耙式真空干燥法处理煤化工零排放系统蒸发母液

刘海洋，高树仁

（陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司，陕西 靖边718500）

煤化工是工业用水大户，废水零排放对我国煤化工行业发展具有重大意义。地处水资源匮乏或缺乏纳污水体区域的煤化工企业，废水零排放势在必行[1]。废水零排放系统蒸发装置在运行过程中，大部分废水经悬浮物脱除、杂质离子脱除、反渗透和蒸发结晶等处理，得到高固含量母液和清液。高固含量母液中的盐组分通过离心或压滤设施排出系统，清液则返回系统继续蒸发，蒸发系统内COD不断富集，高COD不但影响蒸发结晶晶粒的形成，还会使蒸发器设备内产生大量泡沫，造成蒸发系统无法长周期稳定运行[2]。因此，需要定期将离心机或压滤机中的滤液排出系统，对母液进行有效或减量化处理，以降低处置成本。

国内已陆续有废水零排企业就真空干燥技术处理蒸发母液进行了中试，中试效果良好，浓缩后残渣质量为母液的10%～35%，采用耙式真空干燥技术处理零排系统蒸发母液工业化装置陆续建设中。国内某煤化工企业，采用耙式真空干燥处理技术处理废水零排系统蒸发母液，装置从2021年11月运行至今，因此对其运行状况进行总结。

1 工艺及设备

1.1 工艺流程

煤化工零排系统，其工艺流程如图1所示[3]。

图1 煤化工零排系统工艺流程Fig 1 Process flow of zero discharge system in coal chemical industry

煤化工零排系统进料一般为工厂上游回用水站反渗透浓水和脱盐水站离子交换器的再生废液。浓盐水及再生废液经过混凝沉淀、多介质过滤、自清洗过滤、超滤、反渗透、催化氧化、浓水反渗透、活性炭吸附、多效蒸发、离心脱水和耙式真空干燥一系列处理后，残渣按照危险废弃物处置，冷凝液送入回用水站处理后回收利用。

常用的蒸发母液处理工艺技术有4种，即喷雾干燥技术、真空圆盘干燥技术、滚筒干燥技术和耙式真空干燥技术。喷雾干燥是在干燥室中，将稀料经雾化、热空气接触使水分迅速汽化得到干燥产品的1种处理技术，该技术对物料黏度、密度和杂质含量等要求较高；真空圆盘式干燥是加至各层空心圆盘的载热体，以热传导的方式间接加热盘面上的湿物料，圆盘搅拌加热器上的刮板不断清除热面上的物料，使不断移动翻滚的物料水分蒸发的1种处理技术；滚筒干燥是将黏稠状的待干物料涂抹或喷洒在加热滚筒表面进行干燥的1种处理技术，适用范围较广，但对物料波动适应性相对较差。人们在蒸发系统母液的传统干燥设备的基础上进行了改进，得到了耙式真空干燥设备，并广泛应用于食品、五金、机械、电子、化工、制药和核电等领域[4-6]。

该煤化工企业在国内外耙式真空干燥机的技术基础上，针对各种浆状、膏状、粒状、粉状、纤维状等物料加强、改良设计了1种耙式真空干燥处理技术，对物料波动适应性较强，适用范围相对较广。其工艺流程如图2所示。

图2 耙式真空干燥系统流程Fig 2 Flow of rake vacuum drying system

耙式真空干燥在全封闭和抽真空的状态下，利用负压原理，通过减压蒸馏，将母液浓缩预处理，降低含水率，从而实现母液减量化。母液在真空状态下被自动吸入罐内，通过罐体下方的夹套蒸汽加热至45～50 ℃即可沸腾形成蒸汽。蒸汽通过冷凝器冷凝成液体自动排出，该液体中的COD 大幅减少，可回收利用；固体则被设备的干燥系统烘干后变为废渣，待积累到一定量时由搅拌机推出。通过对时间、液位、气缸开合等控制，适时地补充新的母液，进入下一批次的处理，整个处理过程既可连续运行也可间歇式运行。

1.2 主要设备

耙式真空干燥机按照结构类型，可分为PZG型耙式真空干燥机、QZG 型耙式敲击棒真空干燥机、JZG型桨叶耙式真空干燥机和LZG型双螺带耙式真空干燥机。耙式真空干燥设备主要由驱动电机、蒸馏釜、夹套、蒸发母液进口、二次蒸汽出口、出料气缸阀、残渣出口、过滤棉、齿耙、蒸汽进口和蒸汽凝液出口构成，主体设备如图3所示。

图3 耙式真空干燥机Fig 3 Rake vacuum dryer

其设备特征为：

1）原理简单，利用负压闪蒸的原理尽可能降低腔体内负压，减小蒸发难度；内部配置刮刀，连续运行控制内壁结盐层厚度。运行过程中刮刀是正反向交替运行，保证腔内物料充分受热，并保证固体状态不会集中在1端；出料时刮刀按1个方向运行，推动物料从1端排出。

2）模块化设计，每个模块配置独立的进料罐、真空泵、冷凝器、蒸汽供应管线和冷凝液排出管线。各模块可独立运行，互不干扰，也可多组并联运行。蒸发器可单独切出进行反洗或维修，而其余蒸发器继续运行，操作灵活，有利于系统稳定运行。

3）运行时分批次进料，各模块设立独立的进料计量箱，利用腔体内负压从进料箱内抽取计量，通过气动阀门调节进料频次保证进料过程不影响腔内负压。

4）运行时分批次出料，在出料达到要求后，设备泄压，将该批次物料排出后再进行下一个批次处理。分批次出料虽然不如连续进出料方便，但是解决了排料过程对真空度的影响问题，出料含水率根据需要可以调节，通过调节干燥时间调整出料含水率。抽真空系统进口设置有过滤棉，如物料过干产生粉尘可起到一定的过滤作用，但需定期对过滤棉进行清理，而过滤棉可以多次重复使用。物料挂壁时仅需要定期冲洗即可，无需拆机清理或高压清洗。

2 运行情况

蒸发母液处置项目规模约1 000 L/h，母液密度按照1.45 kg/L 计，年运行时间按照8 400 h 计，母液年处理规模为12.18 kt；残渣质量按照母液的20%计，约为2 436 t/a，每年可减排母液约9 744 t。母液按危废处置，费用为3 750 元/t，则耙式真空干燥设备综合处理成本1 500 元/t，每年可节约处置费约1 800万元，在保障装置稳定运行的同时可大幅降低危废处置费用。

待处理的母液水质见表1。

表1 蒸发母液水质Tab 1 Quality of evaporated mother liquor

回收水质及残渣含水率见表2。

表2 回收水质及残渣含水率Tab 2 Quality of recycle water and moisture content of residue

运行过程中，耙式真空干燥设备釜内控制温度为40～50 ℃，蒸汽供应量通过釜内温度联锁控制，针对该企业废水零排系统蒸发母液实际平均蒸发能力约为额定蒸发能力的65%。干燥后残渣水的质量分数均小于15%，按照固体危险废弃物委外处置；回收水COD≤250 mg/L，电导率≤270 μS/cm，送入回用水站深度处理后回用。

3 结 论

1）采用耙式真空干燥技术处理零排系统蒸发母液是可行的，在40～50 ℃内可实现零排系统母液的有效处理，冷凝液回收率可达75%。单台耙式真空干燥设备处理规模比较小，一般为100～250 L/h，母液量较大时可采取多台并联的组合方式，但各套耙式真空干燥设备附属的进料罐、真空泵、冷凝器、蒸汽供应管线和冷凝液排出管线必须独立设置。

2）耙式真空干燥技术对蒸发母液适用性较广，对进料中盐的质量浓度在50～250 g/L、COD≤35 g/L 蒸发母液均能有效处理。但蒸发时长、冲洗周期、出料含水率和蒸发能力等相关参数，还需在中试或调试过程中根据具体物料特性确定。

3）耙式真空干燥设备工业化应用过程中需自动化控制，蒸发时长、冲洗周期、蒸汽用量和蒸发温度等参数需预先设定，实际运行过程中应尽量避免进料含盐量（电导率）大幅度波动，以防残渣含水率过高或者过低，影响设备稳定运行。