低溫熱法處理氨氮廢水工藝裝置的調(diào)試運行

馮衛(wèi)華,黃 龍,劉蘇寧

(中國恩菲工程技術有限公司,北京 100038)

0 概述

有色金屬冶煉過程中會產(chǎn)生氨氮廢水,該廢水因其NH3-N 濃度普遍較高而不能回用于生產(chǎn)環(huán)節(jié),各企業(yè)均采用了不同的氨氮廢水處理方法,如吹脫法、化學沉淀法、離子交換法、膜分離法及電催化氧化等[1-2]。但是這些方法大都具有成本高、氨水回收再利用困難、設備保養(yǎng)要求高等缺點,即使處理后的氨氮廢水氨氮含量可以達標,但廢水外排不僅使水重復利用率難以達到規(guī)范要求,還會造成排放水體含鹽量增高,與廢水中所含的重金屬離子一同帶來潛在的環(huán)境風險,環(huán)境敏感地區(qū)已經(jīng)開始限制此類生產(chǎn)廢水的排放。因此,尋找一種成本低廉、工藝簡單、效果好、周期短、穩(wěn)定性好的低濃度氨氮處理方法成為廢水深度處理研究的重點之一。

某冶煉廠應用中國恩菲工程技術有限公司開發(fā)設計的一套低溫熱法脫氨裝置取代原有的吹脫技術來處理高濃度氨氮廢水[3],經(jīng)過連續(xù)半工業(yè)化試驗,實現(xiàn)了氨氮廢水的資源化利用,在回收氨水的同時實現(xiàn)了氨氮廢水的常態(tài)化處理。半工業(yè)化試驗結果驗證了該脫氨裝置的穩(wěn)定性,出水氨氮濃度滿足國家排放標準,達到了節(jié)能環(huán)保目的。

本文重點介紹該工藝裝置的調(diào)試運行情況,對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題進行了分析并提出了解決措施,為今后該工藝裝置的工業(yè)化生產(chǎn)積累了運行經(jīng)驗。

1 低溫熱法工藝原理簡介

低溫熱法是一種脫鹽技術[4],其特點是在最高蒸發(fā)溫度不超過85 ℃的條件下,通過將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器或垂直降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來并被分成若干效,用一定量的蒸汽輸入,經(jīng)過多次蒸發(fā)和冷凝,得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水的脫鹽技術。限值頂溫在85 ℃的優(yōu)點是可以有效減緩換熱器結垢,降低材質(zhì)要求以減少投資。效間溫差4～5 ℃,30 ℃溫差可安排6～7 效,大大增加了能源利用效率。蒸發(fā)熱源采用低壓蒸汽或乏汽等低品位熱源,有效利用廢熱,降低設備能耗。

2 調(diào)試運行概況

該半工業(yè)化試驗工藝裝備的處理能力≥200 m3/d,處理廢水為硫銨廢水,熱源為0.20～0.25 MPa 的廠區(qū)低壓蒸汽。該工藝裝置在某冶煉廠安裝完成后進入調(diào)試、試驗和運行期,完成了連續(xù)4 個月滿負荷運行,換熱設備不結垢,日處理氨氮廢水大于200 m3/d,處理后濃水氨氮含量低于15 mg/L,有效處理了該冶煉廠一直存在的硫銨廢水所導致的環(huán)境污染問題。

3 調(diào)試運行中出現(xiàn)的問題及解決措施

3.1 一效換熱器溫度過高現(xiàn)象

圖1 運行后換熱器列管表面未出現(xiàn)結垢情況

換熱器處理氨氮廢水過程中,由于氨氮廢水中含有硫酸鈣和碳酸鈣,容易在換熱器的列管上結垢。硫酸鈣與碳酸鈣都屬于難溶于水的物質(zhì),在水中的溶解度都很低,其中碳酸鈣較硫酸鈣更難溶于水,在水中兩者隨著溫度的升高而溶解度降低。列管結垢現(xiàn)象和換熱器內(nèi)部溫度有很大的關聯(lián)性,因此換熱器內(nèi)部設定的溫度不高于70～85 ℃,若內(nèi)部溫度過高則列管上容易形成難以分解的硫酸鈣和碳酸鈣垢。

在工藝裝置啟動時,一效換熱器內(nèi)部真空度達到設定值后,開始調(diào)節(jié)蒸發(fā)進氣量,升高換熱器內(nèi)部溫度。蒸汽閥門開度設定幾檔,初始設定值較小,一效換熱器內(nèi)部溫度過高,在較短時間內(nèi)達到設定溫度臨界值,導致系統(tǒng)宕機。

出現(xiàn)換熱器內(nèi)部升高現(xiàn)象,正是由于設定了蒸汽進氣量由小變大,換熱器內(nèi)部溫度逐步升高,換熱器內(nèi)部溫度接近臨界點值時,再固定蒸汽進入量。蒸汽閥開度較小時,進入換熱器內(nèi)部熱量太少,短時間內(nèi)沒有形成大量蒸發(fā),從而使得換熱器內(nèi)部沒有大幅度降溫現(xiàn)象出現(xiàn)。當蒸汽閥門開度設定值提高10倍,進入換熱器內(nèi)部的蒸汽能夠讓一效換熱器列管快速加熱,形成大量的蒸發(fā)量,蒸發(fā)吸收的熱量使得一效換熱器內(nèi)部的溫度不再升高,保持在臨界值以內(nèi)。

3.2 換熱器內(nèi)部氣路不順暢

一效換熱器內(nèi)部形成大量蒸汽后,無法順暢的通過導流通道進入二效換熱器,這種現(xiàn)象會導致一效換熱器內(nèi)部的蒸汽富集,一效換熱器內(nèi)部溫度急劇上升達到溫度臨界值后系統(tǒng)自動停車。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是氨氮廢水中氨氮含量過高,形成了大量的氨氣。氨氣過多,二效換熱器不能全部冷卻,導致氨氣在一效換熱器內(nèi)部富集,形成了氣堵。如果需處理的氨氮廢水中的氨氮含量超過設計值,在進入工藝裝置前需要進行稀釋預處理,確保氨氮濃度滿足設計值。

3.3 換熱器內(nèi)部真空度沒有形成梯度

換熱器內(nèi)部的真空度從后效到前效逐步遞減,這樣設計的目的是形成的蒸汽會逐步從前效吸入后效。系統(tǒng)調(diào)試初期,由于人工操作問題,出現(xiàn)了換熱器內(nèi)部真空度數(shù)值混亂,沒有出現(xiàn)梯度,甚至出現(xiàn)了前效比后效真空度高的情況。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有可能是換熱器內(nèi)部各效之間有漏氣點,沒有形成相對密閉的空間。同時各效換熱器所連接的泵類設備和管線也有可能存在漏點,導致系統(tǒng)密閉性不嚴,出現(xiàn)換熱器內(nèi)部真空度紊亂的現(xiàn)象。后經(jīng)仔細檢查,找出漏氣點,解決了換熱器真空度梯度的問題。

3.4 換熱器噴頭堵塞

換熱器噴頭堵塞主要出現(xiàn)在換熱器剛投入使用的初期,分析主要原因是由于換熱器內(nèi)腔存在殘留焊渣。這些焊渣被泵送至噴頭時,堵塞在噴頭處,降低蒸發(fā)液的流速,晶體和雜質(zhì)就會逐步聚集,最終堵塞整個噴頭。噴頭堵塞會造成換熱器蒸發(fā)量降低,同時該堵塞噴頭下的換熱器列管因出現(xiàn)干區(qū)從而逐漸結垢,同時引起換熱器內(nèi)部列管之間的晶體聚集,對換熱器十分不利,因此在調(diào)試運行中需要加強巡檢,通過觀察窗觀測噴頭噴灑的形狀和流速,以此判斷噴頭是否堵塞。

圖2 噴頭被焊渣堵塞

4 結論

通過對低溫熱法工藝裝備的調(diào)試,其工藝流程整體暢通,設備運行穩(wěn)定,調(diào)試過程中需要注意以下幾點:

(1)裝置啟動時,調(diào)大蒸汽閥門開度,使進入換熱器內(nèi)部的蒸汽能夠讓一效換熱器列管快速加熱,形成大量的蒸發(fā)量,蒸發(fā)吸收的熱量使得一效換熱器內(nèi)部的溫度不再升高,保持在臨界值以內(nèi)。

(2)如果進水氨氮含量超過設計值,在進入工藝裝置前需要進行稀釋預處理,確保氨氮濃度滿足設計值,避免過多氨氣造成氣堵現(xiàn)象。

(3)裝置調(diào)試初期,需要檢查換熱器和所連接的泵類設備及管線之間是否存在漏氣點,解決換熱器真空度梯度的問題。

(4)通過定期巡檢觀測噴頭噴灑的形狀和流速,以此判斷噴頭是否堵塞。

低溫熱法工藝裝備可應用在高鹽高鈣廢水濃縮、氨氮廢水脫氨等領域,是一種高效、安全、環(huán)保、可靠的廢水處理技術,可廣泛適用于有色金屬、鋼鐵冶煉等行業(yè)。