石化污水處理中多效蒸發器如何解決高鹽廢水處理難題

一、石化高鹽廢水到底難在哪里

石化行業產生的高鹽廢水主要來源于煉油廢水、化工廢水、脫硫廢水、乙烯裝置廢水等，典型特征是含鹽量高，TDS通常在一萬到十萬毫克每升，甚至更高。廢水中含有大量鈉離子、氯離子、硫酸根、鈣鎂離子等無機鹽，同時還混有油類、硫化物、酚類、氨氮等有機物，COD可達五千到五萬毫克每升。

高鹽廢水的處理難題集中在四個方面。第一，鹽分太高，生物處理根本扛不住。當鹽濃度超過百分之一，微生物細胞就會因滲透壓脫水而死亡，硝化菌和反硝化菌首當其沖被抑制，COD去除率從百分之九十以上直接掉到百分之六十以下。第二，可生化性極差，BOD和COD的比值往往小于零點一，傳統生化法幾乎無效。第三，成分極其復雜，既有無機鹽又有有機物還有油，單一技術根本處理不了。第四，環保要求越來越嚴，零排放成為硬指標，廢水必須做到鹽分和水徹底分離。

二、多效蒸發器的核心原理

多效蒸發器的核心思路就一句話：把前一效產生的二次蒸汽當作后一效的加熱蒸汽，一份蒸汽當多份用，把熱能榨干吃盡。

具體來說，低溫加熱蒸汽引入第一效，加熱其中的料液，料液產生二次蒸汽。這個二次蒸汽不浪費，直接引入第二效作為加熱蒸汽，使第二效的料液在更低的溫度下蒸發。這個過程一直重復到末效。第一效的冷凝水返回熱源處，其余各效的冷凝水匯集后作為淡化水輸出。

一份蒸汽投入，可以蒸發出多倍的水。蒸汽經濟性用U等于W除以D來衡量，W是蒸發水量，D是生蒸汽消耗量。單效U等于零點九一，雙效一點七六，三效二點五，四效三點三三，五效三點七一。也就是說五效蒸發器蒸發一噸水僅需約零點三噸鮮蒸汽，相比單效節能百分之六十到七十。

在多效系統中，只需要在第一效加入新鮮蒸汽，之后每一效都用前一效的二次蒸汽加熱，末效的蒸汽可以用作低壓力等級熱源或者被冷凝器冷卻。整個系統的溫度逐級降低，壓力逐級降低，廢水從第一效到末效依次濃縮，在末效達到過飽和而結晶析出，實現鹽分與廢水的固液分離。

三、多效蒸發器解決石化高鹽廢水的五大關鍵技術

第一個關鍵：工藝流程選擇。多效蒸發有四種基本流程，順流、逆流、平流和混流。

順流流程中料液和蒸汽流向相同，都從第一效順序流向末效。優點是可以利用效間壓差輸送料液，不需要泵，有自蒸發閃蒸現象，輔助設備少，操作簡便穩定。缺點是后效料液濃度高而溫度低，粘度增大，傳熱系數降低。順流適合處理粘度不大的料液。

逆流流程中料液與蒸汽流向相反，原料液從末效加入，完成液從第一效排出。優點是各效料液粘度與傳熱系數相近，適合處理粘度隨濃度變化大的物料，可生產高濃度濃縮液。缺點是需要泵輸送料液，輔助設備多，動力消耗大，且料液在高溫效濃度高，不適合熱敏性物料。

平流流程中各效分別平行加入料液并分別引出完成液，蒸汽流向仍從第一效至末效。適合易結晶的飽和溶液或需要同時濃縮多種不同溶液的場合，各效都有晶體析出可及時分離。

混流流程兼有并流和逆流的特點，可結合兩者優點避免缺點，但操作復雜，需要完善的自控儀表。國內主要用于造紙工業黑液回收等特定領域。

石化高鹽廢水處理中常用的是順流加平流的組合方式，既能利用壓差自流又能及時分離結晶。

第二個關鍵：蒸發器類型選擇。石化高鹽廢水必須采用強制循環蒸發器。原因是強制循環能保證換熱器內料液的流動速度達到一點八米每秒以上，同時配合變頻泵實現流速可調可控，防止結晶析出堵管。

具體形式推薦噴膜蒸發器或者降膜式蒸發器。降膜式的特點是料液靠重力沿管壁形成薄膜向下流動，傳熱系數高，受熱時間短，適合熱敏性物料。刮板式蒸發器適合高粘度加易結晶的物料，刮板持續刮壁防止結焦積垢。

實際工程中常采用外加熱式軸向進料強制循環蒸發器，具有高效節能、蒸發效率高、結晶鹽產品易于脫水等優點。

第三個關鍵：結晶分離技術。末效通常連接結晶器，常用DTB型或者OSLO型結晶器。DTB型采用導流筒加擋板的方式，清濁液有效分離，避免晶體進入換熱管。自動控制循環系統采用泵自循環，使結晶和母液始終保持循環，避免結晶沉積和堵管。

結晶分離后，離心機或者壓濾機分離鹽晶體與母液。晶體可以回收作為工業鹽或者硫酸鈉，也可以作為危廢處置。母液可以返回前端蒸發器循環，也可以進入MVR進一步濃縮，或者送去焚燒處理。

以一個實際案例來說明。某石化企業處理含鹽量百分之十五的氯化鈉廢水，pH六到八，COD五萬毫克每升，處理量三噸每小時。采用三效蒸發器，一效蒸發器換熱面積八十平方米，真空度負零點零三兆帕，二效換熱面積八十平方米，真空度負零點零六兆帕，三效換熱面積八十平方米，真空度負零點零八五兆帕。實際蒸汽耗量每小時一千二百千克，進氣壓力零點三到零點四兆帕。處理后產出結晶鹽送危廢處置中心焚燒，淡化水回用到生產中。

第四個關鍵：防結垢防腐蝕體系。石化高鹽廢水讓人頭疼的就是結垢和腐蝕。硫酸鈣處于過飽和狀態，換熱面上結垢傾向非常明顯。高氯加高氨加微酸性環境，對設備材質腐蝕極強。

防結垢措施：進水加入阻垢劑，常用聚磷酸鹽、有機膦酸。采用混程給水方式，廢水從高溫效依次進入低溫效，濃度逐漸升高，溫度逐漸降低，避免了由低溫效向高溫效循環給水引起的高溫效給水濃度升高，有效減輕高溫效的結垢和腐蝕?；斐探o水還能使相同造水噸位裝置的噸水電耗較傳統工藝減少百分之四十到五十。

防腐蝕措施：與物料直接接觸的材質優先選鈦材TA1或TA2，其次選雙相不銹鋼2205。二次蒸汽和冷凝水接觸的材質可以選316L不銹鋼。絕對不能用304不銹鋼，在高氯高氨微酸性環境下304撐不了多久。

實際工程中的材質配置：蒸發器本體選碳鋼重防腐，可耐一百二十度以內酸堿鹽溶液腐蝕。加熱器選TA1鈦管。冷凝冷卻器列管選316L不銹鋼。出料螺桿泵選316L不銹鋼。結晶罐選碳鋼重防腐。

第五個關鍵：產品水回收與熱量回收。多效蒸發器產出的淡化水含鹽量可低于十毫克每升，可返回生產系統替代軟化水加以利用。產品水在各效產品水罐中相連通，由于每個效的壓力不同，產品水被閃蒸，回收的熱量可以提高系統的整體效率。

濃鹽水從第一效呈階梯狀流入一系列濃鹽水閃蒸罐，過熱濃鹽水閃蒸回收熱量，閃蒸冷卻后的濃鹽水經濃鹽水泵排出，送去后續處理或者回噴爐膛。不凝性氣體在冷凝器中富集，由真空泵抽出。

噸淡化水蒸汽耗量等于一除以效數再除以百分之九十，噸水。以五效為例，噸水蒸汽耗量約零點二二噸。噸淡化水電力消耗二到四千瓦時每噸，依效數和裝置大小而異。

四、石化高鹽廢水多效蒸發的完整工藝流程

第一步預處理。高鹽廢水首先進入冷凝器進行預熱和脫氣，然后分為兩股，一股作為冷卻水排出，另一股作為蒸餾過程的進料。進料鹽水加入阻垢劑后進入蒸發器后效。投料鹽水也可以先經過篩網過濾和加藥軟化，去除鈣鎂硬度和懸浮物，降低結垢風險。

第二步多效蒸發。料液經噴嘴被均勻分布到蒸發器的頂排管上，沿頂排管以薄膜形式向下流動，部分水吸收管內冷凝蒸汽的潛熱而蒸發。二次蒸汽在下一效中冷凝成產品水，剩余料液由泵輸送到下一個效組，該組操作溫度比上一組略高，重復噴淋蒸發冷凝過程。

第三步結晶分離。高鹽廢水經過由第一效到末效的依次濃縮，在末效達到過飽和而結晶析出。鹽漿使用鹽水逆流洗滌，去除積聚在晶體表面的有機物，后進入雙級活塞推料離心機離心分離得固體鹽。

第四步深度處理。洗鹽液和離心母液返回該系統，與新送來的生產污水一起循環處理。不能結晶的有機物濃縮廢液可采用滾筒蒸發器形成固態廢渣后焚燒處理。淡化水返回生產系統替代軟化水加以利用。

五、多效蒸發器在石化行業的典型應用場景

場景一：煉油廢水脫鹽。煉油廢水含油含鹽含硫，COD高，采用三效蒸發加強制循環，先隔油除油再軟化除硬，然后進蒸發系統，淡化水回用，濃鹽水送焚燒。

場景二：乙烯裝置廢水。含鹽量高達百分之三到百分之八，COD一萬到三萬，采用四效到五效蒸發，噸水蒸汽耗量可降到零點二噸以下，淡化水含鹽量小于五毫克每升。

場景三：脫硫廢水。脫硫廢水含鹽量高，氯離子濃度高，硬度高，采用三效蒸發加結晶器，產出工業鹽可回收銷售，降低危廢處置費。

場景四：煤化工反滲透濃水。含鹽量三萬到五萬毫克每升，采用五效蒸發加分鹽結晶技術，可分別回收硫酸鈉和氯化鈉，實現鹽資源回收。

場景五：石化廢水零排放末端。多效蒸發加膜濃縮組合工藝，膜先濃縮三到五倍，濃水再進多效蒸發結晶，噸水綜合能耗可控制在較低水平，實現廢水零排放。

六、多效蒸發器的優缺點總結

優點方面。第一，節能效果顯著，五效蒸發比單效節能百分之六十以上，蒸汽經濟性可達三點七以上。第二，技術成熟可靠，運行穩定，操作彈性大。第三，處理效果好，淡化水含鹽量可低于十毫克每升，鹽回收率可達百分之九十以上。第四，可處理廢水范圍廣，含鹽量百分之三點五到百分之二十五的廢水都能處理，COD兩千到一萬毫克每升均可適用。第五，占地面積相對較小，模塊化設計便于擴容。

缺點方面。第一，初期投資大，蒸發器、泵、管道、控制系統整套下來投資不低，一百噸每小時處理量的設備投資約兩千萬到五千萬元。第二，操作維護復雜，需要定期酸洗清洗，結垢嚴重時需停機處理。第三，需要外接蒸汽熱源，很多石化企業雖然有余熱但不一定夠用。第四，效數增加導致每一效傳熱溫差損失增加，管內易結垢，五效以上邊際效益遞減明顯。

七、多效蒸發器與其他技術的組合應用

石化高鹽廢水零排放的完整技術路線是預處理加膜處理加蒸發結晶。預處理包括隔油、軟化、高級氧化等，把廢水中的油、硬度、難降解有機物先去掉。膜處理用反滲透或者納濾把廢水濃縮三到五倍，淡水回用，濃水進蒸發系統。蒸發結晶用多效蒸發或者MVR把濃水徹底蒸發干，產出鹽和淡水。

趨勢是多效蒸發加MVR的組合。多效負責前段大量蒸發，MVR負責后段深度濃縮，綜合能耗可降到低。也有項目采用多效蒸發加分鹽結晶技術，分別回收氯化鈉和硫酸鈉，把危廢變成產品，既環保又創收。

八、一句話總結

多效蒸發器解決石化高鹽廢水的核心邏輯就是八個字：梯級利用，逐級濃縮。用前一效的二次蒸汽喂后一效，把一份蒸汽的熱量吃干榨盡，讓廢水從第一效到末效一步步濃縮到結晶析出，實現水和鹽的徹底分離，淡化水回用，結晶鹽回收或者焚燒處置，真正做到減量化、無害化、資源化。

選型口訣：先測水再定型，算總賬看售后。水量定機型，水質定材質，能耗定成本，工藝定流程。三效打底五效優，七效以上性價比走下坡。順流省心逆流省泵，平流善處理結晶。防垢防腐是命脈，鈦材雙相鋼保命。