焦清衛(wèi)
摘 要:本文結合冶金行業(yè)燒結工序脫硫脫硝工藝的特點,針對燒結煙氣脫硫脫硝制酸過程產生的廢水水質特點,根據(jù)實際應用情況,簡要介紹三效蒸發(fā)結晶工藝在該廢水處理中的應用效果,以便進一步探討和推廣該項新技術的應用。
關鍵詞:含酸廢水;蒸發(fā)結晶;回收利用;環(huán)保節(jié)能
中圖分類號:TK223 文獻標識碼:A
隨著社會的發(fā)展和經濟的迅猛發(fā)展,伴隨其產生的空氣環(huán)境污染也給人民帶來了巨大的威脅,為保護環(huán)境,邯鋼新建燒結機脫硫脫硝設施,將燒結煙氣采用活性炭煙氣凈化工藝,同時脫除SO2、NOx、二噁英、重金屬及粉塵等多種污染物,且能回收硫資源制得濃硫酸產品,是一種資源回收型綜合煙氣治理技術,但在此工程中產生部分含酸廢水,該廢水濃度極高,必須進行無害化處理。
1.項目情況
本過程中產生含酸廢水總量3500kg/h,最大量為3580 kg/h,最小量為2150kg/h,每班排放兩次,每次約15t。污水成分:NH4Cl79.58kg/h;(NH4)2SO439.97kg/h;NH4F7.49kg/h;NH4HSO4261.32kg/h。
2.制酸廢水成分分析
中和后煙氣凈化制酸系統(tǒng)污水成份主要以硫酸銨和氯化銨為主,按照硫酸銨-氯化銨-水多溫多元水鹽體系相平衡數(shù)據(jù),選擇適宜的濃縮分離工藝,可以實現(xiàn)硫酸銨與氯化銨的有效分離,從而實現(xiàn)制酸系統(tǒng)污水中的鹽分有效去除。經對比《硫酸銨標準》(GB 5351995)和《氯化銨標準》(GB/T 29462008),制酸系統(tǒng)污水中的氟化氨在鹽分有效去除的過程中,制備的硫酸銨產品可達到工業(yè)級產品要求,而制備的氯化銨至少可以達到農業(yè)級產品要求。
3.三效蒸發(fā)結晶工藝技術特點
3.1 工藝流程
原始物料→預熱器→Ⅲ效加熱器及Ⅲ效蒸發(fā)室→Ⅱ效加熱器及Ⅱ效蒸發(fā)室(逆流)→Ⅰ效加熱器及Ⅰ效蒸發(fā)室(強制循環(huán))→飽和濃度→結晶釜→離心機→固液分離。
3.2 工藝說明:
(1)蒸汽進入Ⅰ效加熱器作為熱源,對Ⅰ效內的物料進行加熱;物料經過蒸發(fā)產生二次蒸汽,進入Ⅱ效加熱器作為熱源;Ⅱ效分離室內的物料經過蒸發(fā)產生二次蒸汽,進入Ⅲ效加熱器作為熱源。Ⅰ效生蒸汽冷凝水進入預熱器,做為預熱器的加熱源,整套系統(tǒng)充分地利用了濕、潛熱,以節(jié)約生蒸汽消耗量,總耗汽量是普通蒸發(fā)設備的1/3,運行總功率是傳統(tǒng)蒸發(fā)設備的1/4。
(2)本裝置具有強化傳熱、防垢性能優(yōu)良的沸騰蒸發(fā)和強制循環(huán)蒸發(fā)的優(yōu)勢相結合,形成優(yōu)勢互補的濃縮方式。其技術特征在于沸騰蒸發(fā)裝置及在汽-液-固三相流入結晶器,使過飽和溶液進行熱結晶,固液得到快速的分離方法。強化傳熱的實現(xiàn),是通過在出料效的加熱系統(tǒng)中,加設一套強制循環(huán)裝置,使加熱管中物料流速達到≥2.0m/s,這樣就使得傳熱效率得到較大提高,同時由于保持了管束中料液的高流速,也防止了結晶的物料在加熱管內壁附著,進而導致結垢。
(3)本工藝采用了逆流蒸發(fā)工藝技術,具有蒸發(fā)速度快,物料受熱時間短,物料不易結焦與結污垢,設備便于清洗。物料可直接在蒸發(fā)器內熱結晶或析出到結晶釜內結晶,能耗低,操作方便,維修頻率低,占地面積小。
(4)由于料液中可能含有少量的表面活性劑,因此在蒸發(fā)過程中,會有大量的泡沫產生,為了防止泡沫在蒸發(fā)過程中將料液組分隨二次蒸汽形成夾帶,以提高分離效率,整套系統(tǒng)在各效分離器內上部都設置了絲網捕沐器,徹底消除了在真空條件下的泡沫被夾帶。同時為避免絲網在工作過程中產生堵塞現(xiàn)象。
3.3 物料流程
原料液在真空狀態(tài)下進入預熱器,經預熱器預熱后進入第Ⅲ效分離器,原料液在第Ⅲ效分離器中經第Ⅲ加熱室均勻地在加熱管內壁從下向上流動,同時被加熱至物料沸點,使之達到沸騰狀態(tài),加熱后部分水分蒸發(fā),進入第Ⅲ效分離室完成汽、液分離,完成在第Ⅲ效內的初次自然循環(huán)后,完成初步濃縮的料液通過逆流泵送入第Ⅱ效分離器,按照與第Ⅲ效內相同的過程在第Ⅱ效內循環(huán)并完成蒸發(fā)濃縮,物料在第Ⅱ效內達到一定濃度后,經逆流泵送入第Ⅰ效分離器,以同樣的原理進行蒸發(fā)濃縮,由于物料在第Ⅰ效結晶器內將被濃縮至過飽和并產生結晶,為防止物料中的結晶堵塞加熱列管影響物料循環(huán),本裝置在第Ⅰ效結晶器專設置強制循環(huán)泵對第Ⅰ效內物料進行強制循環(huán),當料液中的晶漿比最終達到所需濃度后,結晶的結晶體和飽和母液由第Ⅰ效結晶器下出料口的出料泵析出,送入結晶釜冷卻結晶,結晶體進入離心機進行固液分離,分離后的母液返回原液池或直接進入蒸發(fā)系統(tǒng),繼續(xù)蒸發(fā)結晶。
3.4 蒸汽流程
利用廠區(qū)現(xiàn)有蒸汽,在分汽缸中將蒸汽的壓力經調壓閥調≥0.20MPa,隨后進入第Ⅰ效蒸發(fā)器的加熱器。第Ⅰ效分離器產生的二次蒸汽進入第Ⅱ效加熱器作為熱源,第Ⅱ效產生二次蒸汽作為第Ⅲ效加熱源,第Ⅲ效產生的二次蒸汽進入冷凝器冷與冷卻水混合凝成水排出。各效加熱器、分離室、結晶器的壓力由冷凝水罐串連的冷凝器控制。
3.5 冷凝水流程
蒸汽進入第Ⅰ效蒸發(fā)器放熱后冷凝成冷凝水,由于冷凝水溫度還較高,為了回收余熱,將Ⅰ效蒸汽產生的冷凝水引入預熱器對原料液進行預加熱。第Ⅱ加熱器加熱夾套中的冷凝水經一U形管進入第Ⅲ效加熱器加熱夾套中,第Ⅲ效加熱器加熱夾套中的冷凝水經一U形管進入汽水分離罐分離出蒸汽后,繼續(xù)返回第Ⅲ效再加熱,充分利用潛熱,冷凝水排出。U形管的作用是動態(tài)密封。
4.配套主要設備技術特點
4.1 加熱器
(1)Ⅰ效加熱器為蒸汽分布裝置,使蒸汽均勻地分布到每一根列管的外壁,使蒸汽通過加熱管和被加熱物料充分熱交換產生汽化,使整個加熱器溫度平衡。
(2)Ⅱ效加熱器為蒸汽分布裝置,使蒸汽均勻地分布到每一根列管的外壁,使生蒸汽通過加熱管和被加熱物料充分地接觸熱交換產生汽化,使整個加熱器溫度平衡。
(3)Ⅲ效加熱器為蒸汽分布裝置,使蒸汽均勻地分布到每一根列管的外壁,使生蒸汽通過加熱管和被加熱物料充分地接觸熱交換產生汽化,使整個加熱器溫度平衡。
4.2 蒸發(fā)室
三效蒸發(fā)室整體內膽均采用304不銹鋼板,為防止物料產生粘壁現(xiàn)象,內膽采取鏡面拋光處理,設有人孔、視鏡、燈孔、溫度計、真空表、除沫器等裝置。
4.3 汽水分離器
汽水分離器容積:為50L,材質:304不銹鋼,設有液位計、視鏡。
4.4 結晶器
結晶器采用夾套式帶攪拌結晶釜,夾套內通入冷卻水快速冷卻,同時在攪拌的狀態(tài)下,使結晶釜內的鹽份得到快速冷卻結晶效果,得到均勻細小的晶體顆粒。
4.5 分離器
分離器采用臥式三足式無基礎離心機。結晶過程完成后,把晶體從結晶釜內放入離心機進行固液分離,分離出來的母液返回原液池,得到成品鹽晶體。
5.出料主要用途
(1)廢水經處理后可以達到《鋼鐵工業(yè)污染物排放標準》GB 13456-2012的要求。
(2)顆粒狀雜鹽,投入燒結礦中消耗。
(3)商品級NH4CL、(NH4)2SO4銷售沖減處理成本。
結語
在我國環(huán)保型、節(jié)約型經濟大環(huán)境下,如何保護環(huán)境,變廢為寶是我國經濟主流。邯鋼脫硫脫硝工藝制酸廢水項目,是冶金行業(yè)首次采用三效蒸發(fā)結晶工藝,具有領域指南作用,符合水處理發(fā)展主流。
參考文獻
[1]黃寶玉.蒸發(fā)結晶過程傳熱溫差的選擇[J].天津化工,2013(1):31-33.
[2]湛淑華.淺談硫胺蒸發(fā)結晶過程的影響因素[J].內蒙古石油化工,2012(4): 58-59.