水平管低溫多效蒸發(fā)技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

水平管低溫多效蒸發(fā)技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

中國由于嚴(yán)重的水資源短缺，聯(lián)合國將中國列為13個最缺水的國家之一。隨著工業(yè)的發(fā)展和人口的增長,嚴(yán)重的水污染又進(jìn)一步加劇了水資源短缺。我國每年排放的工業(yè)廢水就達(dá)上百億噸,其中有色金屬、化工、造紙等行業(yè)不僅是工業(yè)廢水排放的主要來源,而且排放的廢水濃度高、難降解、毒性大,因而有必要尋找高效率、低能耗的技術(shù)來解決廢水處理的問題。相對于混凝法、膜過濾法等廢水處理工藝,多效蒸發(fā)不僅具有運(yùn)行條件要求低、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn),而且使廢水得到有效綜合利用,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。多效蒸發(fā)是將多個蒸發(fā)器連接起來的系統(tǒng),將前一效蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的二次蒸汽引入下一效蒸發(fā)器作為加熱蒸汽,并在下一效蒸發(fā)器中冷凝為蒸餾水。目前多效蒸發(fā)廢水處理中多采用豎管降膜蒸發(fā)器,為保證效的蒸發(fā)強(qiáng)度,效間的溫度差要不小于12℃。同時(shí)為有效降低廢水中Cl-對設(shè)備的腐蝕,要控制第一效蒸發(fā)器中的蒸發(fā)溫度。因此實(shí)際生產(chǎn)中,豎管降膜多效蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)器效數(shù)多少于4效。1膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)水平管降膜蒸發(fā)技術(shù)原理如圖1所示,液體以膜狀形式由一個水平管向下滴落到與其并連的另一個水平管,并依靠管內(nèi)介質(zhì)的加熱而不斷蒸發(fā)的過程?；谠摷夹g(shù)的橫管降膜蒸發(fā)器由多排橫管組成,在上一層管外壁上蒸發(fā)的余液落至下一層管上繼續(xù)蒸發(fā),隨著蒸發(fā)的持續(xù)進(jìn)行,液膜厚度不斷減小。液膜厚度越小,其傳熱系數(shù)就越高,橫管降膜蒸發(fā)相比其他形式的蒸發(fā)可以很大程度上提高傳熱系數(shù)和傳熱性能。對于光滑管而言,橫管降膜的傳熱系數(shù)2倍于豎管降膜蒸發(fā)。在有效合理的噴淋密度下,橫管降膜蒸發(fā)不僅消除了液體靜壓柱和過熱區(qū)的影響,而且有效降低了蒸發(fā)的驅(qū)動溫度,能夠使多效蒸發(fā)在較小的溫差變化范圍內(nèi)有足夠的效數(shù),從而保障了低溫多效蒸發(fā)的經(jīng)濟(jì)性。2蒸汽側(cè)流程多效混合式廢水蒸發(fā)器的流程如圖2所示,由四效水平管降膜蒸發(fā)器和二效豎管降膜蒸發(fā)器兩部分組成。多效水平管降膜蒸發(fā)流程從物料水、蒸汽和氣體側(cè)進(jìn)行說明。物料水側(cè)的流程:物料水在冷凝器中完成預(yù)熱后并行進(jìn)入到蒸發(fā)器的各效中。物料水進(jìn)入蒸發(fā)器后,經(jīng)布液器被均勻分布到蒸發(fā)器的管束上,物料水被管內(nèi)蒸汽加熱而產(chǎn)生部分蒸發(fā),生成的二次蒸汽經(jīng)汽液分離器后進(jìn)入下一效蒸發(fā)器的管內(nèi)作為加熱蒸汽,剩余的物料水逐效進(jìn)入下一效蒸發(fā)器中閃蒸,濃縮后的物料水在溫度最低的末效蒸發(fā)器中離開裝置。蒸汽側(cè)流程:二效豎管降膜蒸發(fā)器內(nèi)的二次蒸汽作為加熱蒸汽進(jìn)入到第一效蒸發(fā)器的傳熱管內(nèi)并在管內(nèi)凝結(jié)為水,排到蒸發(fā)器外,管外物料水蒸發(fā),生成二次蒸汽,進(jìn)入下一效傳熱管。蒸發(fā)、冷凝過程在各效蒸發(fā)器內(nèi)重復(fù),末效蒸發(fā)器內(nèi)的生成的二次蒸汽在冷凝器中被物料水凝結(jié)。氣體側(cè)流程:為了保證各效蒸發(fā)器和冷凝器能夠穩(wěn)定運(yùn)行,需要將每一效蒸發(fā)器的蒸發(fā)室和冷凝器的汽側(cè),通過氣側(cè)管道與真空泵相連接,從而將蒸發(fā)過程產(chǎn)生的少量不凝氣抽出。二效豎管降膜蒸發(fā)流程:高壓蒸汽進(jìn)入到一效加熱室。在加熱室受熱后的鹵水在蒸發(fā)室中蒸發(fā)出大量飽和水蒸汽,這些二次飽和水蒸汽進(jìn)入下效蒸發(fā)罐加熱室,下效蒸發(fā)罐加熱室起著對上效蒸汽冷凝器的作用,同時(shí)蒸汽冷凝成水,各效的冷凝水經(jīng)閃蒸器閃發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽進(jìn)入第二效,第二效的二次蒸汽作為多效水平管降膜蒸發(fā)的第一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽。多效水平管降膜蒸發(fā)器濃縮后的物料水進(jìn)入平行進(jìn)入到豎管降膜蒸發(fā)器中進(jìn)一步濃縮。3水品管降膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)利用(1)利用第二效豎管降膜蒸發(fā)器生成的通常被廢棄的二次蒸汽作為多效水平管降膜蒸發(fā)系統(tǒng)的加熱蒸汽。(2)依據(jù)水平管降膜蒸發(fā)所具有的小溫差傳熱特點(diǎn),可在50～66℃的溫差范圍內(nèi)布置四效蒸發(fā)器,實(shí)現(xiàn)對蒸汽熱量的重復(fù)利用。物料水在多效水平管降膜蒸發(fā)器中被濃縮后,物料水中的大部分水分被蒸發(fā)后的濃縮物料水作為二效豎管降膜蒸發(fā)器的進(jìn)料水,減少了豎管降膜蒸發(fā)器中消耗的高壓蒸汽。(3)水品管降膜蒸發(fā)器采用的是負(fù)壓蒸發(fā),在低溫下蒸發(fā),最高蒸發(fā)溫度低于70℃。由于蒸發(fā)溫度降低,傳熱管材和殼體的結(jié)垢和腐蝕問題得到了有效控制,因此傳熱管可以使用價(jià)格廉價(jià)的鋁合金材料替代貴重的防腐合金,殼體可以使用碳鋼內(nèi)襯防腐涂層,從而有效降低了蒸發(fā)器的制造成本。4蒸發(fā)系統(tǒng)能耗分析多效混合式廢水蒸發(fā)系統(tǒng)的主要工藝參數(shù):以某煤礦的廢水處理為例,廢水溶液中氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%,豎管降膜蒸發(fā)器采用兩效,水平管降膜蒸發(fā)器采用四效,加熱蒸汽壓力0.5MPa,溫度140℃,水平管低溫多效蒸發(fā)系統(tǒng)的熱源是第二效豎管降膜蒸發(fā)內(nèi)二次蒸汽,溫度為66℃,末效水平管降膜蒸發(fā)溫度為52℃。能耗分析結(jié)果:水平管低溫四效蒸發(fā)系統(tǒng)的能耗為0.18t汽/t廢水,多效混合式蒸發(fā)系統(tǒng)的能耗為0.22t汽/t廢水,相對于豎管降膜兩效蒸發(fā)系統(tǒng)0.6t汽/t廢水的能耗,節(jié)能效果十分顯著。多效混合式廢水蒸發(fā)系統(tǒng)中增加了水平管降膜蒸發(fā)器,由于水平管降膜蒸發(fā)器低溫下蒸發(fā),可以采用廉價(jià)的鋁合金和碳鋼材料替代防價(jià)格較高的腐合金,使得廢水蒸發(fā)的制造成本增加,但相對于廢水蒸發(fā)能耗的大幅度降低,多效混合式廢水蒸發(fā)系統(tǒng)的綜合效益得到了有效提高。5水平管降膜蒸發(fā)技術(shù)通過從工藝流程的原理分析和工程實(shí)例計(jì)算證明,將水平管低溫多效蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用于廢水處理,能夠利用水平管降膜蒸發(fā)所具有的小溫差和高效傳熱的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對熱