三效强制循环蒸发装置运行影响因素及优化控制

周珍

摘要：在当前能源供应紧张的情况下,如何对企业的蒸发装置进行改造,降低能耗,节约能源,是各化工企业所关注的问题，本文提出了高浓盐水三效强制循环顺流降膜蒸发的增效技改方案，该方案节能降碳效果显著，有良好的经济效益和社会效益，本文就浓盐水三效强制循环顺流降膜蒸发装置运行影响因素及优化控制进行研究达到废水零排放，以供参考。

关键词：浓盐水；三效蒸发；真空；工艺优化；零排放

引言

生化污水回用单元和含盐污水回用单元产生的浓盐水，含盐量高，难以回收利 用，要想实现污水“零排放”，需要进行进一步蒸发处理，以减少外排量。高浓盐水蒸发是指利用热源(0.5MPa158℃蒸汽)直接加热来提高浓盐水温度，使高浓盐水中的水分部分汽化，以提高浓盐水溶液浓度的单元操作过程。

1工程概况

伊犁新天煤化工有限责任公司筹建年产20亿Nm3煤制天然气项目，公司占地面积3000亩，投资170亿元，以煤制天然气为主，副产焦油、中油、石脑油、硫铵、粗酚等产品，采用世界先进成熟可靠的碎煤加压气化技术、低温甲醇洗工艺和甲烷化技术，“三废”排放指标全部达到国家指标要求，是一个洁净、环保的煤炭资源转化项目。蒸发器是下降水膜型机械蒸汽压缩循环蒸发器，结晶器采用强制循环技术。蒸发器的目的是减少废水的体积，产生高质的蒸馏水，循环使用，把排放的废水减至最少，或把废水作最大程度的浓缩。浓缩后的废水经过结晶器或干燥器，浓缩后的高盐残液含盐量约25%左右通过离心机出盐成为固体废物处置。

2工艺流程

3蒸发运行影响因素

3.1蒸发温度

外界送来的蒸汽是浓盐水蒸发的主要热源，其温度高低直接影响到蒸发负荷及结晶盐产量。在其他条件不变的情况下，较高的蒸汽温度会使系统获得较大的温差，单位时间内传递的热量也相应增加，蒸发装置有较大的生产能力。正常生产中，需保持适宜的蒸汽温度及蒸汽压力。蒸汽温度过高容易使加热管内浓盐水温度上升过快，形成气膜带液污染回用凝液，降低传热系数。温度过低，浓盐水不能达到所需温度，蒸发量降低，能耗增加。从一效蒸发分离器出来浓盐水全盐量与温度及二次蒸汽压力有密切关系，温度越高浓盐水全盐量越高，而浓盐水温度和二次蒸汽压力与外界送来的蒸汽和系统的真空度有关。当外界送来的蒸汽温度和压力不足或者系统真空度不足时浓盐水浓缩产生的二次蒸汽量越少，即蒸出浓盐水中的水量少，生产出的结晶盐便会减少。随着负荷的增加，需要加大蒸汽调节阀开度来增加蒸汽压力和蒸汽温度，关小真空系统的补气阀，来保证系统的真空度，反之亦然。

3.2真空度控制

真空度在0Kpa，从一效分离器出来的浓盐水温度在108℃产生二次蒸汽是二效蒸发热源，经二效分离器真空度控制在-60Kpa浓盐水在80℃左右沸腾产生的二次汽是三效蒸发热源、经三效分离器真空度控制在-80Kpa浓盐水在45℃左右沸腾后利用循环水将二次汽冷凝送至循环水，降低能耗；三效加热器浓盐水送出界区至结晶罐冷凝利用离心机出结晶盐。

3.3蒸发器液位

在蒸发过程中液位过高时蒸发量下降，会引起溶液沸点升高，有效温差减小，蒸发能力减弱；相反，蒸发器的液位过低，蒸发过于剧烈，会使二次汽夹带的浓盐水量几何式变大。因此，保证蒸发过程中每个蒸发分离器液位稳定，保持液位的平衡状态，才能保证蒸发器的压力和蒸发速率。

4优化控制

4.1增效技改对生蒸汽品质的要求

生蒸汽压力升高则各效蒸发器温差增大，同等生产能力下蒸发器所需换热面积会更小，增效技改项目的投资会更少。故生蒸汽压力不宜过低，否则各效温差偏低，蒸发器面积变大，投资随之增加；生蒸汽压力也不宜过高，过高则蒸发器设计压力提高，换热管壁厚增加，投资随之增加。针对三效顺流降膜蒸发工艺，生蒸汽压力合理的取值范围为0.45-0.55MPa，最低不得低于0.37MPa。如生蒸汽压力低于0.37MPa，各效蒸发器能够分配到的有效温差平均值＜7℃，新增效换热面积变大，会造成投资剧增和装置运行不稳定等后果。技改时需根据生蒸汽压力，在复核过已有各效蒸发器的结构和换热面积后，针对性地设计新增效蒸发器，并合理地在各效间分配有效温差，方可达到预期目标。

4.2物料（高盐分、高有机物）特点

三效强制循环降膜式蒸发器是利用重力作用成膜，能蒸发粘度较大的料液，且受热时间短，适用于热敏性强的物料、浓度较大，不易结晶、结垢的物料。具有料液沸点均匀，有效温差较大，清洗方便，传热效果好，节约蒸汽的特点，由于蒸发管较长，沸腾 泡沫易受热破裂，因此适于蒸发易生泡沫的物料。

4.3保证表面冷凝器冷却效果

保证表面冷凝器具有良好的传热效果，将二次蒸汽快速冷却下来，从而获得较大且稳定的真空度。保证良好换热器传热效果一般有扩展传热面积、加大传热温差及提高传热系数等方法。传热面积和传热温差在设备和工艺确定后可以视为常数，只有传热系数与运行管理相关性最大。表面冷凝器通常采用列管式换热器，影响其传热系数的因素主要有冷却水的流量、流速、压力、水质等。为了确保冷却水的流量、流速、压力达到要求，设置了流量、压力检测。实际生产中，由于冷却器传热系数降低、流通面积减小，表面冷凝器的冷却效率降低导致蒸发系统达不到所要求的真空度。

4.4降低蒸汽单耗的途径

根据如上分析，降低浓盐水三效强制循环顺流降膜蒸发蒸汽单耗的四个途径如下:(1)降低三效操作压力。(2)控制好进蒸发碱度、硬度≤300mg/L,蒸发换热器不结垢，换热效率高，延长蒸发装置运行周期，(3)回收生蒸汽凝液余热，降低出系统的生蒸汽凝液出口温度。(4)做好浓盐水到蒸发装置和设备的保温，提高进浓盐水温度。（5）合适的真空度，降低浓盐水沸点，节约蒸汽量。

4.5温度测量

（1）蒸发装置分离器热电偶、热电阻保护套管选用304不锈钢保护套管，引出线应配防水、防尘式接线盒；（2）测温元件安装的插入深度应符合相应的标准，并根据安装管路、部件来选择法兰式或者螺纹连接型。（4）就地温度计采用万向型可抽芯式双金属温度计，安装管道内应有保护套管，产品选用不锈钢型，不采用水银温度计。测温元件直径为Φ6。应为无振动安装，使显示仪表远离振动场所。

4.6控制合适的蒸发器液位

蒸发器内液位高度的变化会使静压头的变化，导致蒸发系统的不稳定，在蒸发过程中，通过蒸发一、二、三效过料阀自动控制分离器液位在25-40%之间，自动控制蒸发器液位和出料量，通过调试证明蒸发器液位控制在30%左右时，蒸发装置运行最佳。

4.7蒸发出盐离心机

多效蒸发装置的三效浓缩液由三效分离器底部排出，经浓盐水输送泵送至母液结晶罐与循环水进行换热降温后，通过转子泵送入卧螺离心机，经卧螺离心机脱水后形成工业杂盐，包装后将杂盐送至危废填埋场。卧螺离心机产生的分离液送至浓盐水池，经多效蒸发装置继续处理，母液回流提高进料浓度，增大系统出盐量，降低运行成本。

结语

三效强制循环顺流降膜蒸发增效技改后，蒸汽消耗会大幅降低，碳排放也相应减少，离心机出盐投资回收期为两三年，有很好的经济效益，离心机应用蒸发出盐很好解决废水零排放盐的回收；如在全行业得到广泛推广，有很好的社会效益。三效强制循环顺流降膜蒸发需更高压力的生蒸汽，以弥补效数增多引起的温差损失。三效蒸发生蒸汽压力合理的取值范围为0.45-0.55MPa，最低不低于0.42MPa。增效技改有多种方案，方案选择与投资及运行效果密切相关，工程设计时不应局限某个特定的方案，要综合考虑生蒸汽压力、已有各效蒸发器情况、生产规模、预留用地情况、材料价格、施工周期和气候条件等因素，因地制宜、因时制宜地开展增效技改设计。

参考文献

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