高盐废水蒸发器

一、高盐废水蒸发器的核心原理与工艺目标

1. 原理：利用热能使废水中的水分蒸发，盐分（如 NaCl、Na₂SO₄）因溶解度限制结晶析出，最终形成 “淡化水 + 结晶盐” 的分离效果。

2. 工艺目标：

• 实现废水  ”（Zero Liquid Discharge, ZLD），满足环保标准；

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• 回收可利用盐分（如工业盐），降低危废处理成本；

• 减少废水体积，降低后续处理负荷。

二、主流蒸发器类型与技术特点

1. 多效蒸发器（MEE, Multiple Effect Evaporator）

• 工作原理：
  通过串联多个蒸发器（效），前一效产生的二次蒸汽作为下一效的热源，利用蒸汽潜热多次循环，降低能耗。例如，3 效蒸发器能耗约为单效的 1/3。

• 结构特点：

• 由加热室（列管或板式）、蒸发室、分离器组成，材质多为不锈钢（316L）或钛合金（耐高氯腐蚀）。

• 典型流程：废水依次通过各效加热蒸发，浓缩液至末效结晶，二次蒸汽经冷凝回收淡水。

• 适用场景：

• 含盐量≤10%、成分单一（如 NaCl）的废水，适合大流量工况（处理量≥50m³/h）。

• 优缺点：

• 优点：能耗较低（约 200~400kg 蒸汽 / 吨水）、操作稳定；

• 缺点：设备投资高、占地面积大，对废水成分敏感（易结垢介质需频繁清洗）。

2. 机械蒸汽再压缩蒸发器（MVR, Mechanical Vapor Recompression）

• 核心技术：
  利用压缩机将二次蒸汽加压升温，使其重新作为加热热源，几乎不消耗外部蒸汽，能耗主要为压缩机电力（约 80~150kWh / 吨水）。

• 结构创新：

• 省去多效蒸发器的串联结构，单效即可完成蒸发，设备紧凑（占地面积减少 50% 以上）。

• 关键部件：罗茨 / 离心压缩机、高效换热器（列管或降膜式）、智能控制系统（实时调节蒸汽压力）。

• 适用场景：

• 含盐量≤20%、波动较大的废水，尤其适合电价较低地区（降低运行成本）。

• 优缺点：

• 优点：节能 （比 MEE 节能 50% 以上）、自动化程度高；

• 缺点：压缩机投资占比高（约占设备总成本 40%），对蒸汽清洁度要求高（含不凝气易影响压缩效率）。

3. 降膜式蒸发器（Falling Film Evaporator）

• 流动特性：
  废水在加热管内壁形成薄膜状向下流动，蒸发面积大、传热效率高（传热系数约 1500~3000 W/(m²・K)），适合热敏性物料。

• 典型结构：

• 加热室为垂直列管，顶部布液器使废水均匀分布于管内壁，二次蒸汽与浓缩液在底部分离。

• 适用场景：

• 高粘度、易结垢废水（如含有机物的高盐废水），因薄膜流动可减少结垢倾向。

• 注意事项：

• 需控制废水流量（液膜厚度≤1mm），避免干壁现象；

• 常与 MVR 或 MEE 结合使用，提升能效。

4. 强制循环蒸发器（Forced Circulation Evaporator）

• 流体驱动方式：
  通过循环泵强制废水在加热管内高速流动（流速≥2m/s），防止盐结晶沉积，适合高浓度、易结晶废水（如 TDS≥30%）。

• 结构特点：

• 加热室与蒸发室分离，循环泵提供动力，管内压力可抑制沸腾，避免结垢。

• 适用场景：

• 含硫酸钙、碳酸钙等难溶盐的废水，或需直接结晶出固体盐的工况（如氯化钠结晶）。

三、选型关键参数与影响因素

1. 废水特性分析

2. 能耗与经济性计算

• 能耗对比（以处理 1 吨水为例）：

• 单效蒸发器：蒸汽消耗≈800kg，电费≈10kWh；

• 3 效 MEE：蒸汽消耗≈250kg，电费≈30kWh；

• MVR：蒸汽消耗≈0kg，电费≈120kWh（电价按 0.6 元 /kWh，成本≈72 元 / 吨水）。

• 投资回报周期：

• MVR 初期投资比 MEE 高 30%~50%，但运行成本低，在年处理量≥10 万吨时，回报周期约 2~3 年。

3. 场地与环保要求

• 占地面积：MVR＜降膜式＜MEE＜强制循环；

四、典型工艺流程图解（以 MVR + 结晶为例）

高盐废水 → 预处理（调节pH、过滤悬浮物）→ 预热器 → MVR蒸发器（蒸发浓缩）→ 分离器（二次蒸汽→压缩机→加热室循环）                                                                         ↓  浓缩液 → 结晶器（强制循环+冷却结晶）→ 固液分离器 → 结晶盐（干燥后回收）                                                                         ↓  冷凝水 → 深度处理（RO膜或离子交换）→ 回用水或达标排放

五、常见故障与维护策略

1. 结垢问题

• 原因：钙镁离子沉积、有机物碳化；

• 解决方法：

• 定期化学清洗：用柠檬酸（5% 浓度）或盐酸（2% 浓度）循环清洗加热管，温度控制在 60~80℃；

• 在线防垢：添加阻垢剂（如聚磷酸盐），或采用电磁防垢装置改变离子结晶形态。

2. 蒸发效率下降

• 可能原因：

• 加热管表面结垢（传热系数降低）；

• MVR 压缩机效率衰减（叶轮结垢或磨损）；

• 维护措施：

• 检查压缩机进出口压力差（正常≤0.05MPa），定期清理叶轮；

• 监测蒸发温度与压力（如 MVR 蒸发温度应稳定在 60~80℃），及时调整运行参数。

3. 盐结晶异常

• 现象：结晶颗粒过细或结块；

• 调节方法：

• 控制结晶器过饱和度（通过进料量与蒸发量平衡）；

• 调整搅拌速率（强制循环结晶器搅拌速度建议 100~200rpm），促进晶体生长。