高盐废水零排放工艺的应用与技改提升.pdf

高盐废水零排放工艺的应用与技改提升吴维泰1，廖祥翔2，韩钱维1，张书培1（1.新疆宜化化工有限公司，新疆昌吉 831799；2.湖北宜化集团有限责任公司，湖北宜昌 443000）收稿日期：2023-02-07第一作者：吴维泰（1982），男，汉族，江西赣州人，工程师，学士，2005 年本科毕业于武汉大学应用化学专业，现从事工艺管理和技术研发工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.03.017引言新疆宜化化工有限公司（简称新疆宜化）现有年产 25 万 t 烧碱、30 万 t PVC、100 万 t 电石渣制水泥、40 万 t 合成氨、60 万 t 尿素、8 万 t 三聚氰胺生产能力和 2330 MW 发电能力，在生产过程中，厂区内的反渗透装置会产生大量高盐废水、脱硫废水等混合废水。为此，新疆宜化建设了一座规模为 235 t/h 的高盐废水零排放处理装置，该项目于 2017 年开工建设，2018 年底建成，2019 年投入运行，共投资 5 800 万元。该项目投入运行后，发现加热器与冷凝器的换热面积不足、循环水量不足，导致水处理能力（215 t/h）达不到设计值。且在运行过程中，还出现了加热器结垢、系统真空度不足、结晶盐水分高、化学清洗导致管路腐蚀、分离器除雾丝网除雾效果差等问题。为此，新疆宜化进行了相应的技术改造和操作优化，现介绍如下。1高盐废水处理工艺及流程该高盐废水零排放处理装置进水为厂区内反渗透浓水、脱硫废水、废次钠水等的混合废水，其原水进水水质指标见表 1，出水水质要求见表 2。结合表 1、表 2 可知：原水水质较差，Ca2+、Mg2+和SO42-含量较高，极易积垢，故该废水处理装置采用两套添加晶种的三效强制循环蒸发浓缩结晶工艺，工艺流程示意图见图 1。该废水处理装置主要包含 3 个系统：预热系统、强制循环蒸发系统和后处理系统。（1）预热系统原水首先经过 3 个预热器，利用每效的二次蒸汽对原水进行预热，提高原水温度，减少原水温度过低对第一效蒸发的影响，同时减少末效蒸汽冷凝对循环水的需求。提温后的原水首先进入一效分离器。（2）强制循环蒸发系统三效强制循环蒸发系统分为加热器和分离器两摘要介绍了新疆宜化高盐废水零排放处理工艺及流程，针对该项目投运后存在的加热器结垢、系统真空度不足、离心机分盐后结晶盐水分高、化学清洗时管路腐蚀、分离器除雾丝网除雾效果差、水处理能力达不到设计值等问题，进行了相应的技术改造和操作优化。改造后，单套装置水处理量由 15 t/h 提高至 35 t/h，两套装置每年可减排废水、节约一次水 32 万 t。关键词高盐废水；零排放；水处理能力；三效强制循环蒸发浓缩结晶工艺；技术改造文章编号：1005-9598(2023)-03-0067-03中图分类号：X703文献标识码：B引用格式：吴维泰，廖祥翔，韩钱维，等.高盐废水零排放工艺的应用与技改提升J.煤化工，2023，51（3）：67-69，95.第 51 卷第 3 期2023 年 6 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.3Jun.2023表 1原水进水水质指标pH9籽（Cl-）/(mg L-1)27769COD/(mg L-1)1100籽（氨氮）/(mg L-1)250籽（Ca2+）/(mg L-1)600籽（Mg2+）/(mg L-1)241籽（SO42-）/(mg L-1)4460表 2系统出水水质要求pH69籽（Cl-）/(mg L-1)100COD/(mg L-1)60籽（氨氮）/(mg L-1)10总硬度/(mg L-1)450电导率/(滋S cm-1)200浊度/NTU72023 年煤 化 工大部分，进料方式为顺流。加热器为管壳式结构，废水经循环泵加压后进入加热器换热管内，经管外蒸汽加热到一定温度后进入分离器（分离器保持一定的压力），过热废水在分离器内闪蒸出蒸汽，浓缩液经浓缩液泵进入下一效继续蒸发。废水依次在一效、二效进行蒸发浓缩，在三效进行蒸发结晶。三效分离器设计有 OSLO 结晶器，晶体在三效分离器形成后可在 OSLO 结晶器中停留足够长的时间，富集生长，形成“盐床”，在循环液的水力作用下，盐床中的晶体可实现自动分级：一方面循环液在经过“盐床”时，循环液中的细小晶体会附着在盐床晶体上，使循环液含晶量减少，降低对换热管的磨损，另一方面，经过分级筛选，可确保输送至后续离心分离系统的晶体粒径在一定范围，提高晶体品质和离心效果1。为控制结垢，在系统启动时需要投加硫酸钙晶种。浓缩过程中新结晶的硫酸钙会优先在晶种表面生长，避免在换热管表面沉积。同时设置了晶种回来系统，因此系统在正常运行过程中不需要再投加晶种。强制循环蒸发的优点是加热器传热系数大，对于黏度大、易结晶与结垢的溶液适应性好。在加热器中，盐水被循环泵以高流速强制输送通过加热管，对加热管有高速冲刷作用，在管内加热过程中废水不发生相变沸腾，无浓缩作用，可防止换热器管表面结垢2。（3）后处理系统采用蒸汽汽提塔作为后处理工艺。蒸馏水罐的蒸馏水与汽提塔蒸馏水出水进行换热，回收热量，提高进汽提塔蒸馏水的温度。蒸汽从汽提塔底部自下而上通过，与顶部喷淋的蒸馏水逆流接触，将蒸馏水中的VOC 和氨带出，并在冷凝器中冷凝后进行氨水浓缩，产生的氨水质量分数可达到 10%以上，可作为脱硝还原剂，实现资源回收利用。单套 35 t/h 高盐废水零排放处理装置主要设备参数见表 3。一效分离器一效加热器循环泵二效分离器循环泵二效加热器管网来中压蒸汽浓缩液泵预热器原液三效分离器循环泵三效加热器浓缩液泵晶浆泵循环水主冷凝器母液泵循环水真空泵分离器不凝气蒸馏水罐汽提塔母液罐最终冷凝器离心机氨水回收泵蒸馏水泵蒸馏水泵氨水回收罐氨水回用蒸馏水回用板式热交换器最终冷凝器图 1高盐废水零排放工艺流程示意图表 3高盐废水零排放处理装置主要设备参数设备名称预热器一效加热器二效加热器三效加热器主冷凝器最终冷凝器一效循环泵二效循环泵三效循环泵真空泵离心机蒸发式冷却器数量/台344311443213设备参数列管式，F=100 m2（卧式）列管式，F=160 m2(卧式)列管式，F=160 m2(卧式)列管式，F=140 m2(卧式)列管式，F=2500 m2(卧式)列管式，F=50 m2(卧式)卧式离心泵，QV=450 m3/h，H=10 m卧式离心泵，QV=450 m3/h，H=10 m卧式离心泵，QV=400 m3/h，H=15 m水环真空泵，抽气量 280 m3/h平板式全自动刮刀离心机，处理量2.5 t/h循环冷却水量 400 m3/h注：F 为换热面积，QV为体积流量，H 为扬程。预热器冷凝水部分冷凝器预热器68-第 51 卷第 3 期2运行问题及技术改造情况2.1加热器结垢原水钙、镁含量高，进入加热器后温度升高，容易结垢，系统运行不到 3 个月就出现了负荷下降、循环泵出口压力升高等问题，不得不停车清洗加热器。通过增加原水预处理系统，将钙、镁质量浓度严格控制在2 mg/L。当出现蒸发量明显下降、循环泵出口压力由 0.15 MPa 升至 0.20 MPa、蒸汽消耗量增加、传热效果差时，对加热器进行清洗。2.2系统真空度不足当负荷开至 60%时，出现系统真空度不足、蒸发温度高等问题，主要原因是真空泵吸气量不足、系统出现漏点及循环水温度高3，需要更换或增加真空泵。为此，对系统进行了正压查漏和处理漏点，增加了1台 750 m3/h 蒸发冷却器，并对循环水泵和循环水总管进行了改造。2.3离心机分盐后结晶盐水分高来自离心机的结晶盐水分高（15%20%）、黏度大，容易在料仓结块，难以卸料，需要在下料口提前准备好自卸车，下料后立即转运，分析原因主要是离心机筛网过大。为此，在离心机后增设流化床对结晶盐进行干燥，使其水分降至 2%以下，解决了结晶盐水分高的问题。2.4化学清洗时管路腐蚀原管路为 304 材质，在加热器清洗过程中，管路出现了腐蚀穿孔现象，主要是因为清洗液为酸水（pH=23)和碱水（pH=1011），酸水对 304 管路腐蚀严重。因此将 304 管路全部更换为 PVC 管道，再未出现化学清洗时管路泄漏问题。2.5分离器除雾丝网除雾效果差原分离器除雾丝网采用 PP 材质，因分离器温度高，除雾丝网缩水变形，导致除雾效果差，冷凝液电导超标。将除雾丝网更换为 304 材质后，遮挡效果好，对3 滋m 以上雾滴的除雾效率达到 98%以上。2.6离心机母液泵打液效果差原离心机母液泵为磁力泵，母液温度高，使得磁力泵消磁，导致打液效果差，使用寿命仅 3 个月左右。为此，将磁力泵更换成离心泵，打液效果好，使用寿命长，运行两年未出现异常。2.7三效分离器中不溶物较多原设计中，经离心机分盐后的母液送至三效分离器，导致三效分离器内不溶物较多，影响三效蒸发负荷。经研究，决定将母液送至硫酸钠蒸发装置进行蒸发浓缩，得到的不溶物通过干燥机干燥后回收，避免了母液对三效蒸发的影响。2.8三效晶浆需要频繁分盐由于三效蒸发结晶器盐腿容积较小，无法储存大量积盐，导致三效蒸发结晶器晶浆浓度升高后需频繁分盐，增加了操作人员的工作量，且晶浆管道易堵。经研究，在三效分离器后增加 1 台 30 m3增稠储存器，定期将晶浆存入其中，待存满后利用离心机分盐，既能减少操作人员的工作量，又能节约离心机的电耗。2.9循环水量不足在运行过程中，发现主冷凝器和最终冷凝器冷凝效果较差，主要原因是循环水量不足。为此，对循环水系统进行了改造：增加 1 台 750 m3/h 蒸发式冷凝器和1 台 400 m3/h 循环水泵。改造后，冷凝效果满足了运行要求。3改造效果新疆宜化高盐废水零排放处理装置经过一系列操作优化和技术改造后，水处理量得到较大提高，单套装置水处理量由 15 t/h 提高到 35 t/h，两套装置每年可减排废水、节约一次水 32 万 t，实现了高盐废水零排放，运行效果明显改善。参考文献：1 张建伟.氯化钠晶体在奥斯陆结晶器中的生长机理J.中国井矿盐，2000（1）：14-18.2 郭杰，周玉香，田立辉，等.强制外循环三效蒸发反渗透浓水的中试研究J.工业水处理，2013，33（7）：39-42.3 刘殿宇，陈丽.多效降膜式蒸发器蒸发温度高的原因J.化工设备与管道，2010，47（6）：39-40.（下转第 95 页）吴维泰等：高盐废水零排放工艺的应用与技改提升69-第 51 卷第 3 期Application and transformation of zero discharge process for hypersaline wastewaterWu Weitai1,Liao Xiangxiang2,Han Qianwei1,Zhang Shupei1(1.Xinjiang Yihua Chemical Industry Co.,Ltd.,Changji Xinjiang 831799,China;2.Hubei Yihua Group Co.,Ltd.,Yichang Hubei 443000,China)AbstractThe zero discharge treatment technology and process flow for hypersaline wastewater in Xinjiang YihuaChemical Industry Co.,Ltd.were introduced.After the project was put into operation,corresponding technical renovations andoperational optimizations were carried out to address issues such as heater scaling,insufficient system vacuum,highconcentration of crystallized salt water after the centrifugation,pipeline corrosion during the chemical cleaning,poor demistingeffect of separator demisting wire mesh,and water treatment capacity not meeting the design value.After the renovation,thewater treatment capacity of a single set had been increased from 15 t/h to 35 t/h.The two sets could reduce wastewaterdischarge and save 320 000 tons of water annually.Key wordshypersaline wastewater;zero discharge;water treatment capacity;triple-effect forced circulationevaporation concentration crystallization process;technical transformation(上接第 69 页)油器的安全稳定运行。集气管压力直接关乎炭化室底部压力，理论上要通过合理控制集气管压力，来保证所有炭化室在整个结焦过程（包括结焦末期）中为正压，一般参考 仔 型管正下方炭化室底部压力（全炉最低点）。根据行业传统经验，通常将集气管压力控制在 80 Pa 以上，其实是偏低的，为更好地探究集气管压力的控制范围，进行了炭化室底部压力标定实验，具体如下：采用专业压力变送器对炭化室底部压力进行连续测量，测量从装煤结束后半小时开始，直到推焦前结束。为保证仪器安全和正常生产，选取 2#炉 83#炭化室进行测量，结焦时间为 27 h左右，集气管压力控制在设定值 120 Pa，结果见表 1。从表 1 可以看出：在结焦过程中，炭化室底部压力小于 0 的比例达 35.39%，结焦末期（6 h）整体压力平均值在 0 以下，存在长时间微负压现象。可以推断，仔 型管正下方炭化室负压现象更为严重。因此，在焦炉炉体密封性良好的情况下，为保证炉体运行效果和控制氧含量，集气管压力控制值应根据焦炉所有炭化室底部为正压作为调节基础，设置符合炭化室正常运行的压力值。另外，集气管压力测量仪表，特别是远传联锁仪表，要定期校验维护，避免仪表不准造成系统错误控制，甚至出现集气管长时间负压现象，损坏炉体，影响煤气系统安全稳定运行。3结语焦炉高压氨水负压装煤工艺氧含量控制涉及因素众多，有操作层面、工艺层面、系统层面等，只要不断加强管理，做好焦炉荒煤气导出通道的检查和维护工作，确保各工艺控制参数符合生产运行要求，就能控制好氧含量和装煤冒烟问题，保证煤气系统长期安全稳定运行。表 12#炉 83#炭化室全结焦周期的炭化室底部压力最小值（按 5%分位数估计）/Pa-26.85平均值/Pa8.78最大值（按 95%分位数估计）/Pa52.33压力小于 0比例/%35.39Exploration on controlling oxygen content in negative pressure coal loading process of coke ovenZhang Guan,Bao Xiaolin(Shaanxi Shaanjiao Chemical Co.,Ltd.,Weinan Shaanxi 714000,China)AbstractThe high-pressure ammonia water negative pressure coal loading process for coke oven was introduced.Inresponse to the problems during production and operation,including difficulties in controlling oxygen content,frequenttripping of electric tar collectors,the experiences and methods of oxygen content control were summarized from the aspects ofcoal loading smoke control,negative pressure operation and gas collector pressure,such as the inspection and cleaning ofgraphite and sediment,improvement of ammonia water spray nozzle,optimization and refinement of negative pressureoperation,and control of pressure in the gas collector and carbonization chamber.And the effect was obvious.Key wordscoke oven;negative pressure coal loading;oxygen content;smoke control;negative pressure operation;pressure of gas collector结焦末期（6 h)整体压力均值/Pa0张管等：焦炉负压装煤工艺氧含量控制实践探究95-