多效蒸發(fā)技術(shù)在高鹽廢水處理中的應(yīng)用
多效蒸發(fā)處理器主要用來處理高濃度、高色度、高含鹽量的工業(yè)廢水。同時，回收廢水處理過程中產(chǎn)生的附產(chǎn)品。蒸汽耗量低、蒸發(fā)溫度低、濃縮比大、更合理、更節(jié)能、更高效。
工業(yè)廢水分類通常有以下三種：
第一種是按工業(yè)廢水中所含主要污染物的化學(xué)性質(zhì)分類，含無機污染物為主的為無機廢水，含有機污染物為主的為有機廢水。例如電鍍廢水和礦物加工過程的廢水，是無機廢水；食品或石油加工過程的廢水，是有機廢水。
第二種是按工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品和加工對象分類，如冶金廢水、造紙廢水、煉焦煤氣廢水、金屬酸洗廢水、化學(xué)肥料廢水、紡織印染廢水、染料廢水、制革廢水、農(nóng)藥廢水、電站廢水等。
第三種是按廢水中所含污染物的主要成分分類，如酸性廢水、堿性廢水、含氰廢水、含鉻廢水、含鎘廢水、含汞廢水、含酚廢水、含醛廢水、含油廢水、含硫廢水、含有機磷廢水和放射性廢水等。
前兩種分類法不涉及廢水中所含污染物的主要成分，也不能表明廢水的危害性。第三種分類法，明確地指出廢水中主要污染物的成分，能表明廢水一定的危害性。
多效蒸發(fā)是使用最早的海水淡化技術(shù)，現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)展成為較為成熟的廢水蒸發(fā)技術(shù)，解決了結(jié)垢嚴重的問題，逐步應(yīng)用于高含鹽水處理方向。
多效主要有如下幾個方面的技術(shù)特點：
多效蒸發(fā)的傳熱過程是沸騰和冷凝換熱，是雙側(cè)相變傳熱，因此傳熱系數(shù)很高。對于相同的溫度范圍，多效蒸發(fā)所用的傳熱面積要比多級閃蒸少。
多效蒸發(fā)的動力消耗少。由于多級閃蒸產(chǎn)生淡水依賴的是含鹽水吸收的顯熱，而潛熱遠大于顯熱，因此生產(chǎn)同樣多的淡水，多級閃蒸需要的循 環(huán)量比多效蒸發(fā)大出很多，所以多級閃蒸需要更多的動力消耗。
多效蒸發(fā)的操作彈性很大，負荷范圍從110%到40%，皆可正常操作，而且不會使造水比下降。
低溫多效蒸發(fā)工藝流程圖
含鹽廢水的工藝流程
含鹽水首先進入冷凝器中預(yù)熱、脫氣，而后被分成兩股物流。一股作為冷卻水排回大海，另一股作為蒸餾過程的進料。
進料含鹽水加入阻垢劑后被引入到蒸發(fā)器的后幾效中。料液經(jīng)噴嘴被均勻分布到蒸發(fā)器的頂排管上，然后沿頂排管以薄膜形式向下流動，部分水吸收管內(nèi)冷凝蒸汽的潛熱而蒸發(fā)。
二次蒸汽在下一效中冷凝成產(chǎn)品水，剩余料液由泵輸送到蒸發(fā)器的下一個效組中，該組的操作溫度比上一組略高，在新的效組中重復(fù)噴淋、蒸發(fā)、冷凝過程。剩余的料液由泵往高溫效組輸送，最后在溫度最高的效組中以濃縮液的形式離開裝置。生蒸汽被輸入到第一效的蒸發(fā)管內(nèi)并在管內(nèi)冷凝，管外含鹽水產(chǎn)生與冷凝量基本等量的二次蒸汽。由于第二效的操作壓力要低于第一效，二次蒸汽在經(jīng)過汽液分離器后，進入下一效傳熱管。蒸發(fā)、冷凝過程在各效重復(fù)，每效均產(chǎn)生基本等量的蒸餾水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被含鹽水冷凝。
第一效的冷凝液返回蒸汽發(fā)生器，其余效的冷凝液進入產(chǎn)品水罐，各效產(chǎn)品水罐相連。由于各效壓力不同使產(chǎn)品水閃蒸，并將熱量帶回蒸發(fā)器。
這樣，產(chǎn)品水呈階梯狀流動并被逐級閃蒸冷卻，回收的熱量可提高系統(tǒng)的總效率。被冷卻的產(chǎn)品水由產(chǎn)品水泵輸送到產(chǎn)品水儲罐。這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品水是平均含鹽量小于5mg/1的純水。
濃鹽水從第一效呈階梯狀流入一系列的濃鹽水閃蒸罐中，過熱的濃鹽水被閃蒸以回收其熱量。經(jīng)過閃蒸冷卻之后的濃鹽水最后經(jīng)濃鹽水泵排回大海。不凝氣在冷凝器富集，由真空泵抽出。
垂直管多效蒸發(fā)流程見下圖：
低溫多效蒸發(fā)的技術(shù)優(yōu)勢
低溫多效蒸發(fā)的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾個方面：
由于操作溫度低，可避免或減緩設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢。
由于操作溫度低，可充分利用電廠和化工廠的低溫廢熱，對低溫多效蒸發(fā)技術(shù)而言，50℃-70℃的低品位蒸汽均可作為理想的熱源，可大大減輕抽取背壓蒸汽對電廠發(fā)電的影響。
進料含鹽水的預(yù)處理更為簡單。系統(tǒng)低溫操作帶來的另一大好處是大大的簡化了含鹽水的預(yù)處理過程。含鹽水進入低溫多效裝置之前只需經(jīng)過篩網(wǎng)過濾和加入少量阻垢劑就行，而不象多級閃蒸那樣必須進行加酸脫氣處理。
系統(tǒng)的操作彈性大。在高峰期，該淡化系統(tǒng)可以提供設(shè)計值110%的產(chǎn)品水；而在低谷期，該淡化系統(tǒng)可以穩(wěn)定地提供額定值40%的產(chǎn)品水。
系統(tǒng)的動力消耗小。低溫多效系統(tǒng)用于輸送液體的動力消耗很低，只有0.9- 1.2kWh/m3左右。如此可以大大的降低淡化水的制水成本，這一點對于電價較高的地區(qū)尤為重要。
系統(tǒng)的熱效率高。30余度的溫差即可安排12以上的傳熱效數(shù)，從而達到10左右的造水比。
系統(tǒng)的操作安全可靠。在低溫多效系統(tǒng)中，發(fā)生的是管內(nèi)蒸汽冷凝而管外液膜蒸發(fā)，即使傳熱管發(fā)生了腐蝕穿孔而泄漏，由于汽側(cè)壓力大于液膜側(cè)壓力，濃鹽水不會流到產(chǎn)品水中，充其量只會產(chǎn)生蒸汽的少量泄漏而影響造水量。
煉化企業(yè)有大量富裕的低溫余熱待利用，經(jīng)過低溫多效蒸發(fā)技術(shù)處理后的淡水可回用至多個工藝環(huán)節(jié)，如循環(huán)水補水等，實現(xiàn)污水的資源化利用的同時，實現(xiàn)了低溫余熱的高效利用。
因此，將低溫多效蒸發(fā)技術(shù)引入煉化企業(yè)水處理行業(yè)，利用其高造水比、處理水質(zhì)好等優(yōu)點，可以實現(xiàn)低溫余熱利用和煉化污水深度處理的有機結(jié)合，并解決煉化污水中高含鹽污水脫鹽難、能耗高等問題。
低溫?zé)崂眉夹g(shù)對比表
|
技術(shù) |
熱源品質(zhì) |
熱利用效率 |
技術(shù)成熟程度 |
耦合污水處理 |
擬應(yīng)用領(lǐng)域 |
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熱泵技術(shù) |
低品熱 |
75% |
成熟的余熱利用技術(shù) |
否 |
建筑生活暖通工程 |
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多級閃蒸 |
低品熱 |
80% |
海水淡化工業(yè)中成熟的技術(shù) |
否 |
適用于與熱電廠相結(jié)合的大型淡化工廠 |
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低溫多效蒸發(fā)技術(shù) |
中低品熱 |
80% |
海水淡化工業(yè)中成熟的技術(shù) |
是 |
煉化污水高效處理高含鹽油田污水處理 |
如低溫?zé)崂眉夹g(shù)對比表所示，較常規(guī)熱泵技術(shù)和多級閃蒸技術(shù)，低溫多效蒸發(fā)在熱利用率、技術(shù)工藝耦合污水處理等方面具有明顯優(yōu)勢，代表了相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向，是開展余熱利用和污水處理耦合技術(shù)的重點方向。
多效蒸發(fā)的工藝模式
多效蒸發(fā)工藝有以下幾種工藝模式：
順流工藝流程
溶液和蒸汽的流向相同，都由第一效順序流到末效。原料液用泵送入到第一效，依靠效間壓差，自流入（濃縮過程中要是有固體產(chǎn)生或溶液粘度較大就需要添加過料泵）下一效進行處理，完成液自末效用泵抽出。后一效的壓力低，溶液的沸點也相對較低，故溶液從前一效進入后一效時會因過熱而自行蒸發(fā)，稱為閃蒸。因而后一效有可能比前效產(chǎn)生較多的二次蒸汽，但因為后效的濃度比前效高，而操作溫度又較低，所以后一效的傳熱系數(shù)比前一效要低，往往第一效的傳熱系數(shù)比末效高很多。
逆流加料工藝流程
原料液由末效加入，用泵一次送到前一效，完成液由第一效放出，料液與蒸汽逆向流動。隨著溶劑的蒸發(fā)、溶液濃度逐漸提高的同時，溶液的蒸發(fā)溫度也逐效上升，因此各效溶液的濃度也比較接近，使各效的傳熱系數(shù)也相近。但因為溶液從后一效輸送到前一效時，料液溫度低于送入效的沸點，有時需要補加加熱，否則產(chǎn)生的二次蒸汽量將逐漸減少。一般來說，逆流加料流程適宜處理粘度隨溫度和濃度變化較大的物料，而不適宜處理熱敏性的物料。
平流加料工藝流程
各效都加入料液，又都引出完成液。此流程用于飽和溶液的蒸發(fā)（或溶液濃度較高）。各效都有晶體析出，可及時分離晶體。此法還可用于同時濃縮兩種或多種水溶液。
錯流加料工藝流程
亦稱混流流程。它是并、逆流流程的結(jié)合。錯流的特點是兼有并流與逆流的優(yōu)點而避免其缺點。但操作復(fù)雜，要有完善的自控儀表才能實現(xiàn)其穩(wěn)定操作。
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