高盐废水零排放蒸发器的稳定运行分析

一、影响高盐废水蒸发器稳定运行的因素

目前在危废行业以及废水行业使用的高盐废水蒸发器的存在的普遍问题是设备的结垢堵塞、运行能耗高、清洗频繁以及装置的连续稳定运行差。

因为这些行业的特殊性，其需要去蒸发结晶的废水具有成分复杂、预处理不到位、腐蚀性强、有机物浓度高、波动性大、盐浓度高等特点，这些因素对蒸发结晶装置的运行造成很多困难。

高盐废水除了含有有机污染物，还含有大量可溶性的无机盐，如Cl^-、SO₄^2-、Na⁺、Ca²⁺等，蒸发结晶装置不仅要降低其COD的含量，提高蒸馏水的水质，而且更为重要的是要把可溶解盐类物质从废水中进行高效的分离。

COD对沸点升高的影响，硬度对传热系数的影响，氨氮对冷凝水实质的影响，PH对设备材质的影响，TDS对蒸发模式的影响等。

大多数设计人员和使用单位对于蒸发结晶设备存在重治理、轻保持，重应急、轻长效。

蒸发结晶设备看起来虽然简单，但是它涉及传热、流体动力、沸腾、结晶、结构、化学、自动化等多个学科领域，是一个系统工程，是一门应用科学。

虽然不提倡过度设计，但是设计中如果遗漏或忽视某个环节，很可能对于今后的稳定运行造成不利的影响。

二、蒸发结晶设备结垢的原因

（1）凭经验设计，前期技术准备不足

前期成分的技术准备，对原液、各种恒算、小试或者中试对技术方案进行验证和调整。

首先是装置能功能性要求，其次才是如何节能的问题，有很多装置，把节能放在前面，迎合商务的需要和数据的漂亮，把最基本的功能性问题放到后面，这样往往容易出问题。

（2）逆溶解度的盐存在

如溶液中的钙、镁离子，当达到饱和温度时，钙、镁离子形成晶核附于加热壁面并成为污垢。

蒸发结晶设备所产生的问题主要是在蒸发液面附近的结垢和在换热面上出现局部高度过饱和而生成过剩晶体。

预处理尽量去除，如果不具备条件进行预处理，可以添加晶种法，使得晶种悬浮在蒸发面上，通过晶体生长来降低溶液的过饱和度，以避免逆溶解度盐在换热面上的结垢。

（3）有机物的影响

很多大分子有机物在高温、真空下浓缩后，其黏度、沸点升高很大，对于废水中的无机盐结晶造成很大的影响，同时会在管壁、罐壁、泵、设备及管道的转角处黏附，造成结垢和堵塞。

预处理尽量去除，如果不具备条件进行预处理，可以通过优化蒸发结晶设备工艺把有机物的影响减少到最小。

三、蒸发结晶设备稳定运行措施

（1）选择合理的蒸发工艺到底是选MVR蒸发器还是多效蒸发器？选择合理的蒸发器结构形式；选择合理的材质；根据介质及蒸发形式的不同选择合理的流速；控制好系统内不同部位的固液比；改善设备结构及工艺管线的设计。

（2）为了尽量避免换热器的结垢及延缓换热器的结垢，先从设计方面采取必要的措施设计时换热器内流速分布均匀，以避免较大的速度梯度，确保温度分布均匀（如折流板区），在保证合理的压力降和不造成腐蚀的前提下，提高流速有助于减少污垢（在真空状态下蒸发，提高料液的流速及降低蒸发时的温度）。设计时采用最少的死区和低流速区，与物料接触部位光洁度高，阻力小（提高管壁和罐壁的光洁度），采用特殊加热器结构，使得加热蒸汽在加热器内分布均匀，加热器内各部分的加热管与蒸汽充分接触，并合理排除不凝气体，相对于传统加热器，提高了蒸汽对加热管壁的给热系数以及提高总的传热效率，提供了蒸汽利用率，强化了传热。同时还设置防止蒸汽过热装置，避免换热管壁面形成局部高温，避免盐垢的形成。

（3）加热器盖为易拆卸结构，方便以后正常的现场维护和现场清洗在设备的运行中严格按照出厂的操作、维护、清洗等规程来进行，也可大大延缓加热器的结垢。

（4）采用列管强制循环形式控制强制循环管内流速不小于1.75m/s，使得溶液在管内流速加快，使得垢层不易形成，并对垢层有强烈的冲刷作用。

（5）分离器采用大直径、高径深的独特设计分离空间大，分离效果好，同时设计盐腿的结构形式，对出料盐浆进行淘洗。每台分离器采用高效除沬器，可有效防止雾沫夹带，确保二次蒸汽的纯洁性，进一步提高蒸馏水水质。

（6）蒸发产生的不凝气统一收集，并留有接口可与厂区除臭系统管网连接，避免对周边环境造成影响。

（7）出料管道采用分段安装，即可以分段拆解，如果结晶堵塞可快速分段进行清理，大大降低了堵塞后的清理工作。

（8）设置高效合理的排空系统管道的最低点、泵进口、换热器、分离器等设备都设置了排空口，若出现紧急状况时，系统内的高浓度物料可通过这些排空口迅速排空，确保蒸发系统不堵塞。

（9）采用盐腿设计，使得盐晶体在盐腿中富集，使大的晶体不再进入加热列管进行再循环蒸发，这样一方面减少了晶体与加热列管的摩擦所产生的磨损，大大地提高了设备的使用寿命和晶浆的收率，降低了消耗。

四、蒸发结晶设备除垢

世界上没有完全不结垢的蒸发器，只是清洗周期不同，蒸发结晶系统在运行一段时间后效率会降低需要定期清洗以保证系统的蒸发效果。

采取上述稳定运行的各种措施之后，即使到了清洗周期，蒸发器所结的垢也是薄垢，不会结硬垢、死垢，相对来讲是比较容易清洗的。

原则上每隔6个月或停机超过3天以上，需对设备进行清洗。

蒸发器结垢一般情况下是废水中溶解盐类的结晶析出（硫酸钙、硫酸钠、氯化钠等）后在换热面以及设备管道转角处等产生的沉淀结垢，以及有机胶质在高温氧化后的沉积和流体中悬浮颗粒的沉积等造成的结垢。

这些综合因素产生的垢层与蒸发结晶设备的工作温度、浓度、流体流速以及流体的组成有关，因此在生产工艺中要严格按照操作规程进行操作，同时在设计的清洗周期之内定期清洗设备。

蒸发器的垢组成可分为水溶性垢和不溶性垢。

水溶性垢是蒸发饱和溶液时所析出的盐类结晶，可用水或稀的不饱和溶液定期清洗。

不溶性垢包括钙、镁、硅等低溶解度的盐类，以及有机聚合物等，要定期停车用酸、碱或机械方法进行清理。

不论是水溶性垢还是不溶性垢，都要根据具体情况定期清洗，而且清洗周期要定在结垢的初期，因为一旦换热管有管子开始结垢时，其流动阻力会大于其他没有结垢的管子，因而阻力加大流速下降的管子，又更加容易结垢，最后导致整根管子被积垢堵死，此时再进行清洗就非常困难了。