滲瀝液熱風蒸發技術中試設備開發及應用

文_劉澤慶 上海環境衛生工程設計院有限公司

工業廢液如垃圾滲瀝液濃縮液處理是行業痛點。這種液體含鹽，各類雜質量高，同時有易于腐蝕及結垢的物質，采用傳統間壁式換熱器，加熱盤管容易結垢，運行極不穩定，需要經常性檢修。

本項目搭建一種循環熱風干化廢液中試設備，采用間接加熱廢液的方式（以熱風作為介質），由于無加熱盤管與廢液直接接觸，可避免傳統加熱方式造成的結垢腐蝕。首先將干燥熱風加熱到60～80℃，與廢液噴霧對流接觸，熱風帶走蒸發的濕氣，進入降溫除濕器，通過降低溫度，熱風中的含水量降低，熱風冷凝出的冷凝水達標排放；降溫后的熱風再通過熱風加熱器加熱至60～80℃，由此解決了上述現有技術所存在的問題。

1 廢液蒸發方式對比分析

如表1、表2所示，本文對比了主要廢液蒸發方式的加熱方式、工藝原理、熱媒、能耗、工藝適用性。針對垃圾滲瀝液濃縮液，如采用MVC、低溫真空蒸發、多效蒸發，由于加熱部件直接接觸廢液，容易因腐蝕、結垢等無法長期連續運行。以上海某廠滲瀝液濃縮液MVC蒸發為例，蒸發一周需進行換熱面清理，嚴重影響持續運行。

表1 廢液蒸發方式對比

表2 廢液蒸發方式對比

采用循環熱風蒸發、噴霧干燥、浸沒式燃燒，由于氣態蒸發干化介質與廢液接觸，無腐蝕結垢等問題。其中噴霧干燥一般采用廢煙氣，接觸后的廢煙氣如含有廢液蒸發出的揮發性污染物，需要進一步回爐燃燒處理；浸沒式燃燒一般在臨近垃圾處理設置、有沼氣可利用的場所；循環熱風蒸發采用熱泵供熱，能耗低，適應范圍廣。

2 中試設備工藝(見圖1）

圖1 滲瀝液熱風蒸發技術工藝圖

處理對象：滲瀝液濃縮液。

中試設備處理量：600L/d。

滲濾液濃縮試驗臺主要包括蒸發室殼體、霧化噴嘴、除霧隔板、循環水泵、閥門管件、傳感器及控制柜。

熱泵的熱風，經過轉換接口及軟連接，和直段風管連接，并進入蒸發室。熱風與蒸發室內的滲瀝液霧化液滴接觸，增加濕度。高濕度熱風經過蒸發室頂部除霧片后，離開蒸發室進入直段風管。直段風管經過軟連接及熱泵轉換接口，回到熱泵。高濕度熱風在熱泵中冷凝除濕，然后升溫形成熱風，進入再循環。冷凝產生冷凝清液，經檢測合格后排放。

熱泵為工業上常規設備，熱端作為熱風加熱的熱源；冷端作為高濕度熱風冷凝設備，吸收冷凝熱作為熱泵的熱源。

蒸發室采用玻璃鋼材質。蒸發室設置液位計接口、噴槍接口、溫度、壓力接口，和液位計、噴槍及溫度、壓力傳感器匹配。

直段風管設置溫度測點、濕度測點、流量測點及壓差測點。熱風直管設置有風量調節閥。

3 中試設備關鍵參數計算

對熱源參數進行核算，由于采用熱泵機組，制熱的耗電較少，計算結果如表3所示。

表3 熱源參數核算表

對廢液蒸發量進行核算，計算結果如表4所示。

表4 蒸干需熱核算表

用飽和濕度算法核算風量最大攜帶水量能力，計算結果如表5所示。

表5 蒸干濕度計算表

對風管、蒸發室入口、蒸發室塔體的氣體流速進行核算，計算結果如表6所示。

表6 流速計算表

對滲濾液的循環流量進行核算，計算結果如表7所示。

表7 循環量計算表

4 設備改造提升

通過設備初步試驗，熱泵冷端的冷凝液與滲瀝液原液污染組分濃度相近，未達到蒸發濃縮與冷凝液直接排放效果。主要由于蒸發室內熱風流速相對較高，攜帶大量噴霧顆粒進去蒸發冷凝器，導致冷凝水質較差，與原液相近。

表征顆粒是否被熱風攜帶，采用顆粒拽力計算方法，該算法認為拽力與顆粒直徑平方、氣固兩項的流速差平方成正比：

式中F-氣體對顆粒的拽力，即顆粒對氣流的阻力；C-拽力系數；d-顆粒直徑，非球形顆粒時采用當量直徑；v-熱風與顆粒相對速度。不同流動雷諾數（表征流體湍流狀態）下，拽力系數受流體微團脈動影響較大，且通過理論計算存在一定誤差。項目通過實驗進行拽力測試分析（本文中呈現形式為噴霧壓力與熱風最大流速，更具工程實用價值）。

對于確定型號噴霧頭，通過現場噴霧試驗，調整噴霧壓力（即噴霧粒徑調整）與熱風相對速度，最終確定不同噴霧壓力下，保證顆粒不被攜帶出蒸發設備的熱風最大流速：噴霧壓力（Mpa）為0.2、0.4、0.6時，熱風最大流速（m/s）分別為0.58、0.45、0.4。

改造升級措施：①熱風從蒸發室進入后，設置導流板，實現均勻布風；②改造蒸發室，擴大蒸發室截面積，降低熱風流速；③改造除霧板形式；④改造噴霧頭個數及形式，調節噴霧壓力，使噴霧顆粒在適中范圍。

5 改造后試驗分析

為評價熱泵循環低溫蒸發設備的效果，進行不同廢液循環量下的蒸發速率及冷凝液水質分析，如表8所示。中試試驗采用滲濾液納濾濃縮液作為蒸發處理對象，原液中COD、TN、TP分別為1430、118、5.14mg/L。

試驗蒸發溫度設定60℃，廢液循環流量設定為0.5m3/h、1.0m3/h和1.5m3/h。如表8所示，隨著循環噴淋量增大，熱風與噴淋霧滴接觸面增大，蒸發效果提升。循環量從0.5增加至1.0m3/h，蒸發速率提升20.9%；循環量從1.0m3/h增加至1.5m3/h，蒸發速率提升3.1%。隨著循環噴淋量增加，蒸發速率的提升速率降低，主要是由于熱風在與液滴接觸過程中，接近濕度飽和，再增加循環量已經不能有效增加熱風攜帶水分。

表8 滲瀝液濃縮液蒸發試驗結果

3種工況下，冷凝液均滿足《污水排入城鎮下水道水質標準》中的表1C級排放標準。隨著循環量增大，冷凝液中的污染物有不明顯增大趨勢，可能由于循環量增大，噴霧粒徑變小，被熱風攜帶一部分噴霧進入冷凝蒸發設備，因顆粒中含有較高的污染組分，影響冷凝液品質。

6 結語

工業廢液如垃圾滲瀝液濃縮液處理是行業痛點。這種液體含鹽，各類雜質量高，同時有易于腐蝕及結垢的物質，采用傳統間壁式換熱器，加熱盤管容易結垢，運行極不穩定，需要經常性檢修。本項目搭建了一種循環熱風干化廢液中試設備，采用間接加熱廢液的方式，以熱泵為熱源，以熱風作為蒸發干化介質，完成滲瀝液蒸發。

為評價熱泵循環低溫蒸發設備的效果，進行不同廢液循環量下的蒸發速率及冷凝液水質分析。廢液循環流量設定為0.5m3/h、1.0m3/h和1.5m3/h，隨著循環噴淋量增大，熱風與噴淋霧滴接觸面增大，蒸發效果提升。在3種工況下，冷凝液均滿足《污水排入城鎮下水道水質標準》中的表1C級排放標準。