三效蒸發工藝處理酸性廢水裝置故障分析與措施

劉建偉，賈 苗

（金川集團有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌 737100）

在冶煉煙氣制酸的凈化工序，冶煉煙氣進入洗滌塔與循環酸接觸，其中所含的塵、砷、氟、二氧化硫和三氧化硫等成分進入循環酸，循環酸經過循環反復使用，有害成分不斷富集。為了降低循環酸的濃度和塵含量，通常對循環酸進行部分開路處理，同時補充新水以保證煙氣洗滌效果，由此產生了大量的酸性廢水。

金川集團有限公司鎳冶煉廠的酸性廢水處理系統采用硫化沉淀法除去酸性廢水中的重金屬，再采用三效蒸發工藝減少酸性廢水的排放量，最后將濃縮的稀酸和濃酸進行混配，實現酸性廢水的回收和利用。三效蒸發工藝具有蒸汽利用率高、占地面積小、運行成本低、操作簡單等優點，采用以酚醛樹脂浸漬石墨為主要材質的蒸發設備、以鋼襯氟為材質的管閥件能夠應對酸性廢水濃縮過程中強腐蝕、易結晶等苛刻條件，保證了系統穩定長效的運行。

1 三效蒸發工藝流程

鎳冶煉廠酸性廢水處理系統采用三效蒸發工藝對硫化除重金屬后的酸性廢水進行濃縮，其原理為：利用酸性廢水各組分沸點的不同，將3臺蒸發器串聯對酸性廢水進行蒸發，在使酸性廢水濃縮實現減量排放的同時，也使蒸汽得到多次利用，提高了熱能的利用率。

鎳冶煉廠采用的酸性廢水三效蒸發工藝流程見圖1。

圖1 酸性廢水三效蒸發工藝流程

除去重金屬的酸性廢水由進料泵送入兩級預熱器，預熱至約40 ℃進入一效分離罐。將一次蒸汽通入一效蒸發器，將酸性廢水加熱至沸騰，使用大流量循環泵將酸性廢水不停循環，蒸發除去酸性廢水中的部分水分。酸性廢水經一效蒸發后通過一效分離罐的溢流口進入二效分離罐，依靠一效分離罐產生的酸性蒸汽加熱二效蒸發器，再次蒸發除去酸性廢水中的部分水分。經二效蒸發后的酸性廢水通過二效分離罐的溢流口進入三效分離罐中，利用二效分離罐產生的酸性蒸汽加熱三效蒸發器，繼續進行蒸發。其中一效、二效蒸發為正壓操作，三效蒸發為負壓操作，利用抽真空降低酸性廢水的沸點，使三效蒸發器內的酸性廢水達到85 ℃便產生沸騰。

一次蒸汽進入一效蒸發器放熱后形成冷凝水，由于冷凝水溫度比較高，可對其熱能進行回收利用。分別將一效、二效和三效冷凝水收集于一效、二效和三效平衡罐，用于酸性廢水的預加熱，從而大幅度減少一次蒸汽的用量。

三效蒸發工藝的每一效均形成一個循環，整套蒸發裝置采用連續進酸、連續出酸的生產方式，實現酸性廢水中酸與水的分離，從而減少酸性廢水的排放量。

2 三效蒸發裝置出現的問題及解決措施

鎳冶煉廠酸性廢水處理系統自2019年投用以來，運行較為平穩，可減少外排酸性廢水4 m3/h。2020年初，該系統因長時間運行出現了三效分離罐液位波動大、負壓難以控制以及酸液無法外排的現象。

技術人員對三效蒸發器及管道進行檢查，發現三效分離罐、蒸發器內部以及管道內均有灰褐色的結垢物，因此三效蒸發器出現的結垢物使蒸發器產生堵塞是三效蒸發工序出現問題的主要原因。

為了有效快速地處理三效蒸發器里出現的結垢物，根據酸性廢水中可能形成結垢物的元素對蒸發器內結垢物進行化學成分分析，檢測結果見表1。

表1 三效蒸發器結垢物化學成分檢測結果 w: %

由表1可見：三效蒸發器結垢物中Si元素的質量分數最大，w(Si)高達18.28%，其余元素的含量可忽略不計。由此推測，該結垢物應主要為硅酸鹽。

由于長時間運行，硫化后液中的硫化渣顆粒物未完全沉淀即進入三效蒸發工序，吸附在蒸發器內壁上結垢，久而久之造成蒸發器堵塞。為了了解硫化后液蒸發過程中沉淀物的產生情況，取約1 000 mL硫化后液置于燒杯中，采用酒精燈加熱的方式進行蒸發，當溶液體積剩余約300 mL時燒杯內開始出現白色沉淀。沉淀物在蒸發后期才會出現，由此推斷：三效蒸發裝置出現的結垢物應該是在三效蒸發器生成的。

為解決三效蒸發器的堵塞問題，需要對結垢物進行處理。硅酸鹽化學性質比較穩定，不溶于一般的強酸如硫酸、鹽酸等，可與氫氟酸反應生成易溶于水的氟硅酸。將結垢物置于w(HF)40%的氫氟酸中進行反應，結垢物可全部溶于氫氟酸。因此，可采用氫氟酸對三效分離罐和三效蒸發器進行清洗除去結垢物。

3 清洗后運行效果

清洗三效蒸發器時，每隔4～5 h檢測氫氟酸的濃度，濃度過低則繼續補充氫氟酸的量。浸泡清洗3～4 d后，三效蒸發器內氫氟酸濃度無明顯變化，說明三效蒸發器已清洗干凈。

清洗結束，對設備進行檢查確認后，三效蒸發裝置重新開車，三效分離罐負壓控制穩定，液位波動正常，系統運行恢復正常。

4 結語

鎳冶煉廠酸性廢水處理系統正常運行1年多來，僅因三效蒸發器結垢堵塞導致停產之外，其余時間運行平穩。因此，為保持該系統長期平穩運行，應保證硫化后液經過濾器將硫化渣懸浮物去除干凈，同時對過濾器進行定期清洗，正常生產后則可根據三效分離罐的液位波動情況判斷是否有必要對蒸發器進行清洗，防止設備堵塞嚴重，造成清洗困難。

三效蒸發裝置的平穩運行可為硫酸生產系統減少酸性廢水外排量，從根本上減少酸性廢水的產生量，對環境的保護有著積極的作用。