废水蒸发技术

多效蒸发技术讲座

环境分厂多效蒸发技术讲座

废水蒸发技术讲义环境工程分厂

汤清军二O一一年十二月

内容简介及要求☆主要内容：简要介绍环境工程分厂主要工艺流程情况。①蒸发、结晶概要。②多效蒸发工艺。③蒸发设备介绍。④相关设计情况及使用厂家废水蒸发工艺设备情况简介。⑤废水蒸发生产中面临的主要问题。

☆本讲目的是要了解：①环境工程分厂主要工艺流程是什么？②蒸发操作的目的是什么？③多效蒸发工艺有哪几种？④常用高效废水蒸发器有哪几类？⑤废水蒸发操作面临哪些问题？☆思考问题：我厂废水蒸发工艺和设备如何选择？

前言

水是人类生活和生产活动中不可缺少的物质资源。水资源的循环利用始终是我们国家长期发展的重要战略决策。实现废水零排放是公司煤制天然气项目在环保和节能方面的既定目标之一。采用多效蒸发—结晶法，使废水中的水分子汽化，其蒸汽冷凝得到纯水后再使用，可实现废水零排放，又可节约大量的一次水，达到了既环保又节能的目的。同时，废水蒸发浓缩、结晶得到固废物，处置较容易。故采用此法处理废水是必要的，也是可行的。

环境工程分厂全厂工艺方框图

环境工程分厂主要由四个工艺完全不同的系统组成，它们又有机的联系在一起。它们是循环水、凝结水处理、有机污水处理、浓盐水处理四个系统。

污水及产水工艺方框简图

A.循环水系统工艺方框图

B.凝结水处理系统工艺方框图

C.有机污水处理系统工艺方框图间断地坪冲洗水格栅渠道事故池生活及化验污水煤气化废水甲醇废水初期雨水泵隔油沉淀池综合调节池污泥回流隔油沉淀池综合调节池厌氧水解酸化池A/O池二沉池泵污水站站内污水深度处理段图例:污水管道和流向：污泥管道和流向：药剂管道和流向：空气管道和流向：事故废水管道和流向：污泥处理系统鼓风机泵泵

煤气化废水有机污水深度处理系统工艺方框图

生化出水缓冲水池吸附池沉淀池中间水池生物滤池变孔隙滤池反洗排水池污泥至主生化系统真空皮带脱水处理加焦系统排焦回用水处理段混凝池外运燃料

除硬降浊沉降过滤膜处理蒸发塘浓盐水产水回用外运加药

D.浓盐水膜处理系统工艺方框图（自然蒸发）高浓盐水塘蒸发器压滤机蒸发器结晶器脱水机蒸发塘高浓盐水泥饼外运蒸馏水回用蒸汽蒸汽事故液事故液或废水废水多效蒸发—结晶系统工艺方框图水汽排空（自然蒸发）浓液㈠、蒸发的定义蒸发是指用加热的方法使溶液中一部分溶剂汽化，从而提高溶液的浓度，或使溶液浓缩到饱和而析出溶质的单元操作。㈡、蒸发的目的和应用

1.蒸发是化工领域的重要操作单元之一，广泛应用于浓缩各种不挥发性溶质的水溶液，来获得浓缩溶液或溶质的结晶物，如电解法制碱、蒸发制食用糖、真空制盐、制药和海水淡化工程等。

2.蒸发用于废水处理的目的就是加热废水，使水分大量汽化，将废水浓缩减量或使其溶质结晶析出，减少或避免环境污染；并回用蒸发后纯净的冷凝水。一.蒸发、结晶概要结晶基础知识㈢.结晶概述

1.结晶：通过蒸发浓缩或降温冷却，使溶液达到饱和，让多余的溶质形成晶体而析出的方法。结晶和溶解是两个相反过程。要使溶液中固体溶质结晶析出，必须设法使溶液呈过饱和状态。2.过饱和度：同一温度下过饱和溶液与饱和溶液间的浓度差。其作用：它是产生晶核，并使晶核成长的推动力。3.溶质结晶分两步：首先要产生称为晶核的微观晶粒，作为结晶的核心；再是晶核长大成为宏观的晶粒。剧烈搅拌有利于晶核的形成，而较缓慢的搅拌则有利于晶体的均匀成长。4.溶质结晶方法有两大类：移除一部分溶剂的结晶和不移除溶剂的结晶。蒸发结晶属于前一类。

5.在结晶过程中，为了较容易控制晶体的数目和大小，往往在结晶将要开始之前，于溶液中加入溶质的微细晶粒，作为晶种。这样，晶核可以在较低的过饱和程度下形成。作为晶种，并不限于溶质本身，其它物质，倘其晶格与溶质相似，都可作为晶种。

㈣.多效蒸发基本概念1.效：对蒸汽（不是二次蒸汽）的利用次数。2.单效蒸发：将蒸发时产生的二次蒸汽直接冷凝而不再利用的蒸发过程。（从废水中蒸发出来的蒸汽叫二次蒸汽。）3.多效蒸发：多个蒸发器串联，将前一效产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽的蒸发过程。4.真空蒸发：蒸发过程在低于大气压的条件下进行，即是使蒸发器内形成一定的真空度，降低溶液沸点的蒸发。5.蒸发比：又叫蒸发经济。是指加入蒸发系统生蒸汽量（一效或用生蒸汽预热废水）与蒸发系统从废水中蒸发出来的二次蒸汽总量之比。6.浓缩倍数：在蒸发废水过程中，原废水量与浓缩液量之比。浓缩倍数愈大，浓缩液的浓度愈高。

蒸发浓缩概要㈤.蒸发的基本要求1.充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量；2.保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除；3.一定的热交换面积，以保证传热量。

㈥.蒸发的分类

1.蒸发按蒸发状态可分为自然蒸发和沸腾蒸发，自然蒸发是指溶剂在低于沸点的情况下汽化，沸腾蒸发是指溶剂在沸腾的条件下汽化。沸腾汽化的速率远远超过自然蒸发的速率，因此工业上大多采用沸腾蒸发。2.蒸发按操作压力的不同可分为常压蒸发、加压蒸发和真空（减压）蒸发。

㈦.真空蒸发的优缺点1.优点：⑴.溶液沸点降低，使传热推动力增大；⑵.蒸发操作的热源可采用低压蒸汽，有利于能源利用；⑶.蒸发器的热损失可减少；⑷.适用于处理热敏性溶液。2.缺点：⑴.一是因溶液的沸点降低，使粘度增大，导致沸腾对流传热系数减少，总传热系数减少；⑵.二是需配有减压设备，并消耗一定的能量。

（八）.传热概述当相邻两物体间有温度差存在时，就会有热量的传递发生。热量只能从高温物体传至低温物体。热量传递方式有三种：传导、辐射与对流传导：物体靠分子碰撞将热能由高温一端传至低温一端，叫热传导。它有两个条件：一是有温度差，二是有传热介质。辐射：热能可以不借任何传递介质，而以电磁波形式发射并在空间传播，当遇到物体时，则部分或全部被吸收而转变为热能。对流：物体借分子相互变动位置的方法，把热能从一处带至另一处的传热方式，叫对流传热。在列管式换热器中，蒸汽在壳程中把热量传递给管程内的液体是采取：对流——传导——对流的方式。传热基础知识

1.以物态变化分类：无相变传热（不发生物态相变）和有相变传热（发生物态相变）。2.按传热面温度变化：恒温传热（物体在任一时间、任一壁面处的温度均不变，保持恒定。如蒸汽加热废水，蒸汽冷凝废水沸腾）和变温传热。3.按换热方式：直接换热（冷热流体直接接触传热）和间接换热。在热传递过程中，两个基本关系式：热量衡算式：Q热=Q冷或Q进=Q出传热速率式：Q=KF△t

或传热强度Q/F=K△t

K与蒸汽冷凝给热系数、对流给热系数、垢层热阻、管壁热阻有关。Q/F主要影响因素是K和△t，△t又与总温差、各项温度损失有关。传热基础知识

（九）传热系数1.传热速率方程：Q=KF△t则K=Q/（F△t）2.蒸汽传热至管内流体（对流—传导—对流的方式）有五项热阻：⑴蒸汽冷凝给热阻力；⑵管外垢层的传热阻力；⑶管壁的传导热阻力；⑷管内垢层传导热阻；⑸由管内垢层至废水的对流给热阻力。3.由傅利叶定律、牛顿冷却定律、传热速率方程式推出：

K=1/（1/α外+δ外/λ外+δs/λs+δ内/λ内+1/α内）从上式可知：增大蒸汽冷凝给热系数、液体对流给热系数、管壁导热系数，K值将提高；垢层和管壁厚度增加，K值将降低。在提高K值时，首先要避免石膏等垢层，因为它们的导热系数均较低，其次要努力提高对流给热系数，特别是提高给热系数较小的一侧，它是提高K值的重要措施。（在各热阻中，垢层热阻最大，占总热阻一半以上，其次是对流给热热阻）

传热基础知识

（十）蒸汽冷凝（滴状冷凝和膜状冷凝）

影响冷凝给热系数的主要因素：1.液膜厚度：减薄液膜厚度，增大冷凝给热系数；2.改变冷凝状态：将膜状改为滴状：3.改变冷凝水流动状态：在流速高时，液体由滞流变为湍流，改变了传热方式。4.蒸汽质量：据实验，蒸汽中如果含有空气等不凝结气体（不凝气），给热系数将大大降低。当蒸汽中不凝气含量为1%时，给热系数降低60%，故各效应减少空气漏入并及时排放不凝气；5.过热蒸汽：过热蒸汽给热时，必然有一段蒸汽降温放热过程，到降为饱和蒸汽温度时，才冷凝放热。

过热蒸汽降温传热属于气体给热，其给热系数只有冷凝给热的1/50—1/80，故蒸汽如果过热，就应在管上加装喷水装置，使它变为饱和蒸汽。过热度很小时，影响不是很大。传热基础知识

多效蒸发中，第一效的加热蒸汽称生蒸汽，蒸发后产生的蒸汽称二次蒸汽，二次蒸汽进入下一效作为下一效的加热蒸汽。后一效蒸发室的压强和溶液沸点都要较前一效低，这样前一效的二次蒸汽才可以起到加热的作用，即后一效的加热室作为前一效二次蒸汽的冷凝器。将这样多个蒸发器串联起来，只用一次生蒸汽就可以进行多次蒸发，提高了蒸汽的利用率。末效产生的二次蒸汽被冷凝器冷凝成水。

二.多效蒸发工艺㈠.多效蒸发蒸汽流程

如果忽略热损失，理论上，每一效1吨生蒸汽可蒸发1吨水，实际上每一效1吨蒸汽大概能蒸发0.91吨水。反过来说，每蒸发1吨水，一效蒸发器需生蒸汽1.1吨，二效只需0.57吨，三效只需0.4吨，四效只需0.3吨。故多效蒸发提高了生蒸汽的利用率，大大降低了蒸汽消耗。多效蒸发工艺节能㈡.多效蒸发器蒸汽耗量评估多效蒸发料液流程分为顺流转料、逆流转料、平流转料、错流转料四种方式。1.顺流的主要特点是溶液流向与蒸汽流向相同。㈢.多效蒸发工艺料液流程简介2.逆流工艺流程：主要特点是溶液流向与蒸汽流向相反。3.平流工艺流程：主要特点是溶液分别送入各效，浓缩液也分别由各效排出，蒸汽依次顺流转入下一效。3.平流工艺流程：主要特点是溶液分别送入各效，浓缩液也分别由各效排出，蒸汽依次顺流转入下一效。3.平流工艺流程：主要特点是溶液分别送入各效，浓缩液也分别由各效排出，蒸汽依次顺流转入下一效。4.错流工艺流程：主要特点是对前述三种流程采用了其中任意两种或三种组合流程。（四）Ⅳ效蒸发制盐工艺

流程及工艺指标蒸发结晶系统组成蒸发结晶系统一般由蒸发器(加热室和分离室组成)、结晶器、冷凝器和抽气泵等组成。蒸发结晶设备的种类繁多，可以根据物料特性和工艺要求，选择合适的蒸发结晶设备。三.蒸发结晶设备㈠.废水蒸发常用的设备1.列管式蒸发器：分自然循环式和强制循环式两种。最常用的蒸发器为外加热式强制循环蒸发器，它在加热管内的循环速度一般为1.5-2.0m/s，传热系数高，对水垢有一定的冲刷作用，适于蒸发结晶和结垢性废水，但能耗高。★外加热式强制循环蒸发器由加热室、蒸发室（分离室）、循环泵、上下循环管组成。⑴加热室：蒸汽与溶液进行热交换的设备，它由壳程、上下管板、加热管等组成，上下部位设有不凝气排放装置，下部有冷凝水排放口。⑵蒸发室：钢板焊制的空壳体。上面有加料、洗罐装置，有视镜、人孔，有排料、二次蒸汽出口、有循环料液进出口等。它的作用有：①供被加热溶液沸腾蒸发；②将蒸发产生的二次蒸汽与其中夹带的雾沫分离，以获得较纯的二次蒸汽，减少冷凝水污染和加热室腐蚀；③贮存部分溶液蒸发结晶设备简介

保证溶液循环和蒸发；④将析出晶体沉积于蒸发室下部，并从下部排出，它既是蒸发器，又是结晶器；⑤收集二次蒸汽并从顶部排出。它的顶部安装了捕沫器，以便汽、液分离。⑶循环泵：具有大流量、低扬程的轴流泵。它提供流体强制循环、克服阻力的推动力。★外加热强制循环蒸发器的主要优点：料液循环速度较大，传热速率较高；加热室在蒸发室外，易于加热管清洗和拆换修理；加热室直径较小，易于制作；适用于结晶、结垢的溶液蒸发。缺点：循环管长，阻力大，动力消耗多；对加热管机械磨损较严重。蒸发结晶设备简介

保证溶液循环和蒸发；④将析出晶体沉积于蒸发室下部，并从下部排出，它既是蒸发器，又是结晶器；⑤收集二次蒸汽并从顶部排出。它的顶部安装了捕沫器，以便汽、液分离。⑶循环泵：具有大流量、低扬程的轴流泵。它提供流体强制循环、克服阻力的推动力。★外加热强制循环蒸发器的主要优点：料液循环速度较大，传热速率较高；加热室在蒸发室外，易于加热管清洗和拆换修理；加热室直径较小，易于制作；适用于结晶、结垢的溶液蒸发。缺点：循环管长，阻力大，动力消耗多；对加热管机械磨损较严重。蒸发结晶设备简介外加热式强制循环蒸发器

（内、外夹套式蒸发罐）溶液由轴流泵自下而上地打到加热室流过,从加热室加热管获得热能后,进人蒸发室进行沸腾蒸发,二次蒸汽自上部的二次蒸汽管排出,液体沿下循环管继续进行循环。完成液由排出管排出。加热蒸汽由加热室壳体接管进入,在壳体与管束间的空隙处自上而下流过,经过换热后的冷凝液由加热室下部的排出口排出。强制循环蒸发器.swf闪发区澄清区结晶区闪发罐闪发罐由：蒸发室、轴流泵、上下循环管等组成

2.薄膜式蒸发器它有长管式、旋流式和旋片式三种类型。其特点是废水仅通过加热室一次，不作循环，废水在加热管壁上形成一层很薄的水膜。蒸发速度快，传热效率较高。它适用于热敏性物料蒸发，处理粘度较大，容易产生泡沫废水的效果也较好。

★常用的是长管式薄膜蒸发器，它按水流方向分为升膜、降膜、升—降膜式三种。加热室内有一组5—8m长的加热管，废水从管端进入，沿管程汽化，然后进入分离室，分离二次蒸汽和浓缩液。

★目前国内引进了一种先进的薄膜式蒸发器，它的废水在加热室内成薄膜状多次循环蒸发，称为降膜式循环蒸发器。它又分为生蒸汽加热的多效降膜式循环蒸发器和机械蒸汽再压缩（电驱动压缩蒸汽）降膜式循环蒸发器。3.浸没燃烧蒸发器热气与废水直接接触式蒸发器，热源为高温烟气。它具有传热效率高，废水沸点较低，构造简单等优点，适用于蒸发强腐蚀性和易结垢的废液，但不适于热敏性物料和不能被烟气污染的物料蒸发。