廢水零排放稠厚器裝置優化方案討論

（國家電投集團遠達環保工程有限公司重慶科技分公司 重慶 401122）

0 引言

燃煤電廠是傳統用水大戶，其用水量占工業總用水量的40%以上，同時產生了大量的高含鹽廢水。我國現階段燃煤電廠處理廢水基本上都是采用機械式蒸汽再壓縮（MVR）工藝，以鍋爐低壓蒸汽作為熱源，將廢水進行蒸發結晶處理，達到零排放目標。稠厚器是MVR 工藝系統中廢水零排放蒸發結晶環節中的一個重要的固液分離設備，但是常規稠厚器在實際運行和操作中存在諸多問題，比如下料口堵塞、結晶鹽流失等，嚴重影響該設備的可操作性和系統連續運行，現針對該設備的缺點提出優化建議。

1 稠厚器介紹

1.1 稠厚器主要工作原理

MVR 工藝中強制蒸發器的鹽溶液加熱至90 ℃～100 ℃蒸發，鹽溶液達到飽和并有結晶鹽析出，結晶鹽排入稠厚器，并在稠厚器底部結晶沉淀，飽和溶液則從頂部溢流進入溢流區回蒸發器再蒸發［1］。當稠厚器含固量滿足要求時，開啟排放閥門，結晶鹽進入離心機脫水得到固體鹽顆粒。稠厚器示意圖見圖1。

圖1 稠厚器示意圖

1.2 稠厚器存在的缺點

高溫結晶鹽進入稠厚器后，一方面溶液析出的結晶鹽在稠厚器底部沉淀，另一方面因為溶液密度較大，表面溫度偏低，所以在溶液表面同樣會有大量的結晶鹽析出并形成鹽花，見圖2。隨著不斷從結晶器排入稠厚器的溶液導致表面的鹽花溢流排出，不利于結晶鹽收集，造成鹽浪費［2］。稠厚器底部結晶鹽至離心機排鹽管道因為管徑小而經常堵塞，雖然設計有工藝水沖洗管道，但是工藝水水質成分復雜，沖洗水又回到蒸發器蒸發，大大降低鹽品質。高溫稠厚器置于空氣中，表面時刻存在熱量散失，熱量未能加以利用，造成能量損失［3］。常規稠厚器存在如下缺陷：①排鹽管道閥門開度小則容易堵塞，開度大則溶液容易將離心機的鹽沖散；②采用頂部平面溢流方式，不能有效攔截表面析出的結晶鹽，表面溢出的結晶鹽容易造成其他管道堵塞，不利于連續有效運行；③稠厚器存在熱量浪費問題，增加了經濟成本。

2 稠厚器優化方案討論

圖2 稠厚器表面鹽花

根據常規稠厚器的缺點設計新型稠厚器，見圖3。

2.1 設計角度

稠厚器的錐體設計角度α 根據鹽的堆積角度實驗可以得出，該角度ɑ 應小于90°才有利于沉積鹽下料，但是同時要考慮稠厚器容積，該角度大于30°。

2.2 管道溢流點

采用管道溢流的方式只能溢流管道內的鹽水，一旦稠厚器鹽水高于溢流管進口端B，則進口端B 將一直被鹽水浸沒，鹽水水位一直保持在管道溢流點A 點位置，表面的鹽花不會進入溢流管，有效避免了溶液表面的結晶鹽花溢流，減小了結晶鹽的損失，同時避免了溢流區管道堵塞。為了防止溢流管進口端B 被沉積鹽堵塞，須保證比A 點的高度低20 cm 左右，AB 點高差大容易產生虹吸效應。溢流管下端在運行中一直處于鹽水浸沒中，結晶鹽一般是表面析出和底部沉積2 種方式，所以表面析出的鹽花并不能進入溢流管，避免了結晶鹽的損失，也避免了其他管道堵塞。

圖3 新型稠厚器示意圖

2.3 放大器下料

針對排鹽口堵塞問題，將原來的直管排鹽口改成放大器排鹽。放大器是一個放大的空間管體，進入的鹽會垂直下落至離心機，不會附著在管壁，所以不會堵塞。排鹽閥門安裝應盡量靠近稠厚器錐體，閥門之后直接連接放大器，放大器示意圖見圖4。

圖4 放大器示意圖

2.4 鹽水疏通

優化后的稠厚器設計了稀鹽水疏通管道，優點如下：

（1）輸送稀鹽水的降膜循環泵設備產生的壓力可以對排鹽閥門處進行沖擊疏通，而且降膜循環泵的水質和稠厚器的水質是一致的，只是鹽濃度不同，對鹽的品質不會造成影響。

（2）運行時，疏通管道閥門保持一定的開度，讓疏通鹽水一直處于流動狀態，也就是起到連續潤滑的作用。

2.5 熱量回收

稠厚器里的是高溫鹽溶液，置于空氣中不僅熱量會散失，還存在燙傷操作工人的隱患，所以增加一個熱量回收裝置，工藝水設計底進上出，可以保證錐體內充滿水。出水溫度根據工藝水流量調節，可以用來配制藥劑，增加藥劑的溶解度，還可以作為熱水源、取暖用水等，出水管道直徑應為進水管道直徑的1.2 倍。

3 應用與總結

根據現場的實際需求，重新設計1 個優化后的稠厚器：稠厚器為錐形腔體，其下部的倒錐形部分的錐頂角為38°，其溢流口高度距底部為1.8 m，溢流口以下腔體容積為0.8 m3。腔內溢流管的內徑為φ80 mm，溢流管下端位于1.6 m 高度，下端與溢流口之間的腔體容積為0.6 m3。底部的料漿出口直徑為φ80 mm，出料閥下游的出料通道直徑為φ180 mm。出料通道正下方為離心機的進料口。離心機的進料含固量40%左右。腔體側壁中具有熱量回收壁腔，流體入口和出口分別位于0.7 m和1.65 m 高度。

稠厚器頂部的結晶器料漿以20 m3/h 的速度從蒸發器充入飽和鹽溶液料漿以及固體鹽顆粒，溶液濃度為20%左右。根據結晶器析出的鹽量采用間歇性進料方式。料漿液位上升，直至開始從溢流口溢流，溢流的溶液送回蒸發器。料漿充入完畢后，其底部固體層的高度為0.97 m 左右，低于腔內溢流管的下端，并且此時稠厚器腔內的固形物含量為31.2%，滿足離心機的最大進料含固量。

在上述運行時，將20 ℃溫度的水從熱量回收壁腔的流體入口充入進行加熱，從流體出口得到50 ℃左右的水，回收了壁腔熱量，且避免了器壁導致的燙傷風險。

打開出料閥，使得稠厚器內的固形物均落入離心機進行離心，最終得到水含量為7.4%的產品。

運行中，使用來自蒸發器上游的稀溶液（濃度為6%）清洗裝置連續清洗出料口和出料閥。在連續運行168 h 后（實際運行192 h），溢流系統和出料通路未發現結晶鹽的累積和堵塞，說明本發明的稠厚器工作連續性優異。與相同處理能力的常規稠厚器相比，該稠厚器出料濃度高，說明其有效避免了隨溢流排出的鹽花導致的固形物損失。

該優化方案對設備本體做了優化設計，有效地避免了稠厚器堵塞，關鍵點是本裝置設計了放大器和一個潤滑、溶解、沖擊疏通水源，正常運行時可以適當地保持一定的開度，保證一直處于潤滑狀態。水源的水質和稠厚器的水質保持一致，沒有帶入其他雜質，保證了結晶鹽的品質參數。設備優化后不僅能保證系統連續穩定運行，改善了運行工藝，而且熱量還得以回收，合理地利用了熱量，節省了運行成本。