煤化工廢水工處理多效蒸發(fā)技術(shù)
大唐克旗廢水處理項(xiàng)目高濃度含鹽污水(濃鹽水系統(tǒng))采用三效真空強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，即多效蒸發(fā)技術(shù)。該技術(shù)從國(guó)內(nèi)制鹽行業(yè)移植，第一次應(yīng)用到煤化工廢水處理零排放項(xiàng)目上，克旗項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)是首創(chuàng)。多效蒸發(fā)裝置負(fù)責(zé)處理前段膜濃縮后的濃鹽水，通過三效蒸發(fā)裝置進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，產(chǎn)水去化工區(qū)全廠凝結(jié)水裝置精處理回收利用，濃縮結(jié)晶液經(jīng)離心機(jī)分離后，鹽泥作固廢處理。多效蒸發(fā)裝置是實(shí)現(xiàn)公司污水“零排放”和系統(tǒng)鹽平衡的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵控制裝置。
1、多效蒸發(fā)技術(shù)
蒸發(fā)就是指通過低壓蒸汽加熱使溶液沸騰后，氣體汽化成液，溶質(zhì)在液體中增濃，各效蒸汽回收后進(jìn)行冷凝收集，冷凝液中不揮發(fā)溶質(zhì)較少，廢水得到凈化，高濃液體通過脫鹽形成固體。蒸發(fā)操作的目的是將固體和液體進(jìn)行分離，本質(zhì)是熱量更換與傳遞。
多效蒸發(fā)是根據(jù)蒸汽溫度隨壓強(qiáng)降低而降低和只要有溫度差存在，就會(huì)有熱量傳遞發(fā)生的原理，只要有一個(gè)加熱器內(nèi)溶液沸點(diǎn)低于二次蒸汽溫度(且有一定溫差)，就可以使二次蒸汽冷凝放熱，加熱溶液而沸騰蒸發(fā)。其實(shí)現(xiàn)方法是：降低該加熱器溶液的壓強(qiáng)(即降低了沸點(diǎn))。在多效蒸發(fā)過程中，增大加熱蒸汽壓強(qiáng)和降低末效二次蒸汽壓強(qiáng)，使各效間形成逐步降低的壓強(qiáng)階梯，則各效溶液的沸點(diǎn)逐漸降低，效與效間形成溫度差，達(dá)到各效溶液吸收前一效二次蒸汽潛熱而沸騰蒸發(fā)的目的。
2、煤化工廢水工程概況
大唐克旗煤制天然氣項(xiàng)目作為國(guó)內(nèi)第一個(gè)大型煤制天然氣示范項(xiàng)目，碎煤加壓氣化爐產(chǎn)生的廢水成分復(fù)雜、濃度大、水量大、回用處理要求高。煤制氣碎煤加壓過程中產(chǎn)生高濃度含鹽廢水的零排放，是將碎煤加壓氣化過程中產(chǎn)生的高含鹽水采取先進(jìn)的技術(shù)工藝方法，將污水中固/液分離，回收可用的回用水，使生產(chǎn)用水循環(huán)使用，以滿足無污水排放環(huán)保要求。
大唐克旗濃鹽水蒸發(fā)系統(tǒng)是將有機(jī)濃水及濁循環(huán)排污水膜濃縮和再生廢水膜濃縮產(chǎn)生的高濃鹽水混合回收，濃鹽水在三效真空蒸發(fā)罐內(nèi)，吸收蒸汽潛熱，自身蒸發(fā)、結(jié)晶，產(chǎn)生的二次蒸汽冷凝，冷凝水送化工區(qū)凝結(jié)水精處理崗位;其結(jié)晶物由過濾式離心機(jī)分離后作固廢處置。
大唐克旗前段膜濃縮產(chǎn)生的高濃度含鹽廢水通過蒸發(fā)預(yù)處理處理后，物料通過一、三效預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入到各效蒸發(fā)器，其中一效蒸發(fā)器通過生蒸汽加熱后進(jìn)行蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽為二效加熱器使用。二效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入三效加熱室，三效蒸發(fā)器通過真空噴射裝置和大氣冷凝器形成一定的真空度。各效蒸發(fā)器蒸發(fā)過程中，部分晶體析出形成一定的固/液比，濃縮液通過軸流泵、上下循環(huán)管進(jìn)行循環(huán)，避免結(jié)晶物粘在加熱室管束的內(nèi)側(cè)上，各效通過轉(zhuǎn)料管將濃縮液轉(zhuǎn)入到尾效。尾效過熱的飽和料液通過排料泵送至離心機(jī)進(jìn)行離心脫鹽。產(chǎn)生的濾液通過濾液桶回收至蒸發(fā)調(diào)節(jié)池繼續(xù)蒸發(fā)。各效產(chǎn)生的蒸汽冷卻液收集后進(jìn)行回用。
3、多效蒸發(fā)工藝運(yùn)行和處理效果
多效蒸發(fā)裝置自投入運(yùn)行以來，實(shí)際進(jìn)水量60~100m3/h，產(chǎn)鹽1~2t/h，較比設(shè)計(jì)值偏低。其進(jìn)水COD、堿度比設(shè)計(jì)值都偏高，是本裝置運(yùn)行控制的關(guān)鍵所在;含鹽量高達(dá)20000~30000mg/L，鈣離子在150~250mg/L左右，鎂離子在30~90mg/L左右，也都高于設(shè)計(jì)值。而出水pH合格，出水COD、含鹽量、TOC等指標(biāo)因進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)及其他工況因素影響均超出設(shè)計(jì)值。通過嚴(yán)控來水水質(zhì)指標(biāo)，優(yōu)化運(yùn)行方式、三效倒料、排放系統(tǒng)母液等措施，改善了運(yùn)行工況，降低了進(jìn)水出水水質(zhì)指標(biāo)，摸索出了新的運(yùn)行方式，積累了相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，使蒸發(fā)裝置運(yùn)行滿足了公司水平衡相關(guān)水質(zhì)要求。具體進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)、出水水質(zhì)指標(biāo)、鹽泥相關(guān)指標(biāo)見表1、表2、表3。
大唐克旗項(xiàng)目將制鹽行業(yè)蒸發(fā)―結(jié)晶裝置成功移植用于煤化工行業(yè)高鹽水處理，可避免濃鹽水輸送的難度和靠自然蒸發(fā)的不確定因素及輸送管線及蒸發(fā)塘的維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用，真正實(shí)現(xiàn)“零”排放。且蒸發(fā)結(jié)晶裝置利用生產(chǎn)低壓蒸汽進(jìn)行結(jié)晶，處理成本大大下降。在該系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，利用蒸發(fā)調(diào)節(jié)池可將濃鹽水混合后，再由濃鹽水輸送系統(tǒng)送蒸發(fā)塘自然蒸發(fā)，避免由于結(jié)晶裝置故障造成系統(tǒng)停滯。
4、存在問題和優(yōu)化建議
濃鹽水多效蒸發(fā)裝置從投產(chǎn)至今已運(yùn)行約4a，針對(duì)多效蒸發(fā)技術(shù)在碎煤加壓氣化高濃鹽水中應(yīng)用，總結(jié)了多效蒸發(fā)裝置在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理各階段存在的問題、寶貴經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化建議：
4.1 來水水質(zhì)成分復(fù)雜蒸發(fā)裝置來水為前端膜處理系統(tǒng)的濃水，當(dāng)前系統(tǒng)處理水質(zhì)不能滿足設(shè)計(jì)值時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)受到?jīng)_擊。另外因膜裝置加藥種類數(shù)量較多，增加了蒸發(fā)系統(tǒng)含鹽量;當(dāng)膜污堵嚴(yán)重時(shí)，化學(xué)清洗時(shí)還需添加表面活性劑，對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)影響較大。建議前端處理系統(tǒng)嚴(yán)控水質(zhì)指標(biāo)，減少加藥量、COD、堿度等。有研究表明膜處理段投加阻垢劑是蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的主要因素。
4.2 開車初期出泡沫
蒸發(fā)系統(tǒng)大多數(shù)采用濃鹽水開車，由于蒸汽不斷加熱升溫，在快要沸騰之前會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，嚴(yán)重影響出水水質(zhì)指標(biāo)?？似旃就ㄟ^技改增設(shè)了消泡劑投加裝置，解決了此問題，但消泡劑的種類影響消泡效果。
4.3 差壓液位計(jì)不準(zhǔn)
蒸發(fā)裝置來水為前端膜處理系統(tǒng)的濃水，由于水質(zhì)指標(biāo)波動(dòng)，造成濃鹽水密度隨時(shí)在變化，蒸發(fā)罐內(nèi)液位指示經(jīng)常出現(xiàn)“漂移”、現(xiàn)場(chǎng)指示與DCS上數(shù)據(jù)不一致現(xiàn)象，而液位是蒸發(fā)系統(tǒng)的關(guān)鍵控制參數(shù)?？似旃就ㄟ^技改增設(shè)了射燈視鏡觀看蒸發(fā)沸騰狀況，效果較好。
4.4 低壓蒸汽波動(dòng)
總管低壓蒸汽壓力易波動(dòng)，蒸汽溫度易過熱;崗位應(yīng)穩(wěn)定低壓蒸汽管網(wǎng)蒸汽壓力，加強(qiáng)對(duì)蒸發(fā)罐差壓變送器的監(jiān)測(cè)，穩(wěn)定好罐內(nèi)液位，維護(hù)好蒸發(fā)良好的運(yùn)行工況。
4.5 物料夾帶、飛料
由于濃鹽水中有機(jī)物含量高，泡沫多，蒸發(fā)罐內(nèi)濃鹽水沸騰激烈等原因，二次蒸汽霧?i夾帶嚴(yán)重。嚴(yán)重時(shí)發(fā)生飛料問題，易造成蒸發(fā)裝置產(chǎn)品水電導(dǎo)率超標(biāo)嚴(yán)重。實(shí)際運(yùn)行過程中，通過提高現(xiàn)場(chǎng)操作人員技術(shù)水平、及時(shí)采取應(yīng)急預(yù)案，將產(chǎn)水切回到調(diào)節(jié)池。此問題是蒸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的難點(diǎn)。探尋蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)水和濃縮液中有機(jī)物的去除方案、泡沫控制方案，加強(qiáng)進(jìn)水水質(zhì)和產(chǎn)鹽成分的監(jiān)測(cè)，提高除沫器效率，解決或減輕“飛料”和霧沫夾帶問題，以提高產(chǎn)水水質(zhì)。
4.6 處理量不足，導(dǎo)致鹽平衡失衡
多效蒸發(fā)裝置一般運(yùn)行周期為30~60d，后期運(yùn)行處理量會(huì)下降，如果蒸發(fā)母液排放沒有去處，長(zhǎng)周期運(yùn)行造成COD累積，使多效蒸發(fā)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，降低多效蒸發(fā)負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致了鹽平衡失衡;
4.7 廢鹽的去向
多效蒸發(fā)裝置每天產(chǎn)出大量鹽泥，目前國(guó)家關(guān)于廢鹽的利用沒有成型的工藝，尚處于研究階段，去危廢填埋場(chǎng)填埋，成本較高。克旗考察附近相關(guān)單位，成本約3000元/t，此問題在將來會(huì)是環(huán)保焦點(diǎn)問題。
4.8 加熱室結(jié)垢、堵塞
多效蒸發(fā)裝置運(yùn)行末端因加熱室結(jié)垢、堵塞問題停車進(jìn)行清洗，應(yīng)嚴(yán)控水質(zhì)指標(biāo)，尤其進(jìn)水鈣離子、鎂離子含量高于設(shè)計(jì)值時(shí)，易造成蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)垢。應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)條件，調(diào)整蒸發(fā)系統(tǒng)加藥設(shè)施運(yùn)行工況，以降低水體結(jié)垢傾向
4.9 蒸發(fā)母液排放
多效蒸發(fā)裝置運(yùn)行過程中，將會(huì)造成系統(tǒng)COD累積，使多效蒸發(fā)產(chǎn)水、系統(tǒng)濃鹽水及產(chǎn)品鹽COD含量增高，雖然現(xiàn)在還不能確定多效蒸發(fā)系統(tǒng)可以承受多高的COD含量，但蒸發(fā)母液累計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)“飛料”現(xiàn)象，而且蒸發(fā)器霧沫夾帶及結(jié)垢也比較嚴(yán)重，產(chǎn)水進(jìn)入濁循環(huán)系統(tǒng)造成系統(tǒng)含鹽量、氯根、濁度及COD升高，也是導(dǎo)致多效蒸發(fā)裝置負(fù)荷不能提升的關(guān)鍵因素。
4.10 晶種投加及固/液比的控制
通過多效蒸發(fā)裝置多個(gè)周期運(yùn)行摸索，克旗公司蒸發(fā)裝置不投加晶種進(jìn)行開車效果好于投加晶種。另外關(guān)于如何控制固/液比、每天出多少鹽，出多少合適以不至于后序不出鹽等問題，是蒸發(fā)運(yùn)行長(zhǎng)期摸索研究的問題。
4.11 設(shè)計(jì)、施工方面的相關(guān)問題
蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)、施工時(shí)，對(duì)蒸發(fā)器、加熱室、管道、除沫器的材質(zhì)、選型上尤為重要，既要降低成本還要保證其使用壽命。施工時(shí)，要考慮濃鹽水管線的防腐、脫鹽管線設(shè)置等問題。
4.12 產(chǎn) 水
因前面諸多因素影響，導(dǎo)致出水水質(zhì)指標(biāo)偏高，影響換熱循環(huán)水水質(zhì)、產(chǎn)水中VOC等問題值得去研究。
4.13 離心機(jī)選型
脫鹽離心機(jī)選型上，是否進(jìn)行二級(jí)脫鹽、脫鹽操作優(yōu)化等問題值得研究。
5、結(jié)論與討論
(1)大唐克旗碎煤加壓氣化廢水經(jīng)過有機(jī)污水處理、中水回用、高鹽水膜濃縮、多效蒸發(fā)結(jié)晶裝置逐級(jí)處理，所產(chǎn)清水全部回用，廢水無外排，產(chǎn)生污泥和鹽泥通過汽車運(yùn)輸至填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處理，真正實(shí)現(xiàn)了煤化工廢水的零排放;
(2)通過對(duì)濃鹽水多效蒸發(fā)系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行探索應(yīng)用，積累了裝置工業(yè)化長(zhǎng)周期的寶貴經(jīng)驗(yàn)，其中開、停車和日常操作過程中的日常指標(biāo)檢測(cè)和操作技能水平進(jìn)行了總結(jié)并形成操作程。
(3)大唐克旗高濃度含鹽廢水采用多效蒸發(fā)技術(shù)，該技術(shù)從國(guó)內(nèi)制鹽行業(yè)第一次應(yīng)用到碎煤加壓氣化爐污水“零排放”項(xiàng)目上，克旗廢水項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)是首創(chuàng)，在節(jié)能、防垢、耐腐蝕、提高產(chǎn)品水水質(zhì)方面都有大膽的創(chuàng)新，取得了較滿意的效果，具有十分重要的借鑒與推廣意義。
(4)蒸發(fā)裝置實(shí)際運(yùn)行過程中還存在著許多問題，比如加熱室結(jié)垢堵塞、蒸發(fā)母液排放、物料夾帶、飛料、結(jié)晶鹽的資源化利用等相關(guān)問題還需不斷進(jìn)行探索總結(jié)和優(yōu)化工藝，保持各環(huán)節(jié)的運(yùn)行工況，從而保證整個(gè)零排放系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行。(來源：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)