内置蒸发器MVR系统处理高盐废水的应用

王 建， 徐 翔

(江苏和诚制药设备制造有限公司，江苏 靖江 214500)

引 言

1 高盐废水处理现状

1.1 处理工艺方法

目前，高盐废水主要采用生物法和非生物法两种处理方式[2]。生物法主要包括普通活性污泥和生物膜等传统方法，可去除废水中有机物；但由于生物法处理系统与选用工况条件及含盐水质特点有关。高盐废水环境下的微生物生物代谢处理功能丧失而易失效。非生物法包括蒸发、焚烧、膜分离、离子交换、电解法等方法。这些处理方法的缺点是运行费用高、易腐蚀、易堵塞、处理周期长及相关尾气的处理，使得处理工艺在高盐废水中的运用存在局限性。

1.2 蒸发结晶技术

采用蒸发结晶技术是现在高盐废水的处理技术趋势。蒸发是利用加热方法使溶液中的部分溶剂汽化，从而增加溶液的盐浓度，为溶质的析出创造条件[3]。对预处理废水过程产生的高含盐污水，可通过蒸发结晶技术最终实现液体零排放[4]。而蒸发机组由蒸发器、分离器、机泵、阀门仪表及控制系统组成。

2 内置蒸发器

2.1 内置蒸发器的构成及作用

内置蒸发器是一种新型节能蒸发器，整体为卧式结构[5]。内置蒸发器的换热器由减速机传动，并在蒸发室内部进行旋转；蒸发器的上部分设置有汽液分离器。旋转部件周向外侧上装有螺旋推料带，可以进行物料的搅动，从而增加物料溶液对流传热。两端用机械密封进行密封已保证操作工况下的独立性。蒸发室筒体设置有循环喷淋蒸发嘴，可以利用循环物料对加热管进行在线清洗，而且可以增加蒸发强度。换热管束整体设计为多流程结构，加热蒸汽换热利用，凝水在线无滞留外排，提高热效率，节能降耗，且该蒸发器处理含盐废水的系统可根据含盐废水物料参数进行组合，选用机械压缩蒸发、单效及多效蒸发的工艺使系统本身能基本达到热平衡，从而大幅度减少外来新鲜蒸汽的消耗。

2.2 内置蒸发器技术优势

2.2.1 有效防止堵管

内置旋转蒸发器是由一个加热管束内置于密闭的蒸发腔内，并在外来机械力驱动下旋转，加热蒸汽由外在进口经由内部蒸汽分配仓再引入加热管内，物料由外管引入蒸发腔内，管内蒸汽被管外物料冷凝放出热量，对物料进行加热并冷凝，物料浓缩结晶在管外进行，不会因结晶而堵管。

2.2.2 增加相对速度

由于物料有结晶倾向的特性，目前强制循环蒸发器依靠外加动力(例如泵)迫使流体沿一定方向循环。强制循环蒸发器的循环速度可高达2 m/s,避免了溶液因生垢层和析出晶体二堵管的情况[6]。内置旋转蒸发器的加热管束在腔内转动，在刮板及列管束作用下，加热界面与物料之间相对最大剪切速度达到12 m/s，这个速度是任何其他形式的蒸发设备都不可能达到的，所以内置旋转蒸发有着独特不可比拟的冲刷速度。而对结晶物料粘壁最有效的方法就是增大物料与加热界面之间的相对速度，从这个角度看，内置旋转蒸发器是强制循环蒸发器抗结垢物结壁能力的6倍，是降膜蒸发器的30倍。所以内置旋转蒸发器是结晶结垢物料最合适的蒸发形式。

2.2.3 气液分离器的突出作用

在蒸发过程中，由于溶液容易气液夹带从而影响蒸汽压缩机的平稳运行，设计气液分离器需对二次蒸汽进行彻底的分离，保证进入压缩机的而其蒸气的纯净，从而有效地保护了蒸汽压缩机高速运行的平稳和二次蒸汽凝水清洁，可以做到二次蒸汽凝水的充分回用。

2.2.4 降低了投资成本

内置旋转蒸发器是多个蒸发单元集合一体的设备，整个机组组合在一个钢架底盘上，设备总高4 m左右，便于实现壳装化，用户方无需搭建钢架，土建只需合适的承重地面就可以，到货时吊车一次吊装到位，连接外管及电源即可开机生产，极为方便快捷。

2.3 MVR系统

MVR为机械蒸汽再压缩，是借助蒸发过程环节中形成的二次蒸汽的潜热，进一步缩减蒸发浓缩环节能源损耗的一种先进节能技术[7]。MVR蒸发器理论上消耗电能，不需要消耗生蒸汽。电能耗量主要取决于二次蒸汽所需温升和压缩机的效率。其优势是罗列如下，运行费用低;公用工程配套少；占地空间小；运行稳定；操作成本低；蒸发温和。

3 内置蒸发器MVR的应用

MVR技术是于微真空状态进行的低温蒸发处理，其核心技术是借助系统形成二次蒸汽的潜热来对待蒸发料液的循环加热，促进热量综合利用，达到水资源可回用利用的目的。将其优势与内置蒸发器相结合处理高盐废水，可以最大化实现两种技术的优势，提高装置的经济性和实用性，实现产品的优势互补。

3.1 内置蒸发器MVR系统

高盐废水溶液逐步经由凝水预热器和蒸汽预热器进行二步预热之后进入内置蒸发器中，加热器在蒸发器壳体内进行旋转，通过蒸汽预热热器产生的余热使高盐废水溶液升温蒸发，形成的二次蒸汽经蒸汽压缩机增压升温后，转至换热器的管内与蒸发器内废水溶液进行热量交换，放热以后形成的凝水通过管道进入凝水箱，经由凝水泵强化使用。浓缩结晶物料由出料泵将浓缩液排至浓液罐开展深入结晶处理。与外置型蒸发装置比较，内置型蒸发装置有着操作方便、结构紧凑、安装方便、成本低等优势。内置型蒸发MVR系统装置主体设备主要包括预热器、蒸汽压缩机、内置蒸发器等。内置蒸发器MVR系统流程如图1所示。

图1 内置蒸发器MVR系统流程示意图

3.2 与其他蒸发技术对比

系统采用全自动操作控制，通过对流量、温度、压力以及液位的控制，以达到自动蒸发、清洗、停机等操作。自动报警、自动保护系统不受损坏，保持系统动态平衡，若某处故障，系统会自动报警，并显示报警位置，方便检测维护。相较于多效蒸发技术，MVR系统有效弥补了其无法对蒸发器中全部二次蒸汽予以回收利用的不足，同时消除了诸多热能损耗、诸多冷却水耗费这两方面问题，最终实现节能环保的目的[8]。

3.3 MVR系统优势

蒸发器材质能够适用于处理不同的水质要求，应当结合设备的操作温度、压力以及处理物料腐蚀性等指标进行综合考虑和开展，工程运用时做到有的放矢，提高效率。

4 应用案例

以某化工厂废水处理工程为例，该工程采用盐度8%，温度20 ℃，每小时处理量5 t的内置蒸发器MVR系统。相对于传统三效蒸发器的蒸汽消耗、电能消耗及循环水的能耗的综合能耗分析结果同比约节省运行费用60%，土建投资减少50万，其增加的设备投资只需要十个月可收回成本，因此该高盐废水处理系统的节能效果相当明显。机组使用三年来，运行状态良好。

5 结语

高盐废水处理一直是污水处理领域一项技术难题，其处理的技术不断更新发展。通过对内置蒸发器MVR系统的分析和工程实践证明，将其应用于高盐废水处理，其显著特征优于传统的蒸发技术，可实现废水的资源化利用，是具有发展前景的节能技术，将逐步得到推广应用。