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對含鹽廢水蒸發器影響管束結垢腐蝕因素的研究
日期:2019-11-27   來源:合肥小牛輕工機械有限公司

摘要:蒸發器處理裝置處理來自含鹽廢水預處理系統(PT)反滲透(RO)薄膜滲透工藝的濃水55m2/h,該水流與來自電廠的74m/h的廢水匯合,流量共計129m2/h。匯合后的水流被輸送至一臺緩沖罐,經緩沖穩壓后的廢水被輸送至一臺進料罐,在進料罐中與硫酸、氯化鈣及防垢劑混合,然后進入接種過的含鹽廢水蒸發器E1進行蒸發處理,得到的主蒸汽凝液與經過空冷器冷凝后的產品水合并入鍵供電廠回用,而含鹽分較高的濃液經過結晶器處理系統濃縮形成固體硫酸銨外賣。分析了蒸發器操作過程中的一些影響蒸發器換熱管束結垢腐蝕的一些影響因素。

廢水蒸發器3.png


ZLD系統采用兩效蒸發工藝處理高含鹽廢水,使用美國GE公司的晶種工藝。ZLD裝置由:蒸汽減溫減壓系統、催化劑廢水預處理系統、兩套蒸發器系統、主輔空冷器系統和結晶處理系統組成。其中含鹽廢水蒸發器系統E1設計處理負荷129m/h,主要處理電廠廢水和RO濃液,El產品水設計118m/h回用電廠或送至深度處理進行處理,11m3/hE1濃液經過El強制循環蒸發工藝的結晶器處理,其產品主要成分為硫酸銨鹽類作為產品銷售。E2蒸發器系統設計處理負荷103m2/h,主要處理催化劑廢水,E2產品水設計有94m2/h去污水汽提裝置脫氨處理后回送部分回用于102和126單元,其余進入深度處理UF2原水罐進行進一步深化處理。蒸發工藝主要以降低來水水中鹽分為主,最后使得產品水能夠達標回用。


1工藝路線

1.1裝置工藝路線的特點

含鹽廢水蒸發器系統屬于兩效蒸發器中的第一效,它將來自煤液化工藝中129m2/h的含鹽混合廢水送到進料罐,在進料罐與添加的藥劑進行攪拌均化,接著在除氧器中去除二氧化碳、氧氣和其他不凝氣體。經過加熱、除氧的進料進入到蒸發器鹽水槽與循環濃鹽液進行混合?;旌虾鬂恹}液經循環泵循環到蒸發器頂部換熱器的配水箱,然后經RCC專利布水器將鹽水均勻分布到換熱器每個管束內并呈液膜的形態經管束下降到鹽水槽。在換熱器管束外面通入由減溫減壓器來的蒸汽,蒸汽將其潛熱傳到管束內的濃鹽水中。蒸汽釋放潛熱后變成冷凝水靠重力流到El主冷凝液罐中,冷卻后的高質量蒸餾水118m2/h去蒸餾水儲罐。

1.2基本原理

經過加熱、除氧的含鹽廢水進入到蒸發器鹽水槽與循環濃鹽液進行混合?;旌虾鬂恹}液經循環泵循環到蒸發器頂部換熱器的配水箱,然后經RCC專利布水器將鹽水均勻分布到換熱器每個管束內并呈液膜的形態經管束下降到鹽水槽。在換熱器管束外面通入由減溫減壓器來的蒸汽,蒸汽將其潛熱傳到管束內的濃鹽水中。蒸汽釋放潛熱后變成冷凝水靠重力流到E1主冷凝液罐中,從而得到產品水。


2、含鹽廢水蒸發器管束結垢腐蝕的影響因素與分析

在不能改變蒸發器結構的前提下,本文主要探討對操作因素對蒸發器管束結垢腐蝕的影響。

2.1含鹽廢水蒸發器管束結垢腐蝕與來水中含有易致管束結垢的雜質的關系

含鹽廢水作為來水,如果它的任一分支來水中,有上游工段即電廠廢水中摻入雜質且不易通過間歇性監測水質來發現,那么經過時間堆積,雜質會在管線和系統內附著結垢,從而導致污水的輸送能力大幅降低,最終堵塞蒸發器內的換熱下降管,進而體現在蒸發器負荷的降低。

2.2含鹽廢水蒸發器管束結垢腐蝕與藥劑添加的關系

含鹽廢水蒸發器的原水在進入蒸發器前需要在緩沖罐添加硫酸、氯化鈣、阻垢劑,現逐個對添加藥劑對管束結垢腐

蝕的影響進行研究分析。硫酸的添加與含鹽廢水的pH值在線測定使用自動調節,注入硫酸為了使原料水中的碳酸鹽轉化為溶解的二氧化碳,然后在除氧器中脫出,以最大程度防止碳酸鹽結垢情況:進入蒸發器的含鹽廢水進料中一般缺少鈣離子,因此需要向進料中按比例添加氯化鈣,使氯化鈣的添加流量與進料流量達到一個設計劑量,硫酸中的硫酸根與鈣離子結合形成鹽種硫酸鈣并沉淀在懸浮的原始鹽種硫酸鈣上,以保證蒸發器內有足夠多的鹽種,來保證雜鹽附著在鹽種上而不是管壁上,從而達到較好的防止結垢情況的發生;向進料中添加阻垢劑,是為了最大限度地減少進料換熱器和除氧器中的結垢影響,進而減少這些垢被帶入到蒸發器管束內部。

2.3含鹽廢水蒸發器管束結垢腐蝕與進入蒸發器前的廢水在除氧器中的除氧效果的關系

含鹽廢水蒸發器的除氧器的制造材質采用316L不銹鋼而且其設計容積為23m3。內部采用一個錐形和環形結構,這種結構不易導致結構堵塞問題。該除氧器用于從進料水中脫除二氧化碳、氧氣和其他溶解的氣體。該措施用于防止下游結垢和腐蝕。除氧采用的蒸汽是來自減溫站下游最近處的一次蒸汽管道的逆流流動蒸汽。減壓閥用于保持蒸汽壓力低于除氧器的設計壓力,大部分蒸汽用于進料水的冷凝和加熱。少量蒸汽和不凝氣體經流量孔板離開除氧器的頂部并進入大氣,從而實現除氧器的除氧效果。

2.4含鹽廢水蒸發器管束結垢腐蝕與蒸發器中的原始鹽種經過鹽種循環泵的長期運行后排放量過大的關系

在蒸發系統啟動前,通過向料液中添加硫酸鈣晶體(作為鹽種),使濃鹽水在循環過程產生的硫酸鈣等沉淀在鹽種上結晶增長。由于循環泵的機械攪動打碎了這些固體顆粒,在蒸發器循環濃縮過程中產生了新的鹽種,而且新的鹽種連續產生,因此在蒸發器正常運行時不需要另外添加鹽種。含鹽廢水蒸發器的含鹽廢水進料有一個低體積濃度因子和一個低硫酸鈣沉淀率,因此,來自蒸發器的廢鹽水排放比蒸發器循環鹽水中產生的流率更快的流率帶走硫酸鈣鹽種,為保持這些鹽種,經過特別設計的鹽種循環系統以回收懸浮的硫酸鈣鹽種。循環鹽水約有84000mg/LCaSO,鹽種,一部分鹽水流經含鹽廢水蒸發器鹽種循環泵,然后高壓鹽水進入三臺含鹽廢水蒸發器鹽種循環水力旋流器。較高的離心運動引起大部分懸浮鹽種離開圓錐體的底部,與此同時大部分不含鹽種的鹽水從圓錐體的頂部離開。來自蒸發器的排放廢水幾乎全部是這種不含鹽種的鹽水。從圓錐體底部離開的鹽水大約有375000mgL鹽種。該水流返回至蒸發器的循環鹽水管道,即通過此種技術來保持蒸發器較高的鹽種濃度。如果經過三臺含鹽廢水蒸發器鹽種循環水力旋流器排出的鹽種過多,則會導致蒸發器內的鹽種變少,經過時間的累積,沒有足夠的鹽種硫酸鈣可供沉淀性的鹽類結晶增長,就會導致鹽類積聚在換熱管束內形成垢化或者腐蝕來影響蒸發器的運行狀態,故鹽種循環過程中重組分排放量過大會加速蒸發器的管束的結垢和腐蝕。

2.5含鹽廢水蒸發器管束結垢腐蝕與沖洗除霧器效果的關系

含鹽廢水蒸發器經過長時間的運行后,由于鹽水固體沉淀在絲網墊表面上,所以該除霧器將會結垢,因此需要用設置在除霧器上面和下面的噴嘴定期清洗除霧器,該噴霧介質采用來自新建主冷凝水泵出口的熱冷凝水。除霧器沖洗時間和沖洗順序之間的間隔時間采用DCS控制,一個從同一條總管進料的專用管嘴將作為除霧器的清洗管嘴,用于清洗鹽水槽孔上的玻璃觀察孔。該玻璃觀察孔共操作工觀察從換熱管掉落的鹽水和觀察任何換熱管是否存在固體堵塞,通常情況下,位于換熱管頂部的布水器將會最先堵塞,而不是整條管道。將除霧器的沖洗頻率初始設定成每60s沖洗一次,正常狀況下,都能達到比較好的沖洗效果,即在負荷和其他條件不變的情況下,蒸發器的管程和殼程壓力將會維持恒定的范圍,而如果在操作的過程中發現管程的壓力呈上漲趨勢,或者現場發現自動沖洗除霧器的情況下,換熱管下降情況不均,說明應該增大調整除霧器的沖洗頻次,從而防止或消除除霧器發結垢,進而防止蒸發器管束內部的結垢情況。


3、結束語

(1)針對煤直接液化工藝處理過程中的含鹽廢水蒸發器處理流程,從理論的角度對蒸發器管束結垢腐蝕問題進行分析。蒸發器管束結垢情況較為嚴重,原因之一是對來水中的成分監測不及時,且對鹽水槽的PH值每日定時監測也不能夠達到及時糾正的效果。

(2)進入蒸發器之前的各種藥劑添加量與蒸發器的負荷有直接的計算公式得出,當外界因素影響蒸發器的負荷時,各種加藥泵只能通過人工的手動標定藥劑量的方式進行標定添加,給蒸發器內部管束結垢提供了一定的時機,從而導致管束結垢。

(3)對于蒸發器的鹽種排放系統,需要根據蒸發器的負荷進行匹配調整排放,若原始鹽種經過鹽種循環泵的長期運行后排出量過大,則會是廢水中的鹽類沉淀附著于管壁,從而導致管束的結垢和腐蝕。所以在操作過程中需要對水力旋流系統的輕重組分確定一個合適的比例。

(4)對于除霧器的沖洗,需要密切關注沖洗閥的自動開關狀態,如果發現沖洗的自動程序出現問題應該第一時間進行糾正或處理,避免堵塞管束使其結垢。


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