MVR蒸發(fā)系統(tǒng)在淡鹽水濃縮中的應用

董文虎，孫玉堂，陳光強，張佳興

(營創(chuàng)三征(營口)精細化工有限公司，遼寧 營口 115003)

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)在淡鹽水濃縮中的應用

董文虎，孫玉堂，陳光強，張佳興

(營創(chuàng)三征(營口)精細化工有限公司，遼寧 營口 115003)

淡鹽水；濃縮；機械蒸汽再壓縮

介紹了機械蒸汽再壓縮(MVR)技術及其應用于淡鹽水濃縮中的工藝過程，分析了裝置運行中存在的問題，并提出了解決措施。

營創(chuàng)三征(營口)精細化工有限公司(以下簡稱“營創(chuàng)三征”)正在進行第3期氯堿擴建項目。項目建成后，燒堿產能將達到12萬t/a。營創(chuàng)三征在生產氯產品過程中，副產質量分數(shù)18%的含鹽廢水，須將其全部回用于化鹽工序。希望通過MVR(蒸汽機械再壓縮Mechanical Vapor Recompression)濃縮技術將電解淡鹽水中多余的水分蒸發(fā)分離，使?jié)饪s后鹽水中氯化鈉質量濃度達到300 g/L，可直接進入二次鹽水工序。

1 MVR技術

(1)MVR是指機械蒸汽再壓縮時，通過機械驅動壓縮機將蒸發(fā)器產生的二次蒸汽壓縮至較高壓力，提高二次蒸汽的品質(溫度、壓力、焓值)，進一步得到利用。機械蒸汽再壓縮的工作原理類似于熱泵，大部分蒸汽通過電能進行壓縮和再循環(huán)，只需很少的生蒸汽用于開車，從而減少對外界能源的需求[1-2]，至少比傳統(tǒng)多效蒸發(fā)設備節(jié)能50%。早在20世紀60年代，德國和法國已成功地將該技術用于化工、食品、造紙、醫(yī)藥、海水淡化及污水處理等領域。

(2)在MVR蒸發(fā)系統(tǒng)中，淡鹽水中的水分分兩個階段去除。第一階段是在一級蒸發(fā)器內完成，淡鹽水進入一級蒸發(fā)器預濃縮至250～280 g/L；第二階段是在強制蒸發(fā)器內完成，一級預濃縮鹽水進入二級蒸發(fā)器后，再次濃縮至300～310 g/L。

(3)MVR系統(tǒng)在正常運行情況下，遵循能量守恒的原理。生蒸汽只有在系統(tǒng)開車前以及調整系統(tǒng)載荷時才使用。一般情況下，MVR系統(tǒng)的載荷可以通過改變熱平衡總量來調節(jié)。當輸入系統(tǒng)的總熱能(來自蒸汽壓縮機、進料鹽水、各種電驅裝置等)大于輸出總熱能耗(濃縮液排放量、冷凝水流量、熱能損失等)時，則系統(tǒng)會升溫，直至達到新的平衡。此時，系統(tǒng)擁有比原先更高的溫度、更大的蒸汽壓力、更大的蒸汽密度，最后進入系統(tǒng)的蒸汽總量也隨著自動增加。

2 MVR技術應用

2.1 項目背景

營創(chuàng)三征一次鹽水生產能力還不能滿足氯堿擴產后的鹽水需求。另外，營創(chuàng)三征副產質量分數(shù)18%鹽水經(jīng)過凈化裝置處理后，完全達到了離子膜法燒堿生產所需化鹽水的質量要求，并已成功應用到氯堿生產中。凈化后，該鹽水含鹽質量分數(shù)僅19%，而淡鹽水的進入必將帶入過多的水量，使氯堿系統(tǒng)無法承受，因此淡鹽水的用量嚴重受限。

2013年營創(chuàng)三征決定通過MVR濃縮淡鹽水技術實現(xiàn)兩個目標：①在一次鹽水原裝置不變的情況下，能夠滿足電解裝置擴產后的鹽水需求；②完成副產質量分數(shù)18%淡鹽水全部回收利用的目標，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。

2.2 設計指標

蒸發(fā)水量26 t/h、處理淡鹽水量90 m3/h、進料淡鹽水質量濃度200～215 g/L、濃縮鹽水質量濃度300～310 g/L、蒸汽冷凝液含鹽質量分數(shù)≤2×10-5、操作彈性50%～100%。

2.3 工藝簡述

工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 淡鹽水濃縮工藝流程簡圖

Fig.1 Process flow diagram of depleted-brine concentration

(1)鹽水系統(tǒng)預熱階段。

電解后的淡鹽水一部分進入濃縮淡鹽水儲槽，另一部分完成脫硝后進入濃縮淡鹽水儲槽。兩部分淡鹽水混合后進入一級蒸發(fā)器和二級蒸發(fā)器，并通過各自循環(huán)泵實現(xiàn)淡鹽水在蒸發(fā)器和換熱器內自身循環(huán)。循環(huán)建立后，須向一、二級蒸發(fā)器內通入生蒸汽對淡鹽水進行升溫。

(2)鹽水系統(tǒng)蒸發(fā)階段。

當蒸發(fā)器內的鹽水溫度被加熱到105～108 ℃時，通過風機變頻器調整風機轉速至2 950～3 200 r/min。這時一、二級蒸發(fā)器的淡鹽水被大量蒸發(fā)。蒸汽經(jīng)過一、二級蒸發(fā)器內的雙層液滴分離器(除沫器)后，進入蒸汽洗滌塔。蒸汽在此被清洗并且通過冷凝水噴淋系統(tǒng)加濕。在蒸汽洗滌塔出口，同樣安裝了1臺液滴分離器(除沫器)，防止水分液滴進入一級壓縮裝置的蒸汽中。為得到系統(tǒng)所需的壓力值，2臺壓縮風機串級使用。在一級蒸汽壓縮機中，蒸汽壓縮至(1.08～1.41)×105Pa(絕壓)，得到中溫飽和蒸汽。在二級壓縮機中，蒸汽被加熱到最終溫度且壓力達到(1.42～1.86)×105Pa(絕壓)，達到蒸發(fā)器加熱蒸汽的要求。為了避免二次蒸汽過熱，采用加熱室產生的冷凝液對壓縮機和二次蒸汽管道進行噴霧降溫，獲得需要的飽和蒸汽，飽和蒸汽的溫度值由蒸汽壓力換算而來。加壓和升溫后的二次蒸汽進入一級蒸發(fā)器和二級蒸發(fā)器加熱室，蒸汽沿換熱器加熱面流動，最后變成冷凝水進入冷凝水槽。通過熱量交換，將熱量傳遞給蒸發(fā)器內的淡鹽水進行蒸發(fā)，產生二次蒸汽，實現(xiàn)二次蒸汽的循環(huán)利用。當整個鹽水系統(tǒng)溫度、壓力建立平衡后，可以停止生蒸汽的加入。

(3)合格鹽水產出階段。

當冷凝水儲罐的液位明顯升高時，說明蒸發(fā)器已開始工作，操作人員立即開啟淡鹽水泵將淡鹽水打入一級蒸發(fā)器。在淡鹽水進入一級蒸發(fā)器前，分別與蒸汽冷凝水、蒸汽洗滌水、合格濃鹽水換熱，溫度可升高到100 ℃左右，直接進入一級蒸發(fā)器。

根據(jù)一級蒸發(fā)器液位情況調節(jié)一級蒸發(fā)器內的鹽水進入二級蒸發(fā)器。二級蒸發(fā)器液位升高后，通過濃鹽水泵將濃縮鹽水送出。初開車時，鹽水濃度不會立即合格。通過密度計觀察鹽水濃度是否合格，不合格鹽水進入淡鹽水儲槽。當鹽水質量濃度達到300～310 g/L時，通過切換閥進入一次鹽水儲槽。

(4)濃鹽水產鹽漿階段。

當?shù)}水處理量低于90 m3/h而蒸發(fā)量不變時，二級蒸發(fā)器內的鹽水濃度會增大，氯化鈉晶體將不斷析出，并逐漸累積在二級蒸發(fā)器底部。為了防止結晶堵塞設備和管道，用淡鹽水將蒸發(fā)器底部的結晶沖洗到鹽漿受槽，此時開始出鹽漿操作。通過監(jiān)測強制循環(huán)泵入口的鹽漿含量，保證二級蒸發(fā)器系統(tǒng)正常運行。在蒸發(fā)器不斷有鹽析出時，濃縮液中的I2、Na2SO4、NaClO3、TOC將被富集，隨著蒸發(fā)的持續(xù)進行，蒸發(fā)器內的雜質被不斷濃縮，當濃縮倍數(shù)達到5～8倍時，通過排污管排出系統(tǒng)。這樣可以實現(xiàn)通過排出少量的鹽水，除去大量雜質的目的。但過高濃縮倍數(shù)可能引起蒸發(fā)器內氯酸鹽量大，加大系統(tǒng)腐蝕的風險。

3 MVR系統(tǒng)優(yōu)點

MVR系統(tǒng)優(yōu)點：①能耗低、運行費用低；②占地面積小；③公用工程配套少，工程總投資少；④運行平穩(wěn)，自動化程度高。

4 裝置運行后出現(xiàn)的問題及解決辦法

(1)進行鹽漿排放操作時，濃鹽水輸送板式換熱器經(jīng)常出現(xiàn)堵塞。原因：結晶鹽顆粒會逐漸堵塞板式換熱器通道。措施：在板式換熱器進口配置一條淡鹽水沖洗管線。

(2)2014年3月開車后，1#、2#風機機殼玻璃觀察口開裂。原因：觀察口玻璃不耐高溫。措施：更換。

(3)在2014年1月和2015年2月2#風機出現(xiàn)了2次振動值超出連鎖值而停車的情況。原因及措施如下：①電動機軸承和端蓋損壞，更換了電動機軸承及壓蓋；②風機由于密封環(huán)磨損，蒸汽進入軸承箱內，更換了風機密封件；③一、二級風機底座強度不夠，對一、二級風機底座重新灌漿加固。

(4)2015年8月2#風機葉輪損壞。①2#風機的振動值逐漸增大到接近報警值。停車檢查的過程中發(fā)現(xiàn)2#風機的葉片開裂(見圖2)。②拆卸2#風機密封件時發(fā)現(xiàn)軸套與葉輪固定處的3個螺絲均丟失(見圖3)，且在2#風機的殼內已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了螺紋深陷的痕跡(見圖4)。

圖2 開裂的葉片照片

圖3 軸套與葉輪固定螺絲丟失的照片

圖4 螺絲撞擊殼體痕跡的照片

措施如下：①為了防止密封處的螺絲丟失，營創(chuàng)三征重新制作了幾個止推環(huán)，并用高溫膠將其固定，避免再次出現(xiàn)此情況。②葉輪損壞原因正在調查。③國外制作葉輪不僅價格昂貴，而且供貨周期長。營創(chuàng)三征與國內兩家風機廠家進行交流，都可以按要求制作葉輪。最終選擇了陜西鼓風機械成套有限公司制造的葉輪。改造后風機于2016年4月21日開始運行，至目前，該風機完全滿足生產需要(風機運行數(shù)據(jù)見表1)。

表1 風機運行數(shù)據(jù)

5 結語

MVR蒸發(fā)裝置每蒸發(fā)1 t水總耗電36 kW·h，如果電價按0.55元/(kW·h)計，采用MVR蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1 t水成本19.8元；而傳統(tǒng)三效蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1 t水耗蒸汽0.4 t，耗電18 kW·h，如果蒸汽價格按180元/t計，采用傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1 t水成本為81.9元，由此可見，傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝運行成本是MVR蒸發(fā)工藝的4倍多，這樣的節(jié)能效果，令當今很多節(jié)能技術無法超越。MVR技術比較成熟，運行成本低。但主要設備蒸汽壓縮機的質量和性能還不能完全保證，即使進口壓縮機也存在問題。實際運行證明，國內風機廠家制作的葉輪也基本可以滿足生產需要。另外，現(xiàn)在國內風機廠家正嘗試用1臺風機替代2臺風機運轉的設計，隨著中國科技力量的不斷發(fā)展和中國風機廠家的不懈努力，相信今后我國完全可以生產出成套的風機設備。

[1] 閆成林，胡洪銘.機械蒸汽再壓縮(MVR)技術在全鹵制堿工藝中的應用[J].中國氯堿，2011(10):9-11.

[2] 龐衛(wèi)科，林文野，戴群特，等.機械蒸汽再壓縮熱泵技術研究進展[J].節(jié)能技術.2012,30(4):312-315.

[編輯：董紅果]

Application of MVR evaporation system in concentration of depleted brine

DONGWenhu,SUNYutang,CHENGuangqiang,ZHANGJiaxing

(Ynnovate Sanzheng (Yingkou) Fine Chemical Co., Ltd., Yingkou 115003, China)

depleted brine; concentration; mechanical vapor recompression

The mechanical vapor recompression (MVR) technology and the process of depleted brine concentration by MVR were introduced. Problems existing in operation were analyzed and solutions were proposed.

董文虎(1974—)，男，工程師，畢業(yè)于沈陽化工學院化學工程專業(yè)，現(xiàn)任營創(chuàng)三征(營口)精細化工有限公司氯堿車間副主任，從事生產、設備管理工作。

2016-09-29

TQ114.15

B

1008-133X(2017)01-0037-04