耐高溫阻垢劑在蒸發(fā)系統(tǒng)（三效）中應(yīng)用案例

系統(tǒng)概況

本案例為內(nèi)蒙古某稀土公司處理生產(chǎn)硫酸銨廢水MVR+三效系統(tǒng)，在美國PWT公司技術(shù)工程師的指導(dǎo)下，使用獨(dú)特的樹枝狀聚合物耐高溫阻垢劑，對三效系統(tǒng)進(jìn)行阻垢劑的應(yīng)用。

在蒸發(fā)器中，由于母液中硫酸鹽、草酸鹽等含量較高，且已呈過飽和狀態(tài)，極易在蒸發(fā)器列管壁上結(jié)晶析出而沉積，形成結(jié)垢后，蒸發(fā)能力會顯著下降，這是因為管垢的導(dǎo)熱系數(shù)比較小，影響了熱傳導(dǎo)。逐漸導(dǎo)致降低產(chǎn)能，增加能耗。現(xiàn)場需要周期性對三效列管進(jìn)行高壓清洗，去除列管表面污垢。頻繁清洗也會對設(shè)備造成一定物理傷害，使蒸發(fā)器壽命縮短，嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)正常運(yùn)行。

利用PWT耐高溫阻垢劑對硫酸銨廢水母液蒸發(fā)結(jié)垢進(jìn)行預(yù)防的技術(shù)原理是通過對母液添加一定比例阻垢劑，控制蒸發(fā)過程中微化學(xué)反應(yīng)，以獨(dú)有的樹枝狀聚合物對結(jié)垢因子進(jìn)行捕捉、包裹，從而降低列管內(nèi)壁結(jié)垢附著速率，使列管的傳熱系數(shù)維持在較好的水平，保證三效蒸發(fā)器高效長周期運(yùn)行，減小停車清洗等次數(shù)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1.1

工藝流程

硫酸銨廢水處理流程如下：

硫酸銨廢水（工藝排水）→一級氣浮→二級氣浮→中間水池→（加草酸）連鹽罐→高密池（斜板）→中間水箱→多介質(zhì)過濾器→超濾→UF水箱→（加硫酸）電滲析（產(chǎn)水去RO，濃水去MVR進(jìn)水罐）→RO（產(chǎn)水回收，濃水至超濾進(jìn)水）→（加氨水）MVR→三效蒸發(fā)（產(chǎn)出產(chǎn)品硫酸銨）→母液回一效循環(huán)蒸發(fā)（不定期排放部分母液）

設(shè)計硫酸銨廢水處理135m3/h。

其中三效蒸發(fā)系統(tǒng)采用三效順流強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，對MVR蒸發(fā)濃縮母液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮處理。原液進(jìn)水設(shè)計15m3/h，原液經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)第一效蒸發(fā)，之后進(jìn)入第二效繼續(xù)濃縮，再進(jìn)入第三效蒸發(fā)濃縮，最后由第三效濃縮液泵排出。產(chǎn)出產(chǎn)品硫酸銨母液經(jīng)過冷卻降溫，去除部分雜鹽后，上清母液返回一效繼續(xù)進(jìn)行濃縮處理，上清母液不定期進(jìn)行排污，每日排放5-10m3/d。飽和蒸汽先進(jìn)入一效加熱器作為一效蒸發(fā)器的加熱熱源，一效產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入二效加熱器作為二效蒸發(fā)器的熱源，二效二次蒸汽作為第三效的蒸發(fā)熱源。蒸發(fā)器中的蒸餾水被收集，再由蒸餾水泵打出系統(tǒng)。

三效蒸發(fā)流程方框圖如下：

注：實際運(yùn)行過程中第一效溫度為100℃，壓力75Kpa，第二效溫度85℃，壓力65Kpa，第三效溫度65℃，壓力19Kpa。

1.2

水質(zhì)數(shù)據(jù)

（1）下表為現(xiàn)場硫酸銨廢水、MVR進(jìn)水、三效母液分析數(shù)據(jù)。

以上水質(zhì)中可以看出，硫酸銨廢水不斷濃縮過程中，各離子含量均在逐漸增加，蒸發(fā)器進(jìn)水中鈣、鎂、草酸根、錳等含量均比較高。

（2）下表為一效進(jìn)水水質(zhì)取樣分析數(shù)據(jù)（2021.07.27）。

以上水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可以看出，第一效進(jìn)水中硅含量偏高，其中以膠體硅為主。鐵、鋁、鈣離子、草酸根和氟等離子均偏高。

根據(jù)以上兩份水質(zhì)分析結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場實際運(yùn)行情況，三效結(jié)垢物質(zhì)主要以草酸鈣為主，摻雜部分硫酸鈣、硫酸鋇、鐵、鋁、氟化鈣及硅垢。因蒸發(fā)進(jìn)水水質(zhì)較為復(fù)雜，且水質(zhì)波動較大，因此對蒸發(fā)阻垢劑選擇要求比較高。

02

添加阻垢劑后效果研究分析

2.1

添加方式

（1）為了做好本次試驗，現(xiàn)場增加加藥裝置（100L加藥箱+1.6LPH加藥泵），配藥濃度3%。加藥點(diǎn)選擇在原料罐（即第一效進(jìn)液料罐）預(yù)留口，阻垢劑通過計量泵打入系統(tǒng)，見上圖。

（2）選用PWT阻垢劑11倍濃縮液Titan ASD 200 SC，添加量為1.91ppm。

2.2

阻垢劑添加前后效果分析

（1）添加阻垢劑前蒸發(fā)器運(yùn)行情況

添加阻垢劑前三效運(yùn)行周期在20—30天，三效進(jìn)料量明顯降低（降低50%以上），三效蒸汽量出現(xiàn)明顯降低。且一效蒸發(fā)器拆開列管結(jié)垢污堵嚴(yán)重，列管結(jié)垢率達(dá)到80%以上。結(jié)垢物質(zhì)質(zhì)地較為堅硬（見下圖），每次進(jìn)行單支列管高壓清洗時間為10分鐘左右，清洗1臺蒸發(fā)器的時間為2天，費(fèi)時費(fèi)力。

（2）添加阻垢劑后蒸發(fā)器運(yùn)行對比

現(xiàn)場在對一效列管高壓清洗后，開始試用投加阻垢劑，運(yùn)行相同周期（25天），系統(tǒng)仍運(yùn)行較為穩(wěn)定，進(jìn)料量幾乎沒有變化，現(xiàn)場對列管進(jìn)行拆檢查看，跟蹤2個測試周期一效列管外觀如下圖：

由上圖可以看出，添加阻垢劑后一效結(jié)垢明顯改善，列管內(nèi)壁只存在薄薄一層結(jié)垢物，未出現(xiàn)列管完全堵死情況，同樣進(jìn)行了高壓清洗，由于結(jié)垢物質(zhì)薄且脆，單支列管清洗時間只要1分鐘左右，清洗1臺蒸發(fā)器的時間只要0.5天就完成了，節(jié)省了大量的時間和降低了勞動強(qiáng)度。依據(jù)目前結(jié)垢情況判定，添加阻垢劑運(yùn)行周期可延長至2個月以上。

（3）添加阻垢劑前后三效蒸發(fā)器進(jìn)水量對比

由上圖可知：原液進(jìn)料量高于未添加阻垢劑，相同運(yùn)行周期25天，加阻垢劑前平均進(jìn)料量263.5m3/d，加阻垢劑后平均進(jìn)料量315m3/d，說明添加阻垢劑后降低了三效列管的結(jié)垢生成速率，保證了蒸發(fā)器高效、長周期運(yùn)行。

（4）添加阻垢劑前后三效蒸發(fā)水量對比

由上圖可以看出：阻垢劑藥劑添加期間蒸發(fā)水量明顯大于不加阻垢劑時水量，且運(yùn)行25天平均值加藥前為10.8m3/h，加阻垢劑后12m3/h，主要原因為三效蒸發(fā)機(jī)組進(jìn)料量提高，三效列管換熱性能提高。

結(jié)論

（1）由于三效蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)水溫度較高，其中第一效維持在100℃左右，根據(jù)添加藥劑前后列管結(jié)垢情況對比看，PWT阻垢劑Titan ASD 200 SC高溫下仍有優(yōu)異的阻垢能力。

（2）蒸發(fā)器添加阻垢劑后，可以顯著延緩結(jié)垢的產(chǎn)生或減少結(jié)垢量，與不使用阻垢劑的蒸發(fā)器運(yùn)行相比較，添加阻垢劑后蒸發(fā)器運(yùn)行周期大幅度延長，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，且減少了清洗列管的時間和降低了人力勞動強(qiáng)度，試驗表明添加阻垢劑完全必要和能滿足生產(chǎn)需求。

（3）對比增發(fā)器不加阻垢劑前頻繁清洗的狀況，添加阻垢劑有利于蒸發(fā)效率發(fā)揮，綜合考慮下可節(jié)約蒸發(fā)單元的運(yùn)行成本，具有較高的社會經(jīng)濟(jì)效益。

附圖：蒸發(fā)車間照片