淺析單效蒸發器運行中出現的問題及處理措施

王振宇，郭鵬飛，胡長江，余端，洪駿

（安徽浩悅環境科技有限責任公司，安徽合肥 231145）

某化工企業生產廢液經催化氧化、酸堿中和、絮凝沉淀、板框壓濾后，采用單效外循環強制結晶蒸發器進行蒸發脫鹽處理，蒸發器運行初期，整體運行平穩，一段時間后，由于蒸發器濃縮液不斷增加，廢液中總鹽和有機物含量逐漸升高，運行過程中出現泡沫大、跑液、結垢等問題。本文根據蒸發器運行工況，分析原因并提出處理措施，提高了蒸發器運行效率，保障蒸發器運行工況平穩。

1 概述

1.1 單效蒸發器處置高鹽廢水工藝

某化工企業廢液經催化氧化、酸堿中和、絮凝沉淀、板框壓濾后產生的高鹽廢水，經單效蒸發器蒸發脫鹽后，餾分水采用鐵碳微電解工藝預處理后進入生化工藝深度處理。高鹽廢水水質情況如表1所示。

表1 高鹽廢水水質情況

1.2 單效蒸發器運行工藝

單效蒸發器由加熱器、氣液分離器、冷凝器、真空泵組成，其中加熱器與氣液分離器連接處使用強制循環泵將加熱后物料轉移至氣液分離器，物料在此階段進行氣液分離，氣體經真空泵引入冷凝器，冷凝后廢水泵入出水池；濃縮出現結晶鹽后，自分離器底部出料至離心機固液分離，濾液泵入氣液分離器中。加熱器采用蒸汽加熱，冷凝器冷卻用水采用生化出水。具體工藝流程見圖1。

圖1 高鹽廢水蒸發處理工藝流程圖

高鹽廢水經蒸發器處理后，餾分水進行鐵碳微電解/臭氧催化氧化預處理后進行生化處理，蒸發器濃縮液水質情況如表2。

表2 蒸發器濃縮液水質情況

2 單效蒸發器運行中出現的問題及處理措施

2.1 加熱器結垢

2.1.1 加熱器結垢的原因分析

正常運行工況下，蒸汽溫度130℃～140℃，物料溫度可加熱至80℃～90℃，因高鹽廢水中含有一定濃度的鈣離子和鎂離子，鈣鎂離子與廢水中的SO，CO，HCO等陰離子形成難溶性化合物，在蒸發器列管內壁結垢，導致蒸發器換熱效率降低，從而影響正常運行。

統計連續運行時間與蒸發物料水質硬度（以CaCO計，mmol/L）的關系，如表3。

表3 蒸發物料水質硬度與蒸發器連續運行時間的關系

由表3可知，在蒸發物料硬度小于0.2 mmol/L 的情況下，蒸發器連續運行達到8個月。隨著蒸發物料中硬度指標的不斷升高，即鈣鎂離子濃度不斷增大，形成難溶于水的鹽垢（CaCO，MgCO，CaSO等）速度加快，連續運行時間縮短。當蒸發物料硬度≥10.0 mmol/L時，蒸發器連續運行時間縮短至半個月，嚴重影響處理效率。

2.1.2 處理措施

運行經驗表明：①當蒸發物料硬度≤2.0 mmol/L時，蒸發器運行平穩，隨著蒸發物料硬度的增加，可以使用磷酸鹽類藥劑控制蒸發物料進水硬度。蒸發物料進水硬度與磷酸三鈉添加量對應關系如表4 所示（按照50 m/d進水量計算）。

表4 進水硬度與磷酸三鈉添加量的對應關系

②當蒸發器溫度與氣液分離器溫度相差超過15℃，或加熱器溫度隨蒸汽量的改變而波動較大時，應檢查加熱器是否結垢或堵塞，若出現嚴重結垢，可添加化學清洗劑進行浸泡清洗。

2.2 氣液分離器結鹽

2.2.1 氣液分離器結鹽的原因分析

氣液分離器頂部設置除沫器，內部設置液位計，隨著蒸發物料的不斷濃縮，有機物含量不斷增加，蒸發物料出現大量泡沫，除沫器在消泡過程中，因不斷接觸濃縮液，導致表面結鹽，對蒸發器運行影響較大：①導致除沫器和液位計探頭結鹽，出現液位顯示不準確，引發設備運行異常；②縮小氣液分離器有效容積，降低處置產能。

2.2.2 處理措施

①當分離器目鏡中顯示結鹽出現時，應及時除鹽，同時延長離心機運行時間和增加除鹽頻次。

②當蒸發器氣液分離器目鏡結鹽嚴重時，設備應停止運行，打開分離器人孔，檢查分離器內壁結鹽情況（鹽層高度、顏色），若鹽層厚度超過2 cm時，應向蒸發器內注入餾分水浸泡，同時開啟強制循環，保障分離器內壁結鹽溶解。

2.3 物料起泡

2.3.1 物料起泡的原因分析

強制循環泵將加熱后物料在加熱器與氣液分離器內進行循環換熱，換熱后蒸汽轉化為蒸汽冷凝水進入出水池，氣液分離器定期排出濃縮液至結晶器，然后進入離心機進行固液分離。隨著蒸發物料的不斷濃縮，TDS含量可達400 000 mg/L，有機物含量增加，導致氣液分離器內泡沫較大，對蒸發器運行影響如下：

①影響氣液分離器的液位，導致液位顯示不準確，同時操作人員通過目鏡難以準確判斷液位，對進出料的控制有影響。

②除沫器不能有效去除泡沫，部分泡沫隨著蒸汽進入冷凝器，影響出水水質，增加生化系統處理負荷。

③固液分離難度增大，有機物含量高，使濃縮液具有一定的黏稠性，離心機脫水難度大，影響結晶鹽的分離。

2.3.2 處理措施

①閃開/關排空閥，反復消泡，控制氣液分離器內泡沫層高度。

②離心機出水槽內采用水噴淋消泡，降低出料流量，控制出料時間。

③添加消泡劑，可選用有機硅類消泡劑消泡。

2.4 真空泵結垢

2.4.1 真空泵結垢的原因分析

真空泵在運行過程中，隨著溫度的不斷升高，循環水中的CaHCO逐漸分解為難溶物CaCO，循環水中懸浮物在真空泵腔體內沉積，難溶物附著于沉積物上，長期運行后形成結垢。

在真空泵清洗時，取樣檢測結垢物的能譜分析如下圖。

從能譜圖中Ca所形成的峰以及所占比重可以推斷出結垢物主要為CaCO。

2.4.2 處理措施

①保持真空泵循環冷卻水的更新，防止水質中碳酸氫根或碳酸根的濃縮累積，減緩結垢的形成，或單獨設立軟水系統。

②控制蒸發器內泡沫層高度，避免因泡沫夾帶導致蒸發物料進入真空泵腔體內。

③在真空泵進水管路設置電子除垢儀，采用物理方法避免碳酸根同鈣離子結合，減緩垢的累積。

④出現真空泵結垢時，檢查真空泵循環水出水是否正常，確保對真空泵進行徹底清洗。

3 結論

（1）針對單效外循環強制結晶蒸發器進行蒸發脫鹽處理，需嚴格控制蒸發物料進水硬度指標在2.0 mmol/L以下，總鹽控制在40 000 mg/L以下，盡量降低蒸發物料中有機物含量。

（2）單效外循環強制結晶蒸發器若出現加熱器結垢、分離器結鹽、物料起泡、真空泵結垢等異常工況時，可按照所述處理措施進行處理，確保蒸發器穩定運行。