飽和度能滿足過剩晶核和細(xì)鹽粒同時(shí)長(zhǎng)大，產(chǎn)出大顆粒鹽晶粒，缺點(diǎn)是在由于晶核過多料液粘稠造成加熱器換熱溫差升高，如果脫鹽不及時(shí)會(huì)加快加熱器結(jié)垢和堵管；
(4)調(diào)整離心機(jī)篩骨間隙，盡可能在脫鹽時(shí)夾帶小晶粒鹽和部分晶核一并脫出，達(dá)到降低過飽和度的目的。
4.3 固液比的影響及控制
增加料液的固液比，會(huì)增大結(jié)晶面積而增加過飽和度的消耗速率，使料液過飽和度變低，有效的抑制部分初級(jí)成核的形成，減少細(xì)晶量，增大產(chǎn)品粒度。但固液比太高，將加劇鹽晶體與循環(huán)泵、加熱管、循環(huán)管壁等的摩擦，晶體間的碰撞機(jī)會(huì)增多，從而產(chǎn)生更多二次晶核，影響鹽粒度。由于固液比過高或過低都不能得到較好的鹽粒度，建議I效II效固液比不要控制過高，根據(jù)換熱溫差合理控制各效的轉(zhuǎn)料量，Ⅲ效固液比控制在20%左右最佳。
4.4 停留時(shí)間的影響及控制
晶體在介穩(wěn)區(qū)的停留時(shí)間越長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)的時(shí)間越長(zhǎng)，晶體粒度越大。大顆粒鹽的生成必須有足夠的生長(zhǎng)時(shí)間。但停留時(shí)間過長(zhǎng)，也會(huì)增加結(jié)晶鹽的二次成核的數(shù)量，因而達(dá)不到生產(chǎn)大顆粒鹽的目的。操作過程中要合理控制各效轉(zhuǎn)料及時(shí)觀察鹽角視鏡，視鏡出現(xiàn)較大顆粒鹽時(shí)及時(shí)啟動(dòng)離心機(jī)進(jìn)行脫鹽，根據(jù)蒸發(fā)強(qiáng)度和進(jìn)料濃度合理控制停留時(shí)間，既不能操之過急，也不能延誤脫鹽最佳時(shí)機(jī)，需要加強(qiáng)蒸發(fā)脫鹽管控。
4.5 強(qiáng)制循環(huán)速度的影響及控制
在蒸發(fā)操作中，選擇適宜的循環(huán)速度對(duì)結(jié)晶鹽的粒度控制是關(guān)鍵，如果流速較低，會(huì)增大循環(huán)料液的過熱度，從而增大料液的過飽和度，導(dǎo)致晶核數(shù)增多，不利于晶粒的長(zhǎng)大。但如果循環(huán)速度過快而增大了晶體相互碰撞以及與器壁和葉輪撞擊的力度和幾率，容易造成晶粒破碎，產(chǎn)生大量二次晶核，使得鹽顆粒過細(xì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。循環(huán)速度的大小對(duì)鹽結(jié)晶粒度影響很大，通過增加變頻電機(jī)可以調(diào)節(jié)循環(huán)速度，以便找出適宜的循環(huán)速度。
4.6 雜鹽和有機(jī)污染物濃度的影響及控制
難析出雜鹽和COD等有機(jī)污染物經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間濃縮積累干擾無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶，同時(shí)將造成各效料液粘稠，加快加熱器結(jié)垢和堵管。通過定期排母液或倒料頂稀料降低雜鹽和COD的濃度，或調(diào)整脫鹽的含水率，從而盡可能通過脫鹽將雜鹽和COD帶出系統(tǒng)。
4.7 離心機(jī)的選型和操作控制
離心機(jī)的選型很重要，要選擇固液分離效果較好的臥式雙級(jí)過濾式離心機(jī)，而且離心機(jī)的篩骨間隙調(diào)整要合理，一般控制1～2mm左右，確保結(jié)晶鹽正常脫出，在操作過程中要注意旋液分離器的使用，含鹽漿液進(jìn)入離心機(jī)前先進(jìn)行分離，更能保證脫鹽效果。
5、影響運(yùn)行周期的主要因素及解決措施
影響運(yùn)行周期的主要因素是加熱室結(jié)垢和堵管，通過在線清洗和超聲波除垢技術(shù)可以延長(zhǎng)運(yùn)行周期。在線清洗是在蒸發(fā)正常運(yùn)行過程中通過向各效加酸的方法除去加熱器堵管和結(jié)構(gòu)，具有較好的清洗效果。超聲波除垢技術(shù)是利用超聲波使料液和傳熱面之間產(chǎn)生振蕩，防止鹽晶體附著在管壁上，同時(shí)使沉積在換熱面上的垢層經(jīng)多次振動(dòng)后出現(xiàn)微小裂痕而脫離，這種除垢技術(shù)是利用鹽垢剛而脆的機(jī)械特性進(jìn)行的，對(duì)硬垢的作用極為顯著。
6、多效蒸發(fā)節(jié)能運(yùn)行的研究
6.1 降低蒸汽用量
降低蒸汽用量的操作手段：
(1)各效產(chǎn)生的冷凝液通過冷凝液預(yù)熱器給進(jìn)蒸發(fā)罐的料液預(yù)先加熱，達(dá)到降低蒸汽用量的目的；
(2)利用熱泵把I效產(chǎn)生的部分二次蒸汽回抽至I效加熱室減少蒸汽用量；
(3)盡可能降低各效真空度，使各效料液沸騰溫度降低，增大效與效之間的溫度差，使其不小于12℃，以保證各效的蒸發(fā)強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)約蒸汽使用量的目的。
6.2 減少晶種和消泡劑用量
合理控制結(jié)晶過程，可以減少或不投加晶種。合理調(diào)節(jié)水質(zhì)，減少消泡劑使用量。
6.3 冷凝液低位熱能利用
各效冷凝液除了給料液預(yù)先加熱外，剩余的殘余熱量可以通過換熱器加熱采暖水，充分回收低位熱能，達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能降耗的目的。（來(lái)源：內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司）