耐高溫阻垢劑在蒸發(fā)系統(tǒng)(三效)中應(yīng)用案例
系統(tǒng)概況
本案例為內(nèi)蒙古某稀土公司處理生產(chǎn)硫酸銨廢水MVR+三效系統(tǒng),在美國PWT公司技術(shù)工程師的指導(dǎo)下,使用獨(dú)特的樹枝狀聚合物耐高溫阻垢劑,對三效系統(tǒng)進(jìn)行阻垢劑的應(yīng)用。
在蒸發(fā)器中,由于母液中硫酸鹽、草酸鹽等含量較高,且已呈過飽和狀態(tài),極易在蒸發(fā)器列管壁上結(jié)晶析出而沉積,形成結(jié)垢后,蒸發(fā)能力會顯著下降,這是因?yàn)楣芄傅膶?dǎo)熱系數(shù)比較小,影響了熱傳導(dǎo)。逐漸導(dǎo)致降低產(chǎn)能,增加能耗?,F(xiàn)場需要周期性對三效列管進(jìn)行高壓清洗,去除列管表面污垢。頻繁清洗也會對設(shè)備造成一定物理傷害,使蒸發(fā)器壽命縮短,嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)正常運(yùn)行。
利用PWT耐高溫阻垢劑對硫酸銨廢水母液蒸發(fā)結(jié)垢進(jìn)行預(yù)防的技術(shù)原理是通過對母液添加一定比例阻垢劑,控制蒸發(fā)過程中微化學(xué)反應(yīng),以獨(dú)有的樹枝狀聚合物對結(jié)垢因子進(jìn)行捕捉、包裹,從而降低列管內(nèi)壁結(jié)垢附著速率,使列管的傳熱系數(shù)維持在較好的水平,保證三效蒸發(fā)器高效長周期運(yùn)行,減小停車清洗等次數(shù),達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
1.1
工藝流程
硫酸銨廢水處理流程如下:
硫酸銨廢水(工藝排水)→一級氣浮→二級氣浮→中間水池→(加草酸)連鹽罐→高密池(斜板)→中間水箱→多介質(zhì)過濾器→超濾→UF水箱→(加硫酸)電滲析(產(chǎn)水去RO,濃水去MVR進(jìn)水罐)→RO(產(chǎn)水回收,濃水至超濾進(jìn)水)→(加氨水)MVR→三效蒸發(fā)(產(chǎn)出產(chǎn)品硫酸銨)→母液回一效循環(huán)蒸發(fā)(不定期排放部分母液)
設(shè)計(jì)硫酸銨廢水處理135m3/h。
其中三效蒸發(fā)系統(tǒng)采用三效順流強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)濃縮系統(tǒng),對MVR蒸發(fā)濃縮母液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮處理。原液進(jìn)水設(shè)計(jì)15m3/h,原液經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)第一效蒸發(fā),之后進(jìn)入第二效繼續(xù)濃縮,再進(jìn)入第三效蒸發(fā)濃縮,最后由第三效濃縮液泵排出。產(chǎn)出產(chǎn)品硫酸銨母液經(jīng)過冷卻降溫,去除部分雜鹽后,上清母液返回一效繼續(xù)進(jìn)行濃縮處理,上清母液不定期進(jìn)行排污,每日排放5-10m3/d。飽和蒸汽先進(jìn)入一效加熱器作為一效蒸發(fā)器的加熱熱源,一效產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入二效加熱器作為二效蒸發(fā)器的熱源,二效二次蒸汽作為第三效的蒸發(fā)熱源。蒸發(fā)器中的蒸餾水被收集,再由蒸餾水泵打出系統(tǒng)。
三效蒸發(fā)流程方框圖如下:
注:實(shí)際運(yùn)行過程中第一效溫度為100℃,壓力75Kpa,第二效溫度85℃,壓力65Kpa,第三效溫度65℃,壓力19Kpa。
1.2
水質(zhì)數(shù)據(jù)
(1)下表為現(xiàn)場硫酸銨廢水、MVR進(jìn)水、三效母液分析數(shù)據(jù)。
以上水質(zhì)中可以看出,硫酸銨廢水不斷濃縮過程中,各離子含量均在逐漸增加,蒸發(fā)器進(jìn)水中鈣、鎂、草酸根、錳等含量均比較高。
(2)下表為一效進(jìn)水水質(zhì)取樣分析數(shù)據(jù)(2021.07.27)。
以上水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可以看出,第一效進(jìn)水中硅含量偏高,其中以膠體硅為主。鐵、鋁、鈣離子、草酸根和氟等離子均偏高。
根據(jù)以上兩份水質(zhì)分析結(jié)果,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況,三效結(jié)垢物質(zhì)主要以草酸鈣為主,摻雜部分硫酸鈣、硫酸鋇、鐵、鋁、氟化鈣及硅垢。因蒸發(fā)進(jìn)水水質(zhì)較為復(fù)雜,且水質(zhì)波動較大,因此對蒸發(fā)阻垢劑選擇要求比較高。
02
添加阻垢劑后效果研究分析
2.1
添加方式
(1)為了做好本次試驗(yàn),現(xiàn)場增加加藥裝置(100L加藥箱+1.6LPH加藥泵),配藥濃度3%。加藥點(diǎn)選擇在原料罐(即第一效進(jìn)液料罐)預(yù)留口,阻垢劑通過計(jì)量泵打入系統(tǒng),見上圖。
(2)選用PWT阻垢劑11倍濃縮液Titan ASD 200 SC,添加量為1.91ppm。
2.2
阻垢劑添加前后效果分析
(1)添加阻垢劑前蒸發(fā)器運(yùn)行情況
添加阻垢劑前三效運(yùn)行周期在20—30天,三效進(jìn)料量明顯降低(降低50%以上),三效蒸汽量出現(xiàn)明顯降低。且一效蒸發(fā)器拆開列管結(jié)垢污堵嚴(yán)重,列管結(jié)垢率達(dá)到80%以上。結(jié)垢物質(zhì)質(zhì)地較為堅(jiān)硬(見下圖),每次進(jìn)行單支列管高壓清洗時間為10分鐘左右,清洗1臺蒸發(fā)器的時間為2天,費(fèi)時費(fèi)力。
(2)添加阻垢劑后蒸發(fā)器運(yùn)行對比
現(xiàn)場在對一效列管高壓清洗后,開始試用投加阻垢劑,運(yùn)行相同周期(25天),系統(tǒng)仍運(yùn)行較為穩(wěn)定,進(jìn)料量幾乎沒有變化,現(xiàn)場對列管進(jìn)行拆檢查看,跟蹤2個測試周期一效列管外觀如下圖:
由上圖可以看出,添加阻垢劑后一效結(jié)垢明顯改善,列管內(nèi)壁只存在薄薄一層結(jié)垢物,未出現(xiàn)列管完全堵死情況,同樣進(jìn)行了高壓清洗,由于結(jié)垢物質(zhì)薄且脆,單支列管清洗時間只要1分鐘左右,清洗1臺蒸發(fā)器的時間只要0.5天就完成了,節(jié)省了大量的時間和降低了勞動強(qiáng)度。依據(jù)目前結(jié)垢情況判定,添加阻垢劑運(yùn)行周期可延長至2個月以上。
(3)添加阻垢劑前后三效蒸發(fā)器進(jìn)水量對比
由上圖可知:原液進(jìn)料量高于未添加阻垢劑,相同運(yùn)行周期25天,加阻垢劑前平均進(jìn)料量263.5m3/d,加阻垢劑后平均進(jìn)料量315m3/d,說明添加阻垢劑后降低了三效列管的結(jié)垢生成速率,保證了蒸發(fā)器高效、長周期運(yùn)行。
(4)添加阻垢劑前后三效蒸發(fā)水量對比
由上圖可以看出:阻垢劑藥劑添加期間蒸發(fā)水量明顯大于不加阻垢劑時水量,且運(yùn)行25天平均值加藥前為10.8m3/h,加阻垢劑后12m3/h,主要原因?yàn)槿д舭l(fā)機(jī)組進(jìn)料量提高,三效列管換熱性能提高。
結(jié)論
(1)由于三效蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)水溫度較高,其中第一效維持在100℃左右,根據(jù)添加藥劑前后列管結(jié)垢情況對比看,PWT阻垢劑Titan ASD 200 SC高溫下仍有優(yōu)異的阻垢能力。
(2)蒸發(fā)器添加阻垢劑后,可以顯著延緩結(jié)垢的產(chǎn)生或減少結(jié)垢量,與不使用阻垢劑的蒸發(fā)器運(yùn)行相比較,添加阻垢劑后蒸發(fā)器運(yùn)行周期大幅度延長,保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行,且減少了清洗列管的時間和降低了人力勞動強(qiáng)度,試驗(yàn)表明添加阻垢劑完全必要和能滿足生產(chǎn)需求。
(3)對比增發(fā)器不加阻垢劑前頻繁清洗的狀況,添加阻垢劑有利于蒸發(fā)效率發(fā)揮,綜合考慮下可節(jié)約蒸發(fā)單元的運(yùn)行成本,具有較高的社會經(jīng)濟(jì)效益。
附圖:蒸發(fā)車間照片