馮衛(wèi)華,黃 龍,劉蘇寧

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 概述

有色金屬冶煉過程中會產(chǎn)生氨氮廢水,該廢水因其NH3-N 濃度普遍較高而不能回用于生產(chǎn)環(huán)節(jié),各企業(yè)均采用了不同的氨氮廢水處理方法,如吹脫法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜分離法及電催化氧化等[1-2]。但是這些方法大都具有成本高、氨水回收再利用困難、設(shè)備保養(yǎng)要求高等缺點,即使處理后的氨氮廢水氨氮含量可以達(dá)標(biāo),但廢水外排不僅使水重復(fù)利用率難以達(dá)到規(guī)范要求,還會造成排放水體含鹽量增高,與廢水中所含的重金屬離子一同帶來潛在的環(huán)境風(fēng)險,環(huán)境敏感地區(qū)已經(jīng)開始限制此類生產(chǎn)廢水的排放。因此,尋找一種成本低廉、工藝簡單、效果好、周期短、穩(wěn)定性好的低濃度氨氮處理方法成為廢水深度處理研究的重點之一。

某冶煉廠應(yīng)用中國恩菲工程技術(shù)有限公司開發(fā)設(shè)計的一套低溫?zé)岱摪毖b置取代原有的吹脫技術(shù)來處理高濃度氨氮廢水[3],經(jīng)過連續(xù)半工業(yè)化試驗,實現(xiàn)了氨氮廢水的資源化利用,在回收氨水的同時實現(xiàn)了氨氮廢水的常態(tài)化處理。半工業(yè)化試驗結(jié)果驗證了該脫氨裝置的穩(wěn)定性,出水氨氮濃度滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到了節(jié)能環(huán)保目的。

本文重點介紹該工藝裝置的調(diào)試運行情況,對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析并提出了解決措施,為今后該工藝裝置的工業(yè)化生產(chǎn)積累了運行經(jīng)驗。

1 低溫?zé)岱üに囋砗喗?/h2>

低溫?zé)岱ㄊ且环N脫鹽技術(shù)[4],其特點是在最高蒸發(fā)溫度不超過85 ℃的條件下,通過將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器或垂直降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來并被分成若干效,用一定量的蒸汽輸入,經(jīng)過多次蒸發(fā)和冷凝,得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水的脫鹽技術(shù)。限值頂溫在85 ℃的優(yōu)點是可以有效減緩換熱器結(jié)垢,降低材質(zhì)要求以減少投資。效間溫差4～5 ℃,30 ℃溫差可安排6～7 效,大大增加了能源利用效率。蒸發(fā)熱源采用低壓蒸汽或乏汽等低品位熱源,有效利用廢熱,降低設(shè)備能耗。

2 調(diào)試運行概況

該半工業(yè)化試驗工藝裝備的處理能力≥200 m3/d,處理廢水為硫銨廢水,熱源為0.20～0.25 MPa 的廠區(qū)低壓蒸汽。該工藝裝置在某冶煉廠安裝完成后進(jìn)入調(diào)試、試驗和運行期,完成了連續(xù)4 個月滿負(fù)荷運行,換熱設(shè)備不結(jié)垢,日處理氨氮廢水大于200 m3/d,處理后濃水氨氮含量低于15 mg/L,有效處理了該冶煉廠一直存在的硫銨廢水所導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。

3 調(diào)試運行中出現(xiàn)的問題及解決措施

3.1 一效換熱器溫度過高現(xiàn)象

圖1 運行后換熱器列管表面未出現(xiàn)結(jié)垢情況

換熱器處理氨氮廢水過程中,由于氨氮廢水中含有硫酸鈣和碳酸鈣,容易在換熱器的列管上結(jié)垢。硫酸鈣與碳酸鈣都屬于難溶于水的物質(zhì),在水中的溶解度都很低,其中碳酸鈣較硫酸鈣更難溶于水,在水中兩者隨著溫度的升高而溶解度降低。列管結(jié)垢現(xiàn)象和換熱器內(nèi)部溫度有很大的關(guān)聯(lián)性,因此換熱器內(nèi)部設(shè)定的溫度不高于70～85 ℃,若內(nèi)部溫度過高則列管上容易形成難以分解的硫酸鈣和碳酸鈣垢。

在工藝裝置啟動時,一效換熱器內(nèi)部真空度達(dá)到設(shè)定值后,開始調(diào)節(jié)蒸發(fā)進(jìn)氣量,升高換熱器內(nèi)部溫度。蒸汽閥門開度設(shè)定幾檔,初始設(shè)定值較小,一效換熱器內(nèi)部溫度過高,在較短時間內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度臨界值,導(dǎo)致系統(tǒng)宕機。

出現(xiàn)換熱器內(nèi)部升高現(xiàn)象,正是由于設(shè)定了蒸汽進(jìn)氣量由小變大,換熱器內(nèi)部溫度逐步升高,換熱器內(nèi)部溫度接近臨界點值時,再固定蒸汽進(jìn)入量。蒸汽閥開度較小時,進(jìn)入換熱器內(nèi)部熱量太少,短時間內(nèi)沒有形成大量蒸發(fā),從而使得換熱器內(nèi)部沒有大幅度降溫現(xiàn)象出現(xiàn)。當(dāng)蒸汽閥門開度設(shè)定值提高10倍,進(jìn)入換熱器內(nèi)部的蒸汽能夠讓一效換熱器列管快速加熱,形成大量的蒸發(fā)量,蒸發(fā)吸收的熱量使得一效換熱器內(nèi)部的溫度不再升高,保持在臨界值以內(nèi)。

3.2 換熱器內(nèi)部氣路不順暢

一效換熱器內(nèi)部形成大量蒸汽后,無法順暢的通過導(dǎo)流通道進(jìn)入二效換熱器,這種現(xiàn)象會導(dǎo)致一效換熱器內(nèi)部的蒸汽富集,一效換熱器內(nèi)部溫度急劇上升達(dá)到溫度臨界值后系統(tǒng)自動停車。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是氨氮廢水中氨氮含量過高,形成了大量的氨氣。氨氣過多,二效換熱器不能全部冷卻,導(dǎo)致氨氣在一效換熱器內(nèi)部富集,形成了氣堵。如果需處理的氨氮廢水中的氨氮含量超過設(shè)計值,在進(jìn)入工藝裝置前需要進(jìn)行稀釋預(yù)處理,確保氨氮濃度滿足設(shè)計值。

3.3 換熱器內(nèi)部真空度沒有形成梯度

換熱器內(nèi)部的真空度從后效到前效逐步遞減,這樣設(shè)計的目的是形成的蒸汽會逐步從前效吸入后效。系統(tǒng)調(diào)試初期,由于人工操作問題,出現(xiàn)了換熱器內(nèi)部真空度數(shù)值混亂,沒有出現(xiàn)梯度,甚至出現(xiàn)了前效比后效真空度高的情況。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有可能是換熱器內(nèi)部各效之間有漏氣點,沒有形成相對密閉的空間。同時各效換熱器所連接的泵類設(shè)備和管線也有可能存在漏點,導(dǎo)致系統(tǒng)密閉性不嚴(yán),出現(xiàn)換熱器內(nèi)部真空度紊亂的現(xiàn)象。后經(jīng)仔細(xì)檢查,找出漏氣點,解決了換熱器真空度梯度的問題。

3.4 換熱器噴頭堵塞

換熱器噴頭堵塞主要出現(xiàn)在換熱器剛投入使用的初期,分析主要原因是由于換熱器內(nèi)腔存在殘留焊渣。這些焊渣被泵送至噴頭時,堵塞在噴頭處,降低蒸發(fā)液的流速,晶體和雜質(zhì)就會逐步聚集,最終堵塞整個噴頭。噴頭堵塞會造成換熱器蒸發(fā)量降低,同時該堵塞噴頭下的換熱器列管因出現(xiàn)干區(qū)從而逐漸結(jié)垢,同時引起換熱器內(nèi)部列管之間的晶體聚集,對換熱器十分不利,因此在調(diào)試運行中需要加強巡檢,通過觀察窗觀測噴頭噴灑的形狀和流速,以此判斷噴頭是否堵塞。

圖2 噴頭被焊渣堵塞

4 結(jié)論

通過對低溫?zé)岱üに囇b備的調(diào)試,其工藝流程整體暢通,設(shè)備運行穩(wěn)定,調(diào)試過程中需要注意以下幾點:

(1)裝置啟動時,調(diào)大蒸汽閥門開度,使進(jìn)入換熱器內(nèi)部的蒸汽能夠讓一效換熱器列管快速加熱,形成大量的蒸發(fā)量,蒸發(fā)吸收的熱量使得一效換熱器內(nèi)部的溫度不再升高,保持在臨界值以內(nèi)。

(2)如果進(jìn)水氨氮含量超過設(shè)計值,在進(jìn)入工藝裝置前需要進(jìn)行稀釋預(yù)處理,確保氨氮濃度滿足設(shè)計值,避免過多氨氣造成氣堵現(xiàn)象。

(3)裝置調(diào)試初期,需要檢查換熱器和所連接的泵類設(shè)備及管線之間是否存在漏氣點,解決換熱器真空度梯度的問題。

(4)通過定期巡檢觀測噴頭噴灑的形狀和流速,以此判斷噴頭是否堵塞。

低溫?zé)岱üに囇b備可應(yīng)用在高鹽高鈣廢水濃縮、氨氮廢水脫氨等領(lǐng)域,是一種高效、安全、環(huán)保、可靠的廢水處理技術(shù),可廣泛適用于有色金屬、鋼鐵冶煉等行業(yè)。