三效蒸發(fā)結晶工藝在燒結脫硫脫硝制酸廢水處理中的應用

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.