三效蒸发结晶工艺在烧结脱硫脱硝制酸废水处理中的应用

焦清卫

摘 要：本文结合冶金行业烧结工序脱硫脱硝工艺的特点，针对烧结烟气脱硫脱硝制酸过程产生的废水水质特点，根据实际应用情况，简要介绍三效蒸发结晶工艺在该废水处理中的应用效果，以便进一步探讨和推广该项新技术的应用。

关键词：含酸废水；蒸发结晶；回收利用；环保节能

中图分类号：TK223 文献标识码：A

随着社会的发展和经济的迅猛发展，伴随其产生的空气环境污染也给人民带来了巨大的威胁，为保护环境，邯钢新建烧结机脱硫脱硝设施，将烧结烟气采用活性炭烟气净化工艺，同时脱除SO2、NOx、二噁英、重金属及粉尘等多种污染物，且能回收硫资源制得浓硫酸产品，是一种资源回收型综合烟气治理技术，但在此工程中产生部分含酸废水，该废水浓度极高，必须进行无害化处理。

1.项目情况

本过程中产生含酸废水总量3500kg/h，最大量为3580 kg/h，最小量为2150kg/h，每班排放两次，每次约15t。污水成分：NH4Cl79.58kg/h；（NH4）2SO439.97kg/h；NH4F7.49kg/h；NH4HSO4261.32kg/h。

2.制酸废水成分分析

中和后烟气净化制酸系统污水成份主要以硫酸铵和氯化铵为主，按照硫酸铵-氯化铵-水多温多元水盐体系相平衡数据，选择适宜的浓缩分离工艺，可以实现硫酸铵与氯化铵的有效分离，从而实现制酸系统污水中的盐分有效去除。经对比《硫酸铵标准》（GB 5351995）和《氯化铵标准》（GB/T 29462008），制酸系统污水中的氟化氨在盐分有效去除的过程中，制备的硫酸铵产品可达到工业级产品要求，而制备的氯化铵至少可以达到农业级产品要求。

3.三效蒸发结晶工艺技术特点

3.1 工艺流程

原始物料→预热器→Ⅲ效加热器及Ⅲ效蒸发室→Ⅱ效加热器及Ⅱ效蒸发室（逆流）→Ⅰ效加热器及Ⅰ效蒸发室（强制循环）→饱和浓度→结晶釜→离心机→固液分离。

3.2 工艺说明：

（1）蒸汽进入Ⅰ效加热器作为热源，对Ⅰ效内的物料进行加热；物料经过蒸发产生二次蒸汽，进入Ⅱ效加热器作为热源；Ⅱ效分离室内的物料经过蒸发产生二次蒸汽，进入Ⅲ效加热器作为热源。Ⅰ效生蒸汽冷凝水进入预热器，做为预热器的加热源，整套系统充分地利用了湿、潜热，以节约生蒸汽消耗量，总耗汽量是普通蒸发设备的1/3，运行总功率是传统蒸发设备的1/4。

（2）本装置具有强化传热、防垢性能优良的沸腾蒸发和强制循环蒸发的优势相结合，形成优势互补的浓缩方式。其技术特征在于沸腾蒸发装置及在汽-液-固三相流入结晶器，使过饱和溶液进行热结晶，固液得到快速的分离方法。强化传热的实现，是通过在出料效的加热系统中，加设一套强制循环装置，使加热管中物料流速达到≥2.0m/s，这样就使得传热效率得到较大提高，同时由于保持了管束中料液的高流速，也防止了结晶的物料在加热管内壁附着，进而导致结垢。

（3）本工艺采用了逆流蒸发工艺技术，具有蒸发速度快，物料受热时间短，物料不易结焦与结污垢，设备便于清洗。物料可直接在蒸发器内热结晶或析出到结晶釜内结晶，能耗低，操作方便，维修频率低，占地面积小。

（4）由于料液中可能含有少量的表面活性剂，因此在蒸发过程中，会有大量的泡沫产生，为了防止泡沫在蒸发过程中将料液组分随二次蒸汽形成夹带，以提高分离效率，整套系统在各效分离器内上部都设置了丝网捕沐器，彻底消除了在真空条件下的泡沫被夹带。同时为避免丝网在工作过程中产生堵塞现象。

3.3 物料流程

原料液在真空状态下进入预热器，经预热器预热后进入第Ⅲ效分离器，原料液在第Ⅲ效分离器中经第Ⅲ加热室均匀地在加热管内壁从下向上流动，同时被加热至物料沸点，使之达到沸腾状态，加热后部分水分蒸发，进入第Ⅲ效分离室完成汽、液分离，完成在第Ⅲ效内的初次自然循环后，完成初步浓缩的料液通过逆流泵送入第Ⅱ效分离器，按照与第Ⅲ效内相同的过程在第Ⅱ效内循环并完成蒸发浓缩，物料在第Ⅱ效内达到一定浓度后，经逆流泵送入第Ⅰ效分离器，以同样的原理进行蒸发浓缩，由于物料在第Ⅰ效结晶器内将被浓缩至过饱和并产生结晶，为防止物料中的结晶堵塞加热列管影响物料循环，本装置在第Ⅰ效结晶器专设置强制循环泵对第Ⅰ效内物料进行强制循环，当料液中的晶浆比最终达到所需浓度后，结晶的结晶体和饱和母液由第Ⅰ效结晶器下出料口的出料泵析出，送入结晶釜冷却结晶，结晶体进入离心机进行固液分离，分离后的母液返回原液池或直接进入蒸发系统，继续蒸发结晶。

3.4 蒸汽流程

利用厂区现有蒸汽，在分汽缸中将蒸汽的压力经调压阀调≥0.20MPa，随后进入第Ⅰ效蒸发器的加热器。第Ⅰ效分离器产生的二次蒸汽进入第Ⅱ效加热器作为热源，第Ⅱ效产生二次蒸汽作为第Ⅲ效加热源，第Ⅲ效产生的二次蒸汽进入冷凝器冷与冷却水混合凝成水排出。各效加热器、分离室、结晶器的压力由冷凝水罐串连的冷凝器控制。

3.5 冷凝水流程

蒸汽进入第Ⅰ效蒸发器放热后冷凝成冷凝水，由于冷凝水温度还较高，为了回收余热，将Ⅰ效蒸汽产生的冷凝水引入预热器对原料液进行预加热。第Ⅱ加热器加热夹套中的冷凝水经一U形管进入第Ⅲ效加热器加热夹套中，第Ⅲ效加热器加热夹套中的冷凝水经一U形管进入汽水分离罐分离出蒸汽后，继续返回第Ⅲ效再加热，充分利用潜热，冷凝水排出。U形管的作用是动态密封。

4.配套主要设备技术特点

4.1 加热器

（1）Ⅰ效加热器为蒸汽分布装置，使蒸汽均匀地分布到每一根列管的外壁，使蒸汽通过加热管和被加热物料充分热交换产生汽化，使整个加热器温度平衡。

（2）Ⅱ效加热器为蒸汽分布装置，使蒸汽均匀地分布到每一根列管的外壁，使生蒸汽通过加热管和被加热物料充分地接触热交换产生汽化，使整个加热器温度平衡。

（3）Ⅲ效加热器为蒸汽分布装置，使蒸汽均匀地分布到每一根列管的外壁，使生蒸汽通过加热管和被加热物料充分地接触热交换产生汽化，使整个加热器温度平衡。

4.2 蒸发室

三效蒸发室整体内胆均采用304不锈钢板，为防止物料产生粘壁现象，内胆采取镜面抛光处理，设有人孔、视镜、灯孔、温度计、真空表、除沫器等装置。

4.3 汽水分离器

汽水分离器容积：为50L，材质：304不锈钢，设有液位计、视镜。

4.4 结晶器

结晶器采用夹套式带搅拌结晶釜，夹套内通入冷却水快速冷却，同时在搅拌的状态下，使结晶釜内的盐份得到快速冷却结晶效果，得到均匀细小的晶体颗粒。

4.5 分离器

分离器采用卧式三足式无基础离心机。结晶过程完成后，把晶体从结晶釜内放入离心机进行固液分离，分离出来的母液返回原液池，得到成品盐晶体。

5.出料主要用途

（1）废水经处理后可以达到《钢铁工业污染物排放标准》GB 13456-2012的要求。

（2）颗粒状杂盐，投入烧结矿中消耗。

（3）商品级NH4CL、（NH4）2SO4销售冲减处理成本。

结语

在我国环保型、节约型经济大环境下，如何保护环境，变废为宝是我国经济主流。邯钢脱硫脱硝工艺制酸废水项目，是冶金行业首次采用三效蒸发结晶工艺，具有领域指南作用，符合水处理发展主流。

参考文献

[1]黃宝玉.蒸发结晶过程传热温差的选择[J].天津化工，2013（1）：31-33.

[2]湛淑华.浅谈硫胺蒸发结晶过程的影响因素[J].内蒙古石油化工，2012（4）： 58-59.