MVR蒸发系统在淡盐水浓缩中的应用

董文虎，孙玉堂，陈光强，张佳兴

(营创三征(营口)精细化工有限公司，辽宁 营口 115003)

MVR蒸发系统在淡盐水浓缩中的应用

董文虎，孙玉堂，陈光强，张佳兴

(营创三征(营口)精细化工有限公司，辽宁 营口 115003)

淡盐水；浓缩；机械蒸汽再压缩

介绍了机械蒸汽再压缩(MVR)技术及其应用于淡盐水浓缩中的工艺过程，分析了装置运行中存在的问题，并提出了解决措施。

营创三征(营口)精细化工有限公司(以下简称“营创三征”)正在进行第3期氯碱扩建项目。项目建成后，烧碱产能将达到12万t/a。营创三征在生产氯产品过程中，副产质量分数18%的含盐废水，须将其全部回用于化盐工序。希望通过MVR(蒸汽机械再压缩Mechanical Vapor Recompression)浓缩技术将电解淡盐水中多余的水分蒸发分离，使浓缩后盐水中氯化钠质量浓度达到300 g/L，可直接进入二次盐水工序。

1 MVR技术

(1)MVR是指机械蒸汽再压缩时，通过机械驱动压缩机将蒸发器产生的二次蒸汽压缩至较高压力，提高二次蒸汽的品质(温度、压力、焓值)，进一步得到利用。机械蒸汽再压缩的工作原理类似于热泵，大部分蒸汽通过电能进行压缩和再循环，只需很少的生蒸汽用于开车，从而减少对外界能源的需求[1-2]，至少比传统多效蒸发设备节能50%。早在20世纪60年代，德国和法国已成功地将该技术用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域。

(2)在MVR蒸发系统中，淡盐水中的水分分两个阶段去除。第一阶段是在一级蒸发器内完成，淡盐水进入一级蒸发器预浓缩至250～280 g/L；第二阶段是在强制蒸发器内完成，一级预浓缩盐水进入二级蒸发器后，再次浓缩至300～310 g/L。

(3)MVR系统在正常运行情况下，遵循能量守恒的原理。生蒸汽只有在系统开车前以及调整系统载荷时才使用。一般情况下，MVR系统的载荷可以通过改变热平衡总量来调节。当输入系统的总热能(来自蒸汽压缩机、进料盐水、各种电驱装置等)大于输出总热能耗(浓缩液排放量、冷凝水流量、热能损失等)时，则系统会升温，直至达到新的平衡。此时，系统拥有比原先更高的温度、更大的蒸汽压力、更大的蒸汽密度，最后进入系统的蒸汽总量也随着自动增加。

2 MVR技术应用

2.1 项目背景

营创三征一次盐水生产能力还不能满足氯碱扩产后的盐水需求。另外，营创三征副产质量分数18%盐水经过净化装置处理后，完全达到了离子膜法烧碱生产所需化盐水的质量要求，并已成功应用到氯碱生产中。净化后，该盐水含盐质量分数仅19%，而淡盐水的进入必将带入过多的水量，使氯碱系统无法承受，因此淡盐水的用量严重受限。

2013年营创三征决定通过MVR浓缩淡盐水技术实现两个目标：①在一次盐水原装置不变的情况下，能够满足电解装置扩产后的盐水需求；②完成副产质量分数18%淡盐水全部回收利用的目标，实现循环经济发展。

2.2 设计指标

蒸发水量26 t/h、处理淡盐水量90 m3/h、进料淡盐水质量浓度200～215 g/L、浓缩盐水质量浓度300～310 g/L、蒸汽冷凝液含盐质量分数≤2×10-5、操作弹性50%～100%。

2.3 工艺简述

工艺流程简图如图1所示。

图1 淡盐水浓缩工艺流程简图

Fig.1 Process flow diagram of depleted-brine concentration

(1)盐水系统预热阶段。

电解后的淡盐水一部分进入浓缩淡盐水储槽，另一部分完成脱硝后进入浓缩淡盐水储槽。两部分淡盐水混合后进入一级蒸发器和二级蒸发器，并通过各自循环泵实现淡盐水在蒸发器和换热器内自身循环。循环建立后，须向一、二级蒸发器内通入生蒸汽对淡盐水进行升温。

(2)盐水系统蒸发阶段。

当蒸发器内的盐水温度被加热到105～108 ℃时，通过风机变频器调整风机转速至2 950～3 200 r/min。这时一、二级蒸发器的淡盐水被大量蒸发。蒸汽经过一、二级蒸发器内的双层液滴分离器(除沫器)后，进入蒸汽洗涤塔。蒸汽在此被清洗并且通过冷凝水喷淋系统加湿。在蒸汽洗涤塔出口，同样安装了1台液滴分离器(除沫器)，防止水分液滴进入一级压缩装置的蒸汽中。为得到系统所需的压力值，2台压缩风机串级使用。在一级蒸汽压缩机中，蒸汽压缩至(1.08～1.41)×105Pa(绝压)，得到中温饱和蒸汽。在二级压缩机中，蒸汽被加热到最终温度且压力达到(1.42～1.86)×105Pa(绝压)，达到蒸发器加热蒸汽的要求。为了避免二次蒸汽过热，采用加热室产生的冷凝液对压缩机和二次蒸汽管道进行喷雾降温，获得需要的饱和蒸汽，饱和蒸汽的温度值由蒸汽压力换算而来。加压和升温后的二次蒸汽进入一级蒸发器和二级蒸发器加热室，蒸汽沿换热器加热面流动，最后变成冷凝水进入冷凝水槽。通过热量交换，将热量传递给蒸发器内的淡盐水进行蒸发，产生二次蒸汽，实现二次蒸汽的循环利用。当整个盐水系统温度、压力建立平衡后，可以停止生蒸汽的加入。

(3)合格盐水产出阶段。

当冷凝水储罐的液位明显升高时，说明蒸发器已开始工作，操作人员立即开启淡盐水泵将淡盐水打入一级蒸发器。在淡盐水进入一级蒸发器前，分别与蒸汽冷凝水、蒸汽洗涤水、合格浓盐水换热，温度可升高到100 ℃左右，直接进入一级蒸发器。

根据一级蒸发器液位情况调节一级蒸发器内的盐水进入二级蒸发器。二级蒸发器液位升高后，通过浓盐水泵将浓缩盐水送出。初开车时，盐水浓度不会立即合格。通过密度计观察盐水浓度是否合格，不合格盐水进入淡盐水储槽。当盐水质量浓度达到300～310 g/L时，通过切换阀进入一次盐水储槽。

(4)浓盐水产盐浆阶段。

当淡盐水处理量低于90 m3/h而蒸发量不变时，二级蒸发器内的盐水浓度会增大，氯化钠晶体将不断析出，并逐渐累积在二级蒸发器底部。为了防止结晶堵塞设备和管道，用淡盐水将蒸发器底部的结晶冲洗到盐浆受槽，此时开始出盐浆操作。通过监测强制循环泵入口的盐浆含量，保证二级蒸发器系统正常运行。在蒸发器不断有盐析出时，浓缩液中的I2、Na2SO4、NaClO3、TOC将被富集，随着蒸发的持续进行，蒸发器内的杂质被不断浓缩，当浓缩倍数达到5～8倍时，通过排污管排出系统。这样可以实现通过排出少量的盐水，除去大量杂质的目的。但过高浓缩倍数可能引起蒸发器内氯酸盐量大，加大系统腐蚀的风险。

3 MVR系统优点

MVR系统优点：①能耗低、运行费用低；②占地面积小；③公用工程配套少，工程总投资少；④运行平稳，自动化程度高。

4 装置运行后出现的问题及解决办法

(1)进行盐浆排放操作时，浓盐水输送板式换热器经常出现堵塞。原因：结晶盐颗粒会逐渐堵塞板式换热器通道。措施：在板式换热器进口配置一条淡盐水冲洗管线。

(2)2014年3月开车后，1#、2#风机机壳玻璃观察口开裂。原因：观察口玻璃不耐高温。措施：更换。

(3)在2014年1月和2015年2月2#风机出现了2次振动值超出连锁值而停车的情况。原因及措施如下：①电动机轴承和端盖损坏，更换了电动机轴承及压盖；②风机由于密封环磨损，蒸汽进入轴承箱内，更换了风机密封件；③一、二级风机底座强度不够，对一、二级风机底座重新灌浆加固。

(4)2015年8月2#风机叶轮损坏。①2#风机的振动值逐渐增大到接近报警值。停车检查的过程中发现2#风机的叶片开裂(见图2)。②拆卸2#风机密封件时发现轴套与叶轮固定处的3个螺丝均丢失(见图3)，且在2#风机的壳内已经发现了螺纹深陷的痕迹(见图4)。

图2 开裂的叶片照片

图3 轴套与叶轮固定螺丝丢失的照片

图4 螺丝撞击壳体痕迹的照片

措施如下：①为了防止密封处的螺丝丢失，营创三征重新制作了几个止推环，并用高温胶将其固定，避免再次出现此情况。②叶轮损坏原因正在调查。③国外制作叶轮不仅价格昂贵，而且供货周期长。营创三征与国内两家风机厂家进行交流，都可以按要求制作叶轮。最终选择了陕西鼓风机械成套有限公司制造的叶轮。改造后风机于2016年4月21日开始运行，至目前，该风机完全满足生产需要(风机运行数据见表1)。

表1 风机运行数据

5 结语

MVR蒸发装置每蒸发1 t水总耗电36 kW·h，如果电价按0.55元/(kW·h)计，采用MVR蒸发工艺，蒸发1 t水成本19.8元；而传统三效蒸发工艺，蒸发1 t水耗蒸汽0.4 t，耗电18 kW·h，如果蒸汽价格按180元/t计，采用传统蒸发工艺，蒸发1 t水成本为81.9元，由此可见，传统蒸发工艺运行成本是MVR蒸发工艺的4倍多，这样的节能效果，令当今很多节能技术无法超越。MVR技术比较成熟，运行成本低。但主要设备蒸汽压缩机的质量和性能还不能完全保证，即使进口压缩机也存在问题。实际运行证明，国内风机厂家制作的叶轮也基本可以满足生产需要。另外，现在国内风机厂家正尝试用1台风机替代2台风机运转的设计，随着中国科技力量的不断发展和中国风机厂家的不懈努力，相信今后我国完全可以生产出成套的风机设备。

[1] 闫成林，胡洪铭.机械蒸汽再压缩(MVR)技术在全卤制碱工艺中的应用[J].中国氯碱，2011(10):9-11.

[2] 庞卫科，林文野，戴群特，等.机械蒸汽再压缩热泵技术研究进展[J].节能技术.2012,30(4):312-315.

[编辑：董红果]

Application of MVR evaporation system in concentration of depleted brine

DONGWenhu,SUNYutang,CHENGuangqiang,ZHANGJiaxing

(Ynnovate Sanzheng (Yingkou) Fine Chemical Co., Ltd., Yingkou 115003, China)

depleted brine; concentration; mechanical vapor recompression

The mechanical vapor recompression (MVR) technology and the process of depleted brine concentration by MVR were introduced. Problems existing in operation were analyzed and solutions were proposed.

董文虎(1974—)，男，工程师，毕业于沈阳化工学院化学工程专业，现任营创三征(营口)精细化工有限公司氯碱车间副主任，从事生产、设备管理工作。

2016-09-29

TQ114.15

B

1008-133X(2017)01-0037-04