三效蒸發(fā)工藝處理酸性廢水裝置故障分析與措施

劉建偉，賈 苗

（金川集團有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌 737100）

在冶煉煙氣制酸的凈化工序，冶煉煙氣進入洗滌塔與循環(huán)酸接觸，其中所含的塵、砷、氟、二氧化硫和三氧化硫等成分進入循環(huán)酸，循環(huán)酸經(jīng)過循環(huán)反復(fù)使用，有害成分不斷富集。為了降低循環(huán)酸的濃度和塵含量，通常對循環(huán)酸進行部分開路處理，同時補充新水以保證煙氣洗滌效果，由此產(chǎn)生了大量的酸性廢水。

金川集團有限公司鎳冶煉廠的酸性廢水處理系統(tǒng)采用硫化沉淀法除去酸性廢水中的重金屬，再采用三效蒸發(fā)工藝減少酸性廢水的排放量，最后將濃縮的稀酸和濃酸進行混配，實現(xiàn)酸性廢水的回收和利用。三效蒸發(fā)工藝具有蒸汽利用率高、占地面積小、運行成本低、操作簡單等優(yōu)點，采用以酚醛樹脂浸漬石墨為主要材質(zhì)的蒸發(fā)設(shè)備、以鋼襯氟為材質(zhì)的管閥件能夠應(yīng)對酸性廢水濃縮過程中強腐蝕、易結(jié)晶等苛刻條件，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定長效的運行。

1 三效蒸發(fā)工藝流程

鎳冶煉廠酸性廢水處理系統(tǒng)采用三效蒸發(fā)工藝對硫化除重金屬后的酸性廢水進行濃縮，其原理為：利用酸性廢水各組分沸點的不同，將3臺蒸發(fā)器串聯(lián)對酸性廢水進行蒸發(fā)，在使酸性廢水濃縮實現(xiàn)減量排放的同時，也使蒸汽得到多次利用，提高了熱能的利用率。

鎳冶煉廠采用的酸性廢水三效蒸發(fā)工藝流程見圖1。

圖1 酸性廢水三效蒸發(fā)工藝流程

除去重金屬的酸性廢水由進料泵送入兩級預(yù)熱器，預(yù)熱至約40 ℃進入一效分離罐。將一次蒸汽通入一效蒸發(fā)器，將酸性廢水加熱至沸騰，使用大流量循環(huán)泵將酸性廢水不停循環(huán)，蒸發(fā)除去酸性廢水中的部分水分。酸性廢水經(jīng)一效蒸發(fā)后通過一效分離罐的溢流口進入二效分離罐，依靠一效分離罐產(chǎn)生的酸性蒸汽加熱二效蒸發(fā)器，再次蒸發(fā)除去酸性廢水中的部分水分。經(jīng)二效蒸發(fā)后的酸性廢水通過二效分離罐的溢流口進入三效分離罐中，利用二效分離罐產(chǎn)生的酸性蒸汽加熱三效蒸發(fā)器，繼續(xù)進行蒸發(fā)。其中一效、二效蒸發(fā)為正壓操作，三效蒸發(fā)為負(fù)壓操作，利用抽真空降低酸性廢水的沸點，使三效蒸發(fā)器內(nèi)的酸性廢水達(dá)到85 ℃便產(chǎn)生沸騰。

一次蒸汽進入一效蒸發(fā)器放熱后形成冷凝水，由于冷凝水溫度比較高，可對其熱能進行回收利用。分別將一效、二效和三效冷凝水收集于一效、二效和三效平衡罐，用于酸性廢水的預(yù)加熱，從而大幅度減少一次蒸汽的用量。

三效蒸發(fā)工藝的每一效均形成一個循環(huán)，整套蒸發(fā)裝置采用連續(xù)進酸、連續(xù)出酸的生產(chǎn)方式，實現(xiàn)酸性廢水中酸與水的分離，從而減少酸性廢水的排放量。

2 三效蒸發(fā)裝置出現(xiàn)的問題及解決措施

鎳冶煉廠酸性廢水處理系統(tǒng)自2019年投用以來，運行較為平穩(wěn)，可減少外排酸性廢水4 m3/h。2020年初，該系統(tǒng)因長時間運行出現(xiàn)了三效分離罐液位波動大、負(fù)壓難以控制以及酸液無法外排的現(xiàn)象。

技術(shù)人員對三效蒸發(fā)器及管道進行檢查，發(fā)現(xiàn)三效分離罐、蒸發(fā)器內(nèi)部以及管道內(nèi)均有灰褐色的結(jié)垢物，因此三效蒸發(fā)器出現(xiàn)的結(jié)垢物使蒸發(fā)器產(chǎn)生堵塞是三效蒸發(fā)工序出現(xiàn)問題的主要原因。

為了有效快速地處理三效蒸發(fā)器里出現(xiàn)的結(jié)垢物，根據(jù)酸性廢水中可能形成結(jié)垢物的元素對蒸發(fā)器內(nèi)結(jié)垢物進行化學(xué)成分分析，檢測結(jié)果見表1。

表1 三效蒸發(fā)器結(jié)垢物化學(xué)成分檢測結(jié)果 w: %

由表1可見：三效蒸發(fā)器結(jié)垢物中Si元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，w(Si)高達(dá)18.28%，其余元素的含量可忽略不計。由此推測，該結(jié)垢物應(yīng)主要為硅酸鹽。

由于長時間運行，硫化后液中的硫化渣顆粒物未完全沉淀即進入三效蒸發(fā)工序，吸附在蒸發(fā)器內(nèi)壁上結(jié)垢，久而久之造成蒸發(fā)器堵塞。為了了解硫化后液蒸發(fā)過程中沉淀物的產(chǎn)生情況，取約1 000 mL硫化后液置于燒杯中，采用酒精燈加熱的方式進行蒸發(fā)，當(dāng)溶液體積剩余約300 mL時燒杯內(nèi)開始出現(xiàn)白色沉淀。沉淀物在蒸發(fā)后期才會出現(xiàn)，由此推斷：三效蒸發(fā)裝置出現(xiàn)的結(jié)垢物應(yīng)該是在三效蒸發(fā)器生成的。

為解決三效蒸發(fā)器的堵塞問題，需要對結(jié)垢物進行處理。硅酸鹽化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不溶于一般的強酸如硫酸、鹽酸等，可與氫氟酸反應(yīng)生成易溶于水的氟硅酸。將結(jié)垢物置于w(HF)40%的氫氟酸中進行反應(yīng)，結(jié)垢物可全部溶于氫氟酸。因此，可采用氫氟酸對三效分離罐和三效蒸發(fā)器進行清洗除去結(jié)垢物。

3 清洗后運行效果

清洗三效蒸發(fā)器時，每隔4～5 h檢測氫氟酸的濃度，濃度過低則繼續(xù)補充氫氟酸的量。浸泡清洗3～4 d后，三效蒸發(fā)器內(nèi)氫氟酸濃度無明顯變化，說明三效蒸發(fā)器已清洗干凈。

清洗結(jié)束，對設(shè)備進行檢查確認(rèn)后，三效蒸發(fā)裝置重新開車，三效分離罐負(fù)壓控制穩(wěn)定，液位波動正常，系統(tǒng)運行恢復(fù)正常。

4 結(jié)語

鎳冶煉廠酸性廢水處理系統(tǒng)正常運行1年多來，僅因三效蒸發(fā)器結(jié)垢堵塞導(dǎo)致停產(chǎn)之外，其余時間運行平穩(wěn)。因此，為保持該系統(tǒng)長期平穩(wěn)運行，應(yīng)保證硫化后液經(jīng)過濾器將硫化渣懸浮物去除干凈，同時對過濾器進行定期清洗，正常生產(chǎn)后則可根據(jù)三效分離罐的液位波動情況判斷是否有必要對蒸發(fā)器進行清洗，防止設(shè)備堵塞嚴(yán)重，造成清洗困難。

三效蒸發(fā)裝置的平穩(wěn)運行可為硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)減少酸性廢水外排量，從根本上減少酸性廢水的產(chǎn)生量，對環(huán)境的保護有著積極的作用。