石化污水处理中多效蒸发器如何解决高盐废水处理难题

石化污水处理中多效蒸发器如何解决高盐废水处理难题

一、石化高盐废水到底难在哪里

石化行业产生的高盐废水主要来源于炼油废水、化工废水、脱硫废水、乙烯装置废水等，典型特征是含盐量高，TDS通常在一万到十万毫克每升，甚至更高。废水中含有大量钠离子、氯离子、硫酸根、钙镁离子等无机盐，同时还混有油类、硫化物、酚类、氨氮等有机物，COD可达五千到五万毫克每升。

高盐废水的处理难题集中在四个方面。第一，盐分太高，生物处理根本扛不住。当盐浓度超过百分之一，微生物细胞就会因渗透压脱水而死亡，硝化菌和反硝化菌首当其冲被抑制，COD去除率从百分之九十以上直接掉到百分之六十以下。第二，可生化性极差，BOD和COD的比值往往小于零点一，传统生化法几乎无效。第三，成分极其复杂，既有无机盐又有有机物还有油，单一技术根本处理不了。第四，环保要求越来越严，零排放成为硬指标，废水必须做到盐分和水彻底分离。

二、多效蒸发器的核心原理

多效蒸发器的核心思路就一句话：把前一效产生的二次蒸汽当作后一效的加热蒸汽，一份蒸汽当多份用，把热能榨干吃尽。

具体来说，低温加热蒸汽引入第一效，加热其中的料液，料液产生二次蒸汽。这个二次蒸汽不浪费，直接引入第二效作为加热蒸汽，使第二效的料液在更低的温度下蒸发。这个过程一直重复到末效。第一效的冷凝水返回热源处，其余各效的冷凝水汇集后作为淡化水输出。

一份蒸汽投入，可以蒸发出多倍的水。蒸汽经济性用U等于W除以D来衡量，W是蒸发水量，D是生蒸汽消耗量。单效U等于零点九一，双效一点七六，三效二点五，四效三点三三，五效三点七一。也就是说五效蒸发器蒸发一吨水仅需约零点三吨鲜蒸汽，相比单效节能百分之六十到七十。

在多效系统中，只需要在第一效加入新鲜蒸汽，之后每一效都用前一效的二次蒸汽加热，末效的蒸汽可以用作低压力等级热源或者被冷凝器冷却。整个系统的温度逐级降低，压力逐级降低，废水从第一效到末效依次浓缩，在末效达到过饱和而结晶析出，实现盐分与废水的固液分离。

三、多效蒸发器解决石化高盐废水的五大关键技术

第一个关键：工艺流程选择。多效蒸发有四种基本流程，顺流、逆流、平流和混流。

顺流流程中料液和蒸汽流向相同，都从第一效顺序流向末效。优点是可以利用效间压差输送料液，不需要泵，有自蒸发闪蒸现象，辅助设备少，操作简便稳定。缺点是后效料液浓度高而温度低，粘度增大，传热系数降低。顺流适合处理粘度不大的料液。

逆流流程中料液与蒸汽流向相反，原料液从末效加入，完成液从第一效排出。优点是各效料液粘度与传热系数相近，适合处理粘度随浓度变化大的物料，可生产高浓度浓缩液。缺点是需要泵输送料液，辅助设备多，动力消耗大，且料液在高温效浓度高，不适合热敏性物料。

平流流程中各效分别平行加入料液并分别引出完成液，蒸汽流向仍从第一效至末效。适合易结晶的饱和溶液或需要同时浓缩多种不同溶液的场合，各效都有晶体析出可及时分离。

混流流程兼有并流和逆流的特点，可结合两者优点避免缺点，但操作复杂，需要完善的自控仪表。国内主要用于造纸工业黑液回收等特定领域。

石化高盐废水处理中常用的是顺流加平流的组合方式，既能利用压差自流又能及时分离结晶。

第二个关键：蒸发器类型选择。石化高盐废水必须采用强制循环蒸发器。原因是强制循环能保证换热器内料液的流动速度达到一点八米每秒以上，同时配合变频泵实现流速可调可控，防止结晶析出堵管。

具体形式推荐喷膜蒸发器或者降膜式蒸发器。降膜式的特点是料液靠重力沿管壁形成薄膜向下流动，传热系数高，受热时间短，适合热敏性物料。刮板式蒸发器适合高粘度加易结晶的物料，刮板持续刮壁防止结焦积垢。

实际工程中常采用外加热式轴向进料强制循环蒸发器，具有高效节能、蒸发效率高、结晶盐产品易于脱水等优点。

第三个关键：结晶分离技术。末效通常连接结晶器，常用DTB型或者OSLO型结晶器。DTB型采用导流筒加挡板的方式，清浊液有效分离，避免晶体进入换热管。自动控制循环系统采用泵自循环，使结晶和母液始终保持循环，避免结晶沉积和堵管。

结晶分离后，离心机或者压滤机分离盐晶体与母液。晶体可以回收作为工业盐或者硫酸钠，也可以作为危废处置。母液可以返回前端蒸发器循环，也可以进入MVR进一步浓缩，或者送去焚烧处理。

以一个实际案例来说明。某石化企业处理含盐量百分之十五的氯化钠废水，pH六到八，COD五万毫克每升，处理量三吨每小时。采用三效蒸发器，一效蒸发器换热面积八十平方米，真空度负零点零三兆帕，二效换热面积八十平方米，真空度负零点零六兆帕，三效换热面积八十平方米，真空度负零点零八五兆帕。实际蒸汽耗量每小时一千二百千克，进气压力零点三到零点四兆帕。处理后产出结晶盐送危废处置中心焚烧，淡化水回用到生产中。

第四个关键：防结垢防腐蚀体系。石化高盐废水让人头疼的就是结垢和腐蚀。硫酸钙处于过饱和状态，换热面上结垢倾向非常明显。高氯加高氨加微酸性环境，对设备材质腐蚀极强。

防结垢措施：进水加入阻垢剂，常用聚磷酸盐、有机膦酸。采用混程给水方式，废水从高温效依次进入低温效，浓度逐渐升高，温度逐渐降低，避免了由低温效向高温效循环给水引起的高温效给水浓度升高，有效减轻高温效的结垢和腐蚀。混程给水还能使相同造水吨位装置的吨水电耗较传统工艺减少百分之四十到五十。

防腐蚀措施：与物料直接接触的材质优先选钛材TA1或TA2，其次选双相不锈钢2205。二次蒸汽和冷凝水接触的材质可以选316L不锈钢。绝对不能用304不锈钢，在高氯高氨微酸性环境下304撑不了多久。

实际工程中的材质配置：蒸发器本体选碳钢重防腐，可耐一百二十度以内酸碱盐溶液腐蚀。加热器选TA1钛管。冷凝冷却器列管选316L不锈钢。出料螺杆泵选316L不锈钢。结晶罐选碳钢重防腐。

第五个关键：产品水回收与热量回收。多效蒸发器产出的淡化水含盐量可低于十毫克每升，可返回生产系统替代软化水加以利用。产品水在各效产品水罐中相连通，由于每个效的压力不同，产品水被闪蒸，回收的热量可以提高系统的整体效率。

浓盐水从第一效呈阶梯状流入一系列浓盐水闪蒸罐，过热浓盐水闪蒸回收热量，闪蒸冷却后的浓盐水经浓盐水泵排出，送去后续处理或者回喷炉膛。不凝性气体在冷凝器中富集，由真空泵抽出。

吨淡化水蒸汽耗量等于一除以效数再除以百分之九十，吨水。以五效为例，吨水蒸汽耗量约零点二二吨。吨淡化水电力消耗二到四千瓦时每吨，依效数和装置大小而异。

四、石化高盐废水多效蒸发的完整工艺流程

第一步预处理。高盐废水首先进入冷凝器进行预热和脱气，然后分为两股，一股作为冷却水排出，另一股作为蒸馏过程的进料。进料盐水加入阻垢剂后进入蒸发器后效。投料盐水也可以先经过筛网过滤和加药软化，去除钙镁硬度和悬浮物，降低结垢风险。

第二步多效蒸发。料液经喷嘴被均匀分布到蒸发器的顶排管上，沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而蒸发。二次蒸汽在下一效中冷凝成产品水，剩余料液由泵输送到下一个效组，该组操作温度比上一组略高，重复喷淋蒸发冷凝过程。

第三步结晶分离。高盐废水经过由第一效到末效的依次浓缩，在末效达到过饱和而结晶析出。盐浆使用盐水逆流洗涤，去除积聚在晶体表面的有机物，后进入双级活塞推料离心机离心分离得固体盐。

第四步深度处理。洗盐液和离心母液返回该系统，与新送来的生产污水一起循环处理。不能结晶的有机物浓缩废液可采用滚筒蒸发器形成固态废渣后焚烧处理。淡化水返回生产系统替代软化水加以利用。

五、多效蒸发器在石化行业的典型应用场景

场景一：炼油废水脱盐。炼油废水含油含盐含硫，COD高，采用三效蒸发加强制循环，先隔油除油再软化除硬，然后进蒸发系统，淡化水回用，浓盐水送焚烧。

场景二：乙烯装置废水。含盐量高达百分之三到百分之八，COD一万到三万，采用四效到五效蒸发，吨水蒸汽耗量可降到零点二吨以下，淡化水含盐量小于五毫克每升。

场景三：脱硫废水。脱硫废水含盐量高，氯离子浓度高，硬度高，采用三效蒸发加结晶器，产出工业盐可回收销售，降低危废处置费。

场景四：煤化工反渗透浓水。含盐量三万到五万毫克每升，采用五效蒸发加分盐结晶技术，可分别回收硫酸钠和氯化钠，实现盐资源回收。

场景五：石化废水零排放末端。多效蒸发加膜浓缩组合工艺，膜先浓缩三到五倍，浓水再进多效蒸发结晶，吨水综合能耗可控制在较低水平，实现废水零排放。

六、多效蒸发器的优缺点总结

优点方面。第一，节能效果显著，五效蒸发比单效节能百分之六十以上，蒸汽经济性可达三点七以上。第二，技术成熟可靠，运行稳定，操作弹性大。第三，处理效果好，淡化水含盐量可低于十毫克每升，盐回收率可达百分之九十以上。第四，可处理废水范围广，含盐量百分之三点五到百分之二十五的废水都能处理，COD两千到一万毫克每升均可适用。第五，占地面积相对较小，模块化设计便于扩容。

缺点方面。第一，初期投资大，蒸发器、泵、管道、控制系统整套下来投资不低，一百吨每小时处理量的设备投资约两千万到五千万元。第二，操作维护复杂，需要定期酸洗清洗，结垢严重时需停机处理。第三，需要外接蒸汽热源，很多石化企业虽然有余热但不一定够用。第四，效数增加导致每一效传热温差损失增加，管内易结垢，五效以上边际效益递减明显。

七、多效蒸发器与其他技术的组合应用

石化高盐废水零排放的完整技术路线是预处理加膜处理加蒸发结晶。预处理包括隔油、软化、高级氧化等，把废水中的油、硬度、难降解有机物先去掉。膜处理用反渗透或者纳滤把废水浓缩三到五倍，淡水回用，浓水进蒸发系统。蒸发结晶用多效蒸发或者MVR把浓水彻底蒸发干，产出盐和淡水。

趋势是多效蒸发加MVR的组合。多效负责前段大量蒸发，MVR负责后段深度浓缩，综合能耗可降到低。也有项目采用多效蒸发加分盐结晶技术，分别回收氯化钠和硫酸钠，把危废变成产品，既环保又创收。

八、一句话总结

多效蒸发器解决石化高盐废水的核心逻辑就是八个字：梯级利用，逐级浓缩。用前一效的二次蒸汽喂后一效，把一份蒸汽的热量吃干榨尽，让废水从第一效到末效一步步浓缩到结晶析出，实现水和盐的彻底分离，淡化水回用，结晶盐回收或者焚烧处置，真正做到减量化、无害化、资源化。

选型口诀：先测水再定型，算总账看售后。水量定机型，水质定材质，能耗定成本，工艺定流程。三效打底五效优，七效以上性价比走下坡。顺流省心逆流省泵，平流善处理结晶。防垢防腐是命脉，钛材双相钢保命。