低温蒸发在煤化工浓盐废水处理的应用论文
1实验装置及方法
1.1实验装置
该试验装置为强制循环蒸发结晶机组，主要由结晶器、加热器、压缩机、凝水泵、强制循环泵、出料泵、真空泵等设备组成。系统中装有流量调节阀门、取样阀、温度计、流量计、压力表、热电偶等仪表，实时监测系统的运行状态。各组成部分具体参数如，其中压缩机配置变频器；加热器换热面积为36m2，换热管采用φ25×1.2的316L不锈钢管，管程走物料，壳程走蒸汽，采用卧式双流程结构布置；结晶器采用轴向流动型式，并配有盐脚结构，便于罐内结晶物的汇集与排出，减小堵管的概率。
1.2实验原理及目的
本次试验采用强制循环蒸发工艺，利用高能效蒸汽压缩机来压缩蒸发过程中产生的二次蒸汽，把电能转换成热能，提高二次蒸汽的焓值，被提高热能的二次蒸汽进入加热器壳程加热管内物料水，循环利用二次蒸汽的热能。用蒸汽和电能作驱动力使废水在低温状态下进行蒸发浓缩，使淡水和盐分充分分离，最大限度回收高纯度淡水，排出的结晶析出物经过固液分离后按固废处理。本次试验的目的是对试验装置的蒸发能力、结垢顷向、动力消耗、产水水质、运行稳定性等进行考察与分析，为实际工程设计及运行提供依据。同时，通过优化各运行参数，使实验装置的效率达到最高，进而分析低温蒸发技术的经济性能。
1.3试验进水水质
本次试验进水是根据膜法处理后的浓盐废水水质配制的，总水量为6m3左右，其水质如表2所示，当配制的试验用水用完后，将产出的凝水与析出物重新混合后作为试验进水循环进入系统，以达到实验装置连续运行的目的。
1.4分析方法
主要检测仪器包括：sensION+EC5哈希Hach便携式电导率/总溶解固体/盐度/温度测量仪、便携式pH计、紫外分光光度计等。水质检测项目主要包括：氨氮、CODCr、Ca2+、Mg2+、Na+、氯离子、硫酸根离子、二氧化硅、全碱度、总硬度等，分析方法参照《水和废水监测分析方法》（第四版）。
2结果与讨论
2.1换热器的性能分析
换热器进口平均水温为71.93℃，出口平均水温为75.86℃，换热温差稳定在3.66℃左右，波动范围很小，趋于平稳。试验前段时间换热温差基本稳定在4℃左右，后期在3~4℃范围内波动，是由于前期进料水温较低，通入的蒸汽量较大，导致换热温差较大，后期配制的水样用完之后，进料水为凝水与结晶析出物的`混合水，温度较高，导致换热温差较前期略小一些。换热器内平均压力为-0.057MPa，一直在-0.055~-0.065MPa之间波动，趋于平稳，表明换热器运行正常，性能稳定。换热器对数平均温差稳定在6.56℃附近，小范围波动，总体趋势平稳。根据计算，换热器的传热系数平均值为2332.3W/（m2K），高于设计值2000W/（m2K），表明换热器结构合理，传热性能良好，内部无结垢。此外，系统使用单级蒸发，物料停留时间短，操作温度低，以及系统过流部件选用316L不锈钢材质，都有效地避免或减缓了设备的结垢与腐蚀。
2.2压缩机性能分析
压缩机出口饱和蒸汽温度与压缩机出口实测温度基本吻合，稳定在80~90℃，平均温度为80.7℃，而压缩机实际出口平均温度为83.75℃，压缩机出口蒸汽温度处于微过热状态，说明减温水注入量不足，这是由于在该实验中采用手动调节减温水阀门，不能精确控制调节量。压缩机正常使用温升过高时，需要注入减温水，以达到最大的热量利用。压缩机进口温度由结晶罐顶部压力控制，出口温度由压缩机频率决定。上述结果表明，压缩机运转正常、性能稳定。
2.3结晶性能分析
前期进料量基本稳定，后期有小幅波动，平均进料量为1.13m3/h，已达到设备设计蒸发量。由于进料量水温恒定，补充蒸汽量稳定，所以系统运行稳定。系统稳定时，进、出水水量与蒸发量紧密相关，蒸发量越大，需要的进料水量变大，凝水产量也会相应的增多。进料量过大，会导致蒸发量小于系统的进料量，结晶器液位将会上升，相反液位将会下降。因此，进料量应根据结晶罐液位自动调节，结晶罐液位低则需要加大进料量，反之则需要减小进料量。
3结论
低温蒸发技术在煤化工浓盐废水的处理中，最大限度地回收了淡水，且水质较好，其中氨氮、CODCr、Cl-、TDS的浓度分别为9.6mg/L、6.61mg/L、28.1mg/L、81mg/L，可以达到回用水的要求，真正做到了废水“零排放”。同时，出料含固率较高，平均含固率为49.7%，满足固废减量化的要求。物料停留时间短、操作温度低是低温蒸发技术的特点，从而导致系统换热性能及结晶性能良好，运行稳定。此外，设备材质的选择以及创新的在线除垢技术也是保证系统性能良好的关键。低温蒸发技术的运行成本主要为电耗，加上少量的蒸汽消耗，每处理1t浓盐废水的成本能控制在20元以下，与传统工艺相比具有较大的节能优势。
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