蒸發(fā)濃縮工藝在糖蜜酒精廢水和造紙黑液處理中的應(yīng)用

1、蒸發(fā)濃縮工藝在糖蜜酒精廢水和造紙黑液處理中的應(yīng)用由于垃圾燃燒在國(guó)是一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)， 而瀝濾液又是具有中國(guó)特色的污染問(wèn)題， 目前國(guó)還 未見垃圾燃燒發(fā)電廠瀝濾液蒸發(fā)濃縮處理的相關(guān)研究。 但是對(duì)于傳統(tǒng)的制糖、 造紙等產(chǎn)業(yè)的 高濃度有機(jī)廢水，國(guó)有不少研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)單位采用了蒸發(fā)濃縮的處理工藝。一、蒸發(fā)濃縮工藝在糖蜜酒精廢水處理中的應(yīng)用糖蜜酒精廢水是指糖廠制糖副產(chǎn)品-糖蜜，經(jīng)發(fā)酵后廢液在初餾塔蒸餾出酒精后排放出 的廢水。每生產(chǎn)1t酒精排放出13-15t廢水。糖蜜酒精廢水有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1COD很高，一般在8-12萬(wàn)mg/L ； BOD 5在4-6萬(wàn)mg/L，固形物含量高，屬于高濃度有機(jī)廢水。這一點(diǎn)與垃圾瀝

2、濾液相似，但是通過(guò)預(yù)處理可以將垃圾瀝濾液中的SS濃度降到很低。2 pH值為，含有硫酸根、氯根和有機(jī)酸，對(duì)廢水處理裝置腐蝕嚴(yán)重。而垃圾瀝濾液的pH值顯弱酸性，但是對(duì)其蒸發(fā)濃縮過(guò)程中濃縮液pH值的變化研究不多，所以對(duì)其腐蝕性需要進(jìn)一步研究確定。糖蜜酒精廢水蒸發(fā)濃縮處理是立足于回收廢水中固形物，綜合利用的治理方法。 廢水在蒸發(fā)器中濃縮，得濃漿液，然后制成干粉，干粉用作飼料、肥料、水泥減水劑。廢水在蒸發(fā) 器中以蒸汽冷凝水的形式排放， 而冷凝水回用于酒精生產(chǎn)， 從而實(shí)踐酒精生產(chǎn)閉路用水系統(tǒng)， 無(wú)廢棄物排放的清潔生產(chǎn)工藝，其工藝路線如圖1所示。而垃圾瀝濾液蒸發(fā)濃縮處理工藝中，冷凝水需要根據(jù)其水質(zhì)制定相應(yīng)的

3、處理對(duì)策，而濃縮液回噴至垃圾燃燒爐進(jìn)行高溫燃燒分解。圖1糖蜜酒精廢液蒸發(fā)濃縮工藝蒸發(fā)器是糖蜜酒精廢水濃縮處理關(guān)鍵設(shè)備。蒸發(fā)器的選型及設(shè)計(jì)參數(shù)確實(shí)定是關(guān)系到濃縮處理成敗的大事。廢液中常含有易結(jié)垢、易發(fā)泡的物質(zhì)，如鈣、鎂離子及膠體，結(jié)垢造成 能耗增加。應(yīng)選用物料在蒸發(fā)器有較高流速的蒸發(fā)器，這樣不易結(jié)垢和有較高的傳熱系數(shù)。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，雖有較大的循環(huán)速度， 但循環(huán)泵的電耗是相當(dāng)大的， 我們選用外加熱 式管外沸騰自然循環(huán)式蒸發(fā)器。 這種類型的蒸發(fā)器，物料循環(huán)速度接近強(qiáng)制循環(huán)， 在加熱管 不沸騰從而不產(chǎn)生氣泡，這樣不易結(jié)垢。同時(shí)適合蒸發(fā)粘度較大的物料， 能將物料濃縮至比 重 1.4。糖蜜酒精廢液中鈣鎂

4、離子處于飽和狀態(tài)， 因此易結(jié)垢，而結(jié)垢影響傳熱，降低蒸發(fā)強(qiáng)度 和能耗增大。外加熱式蒸發(fā)器由加熱區(qū) 列管換熱器、沸騰區(qū)、汽液別離區(qū)蒸發(fā)室和循環(huán) 管組成。在列管上部的沸騰區(qū)由于靜壓作用， 使換熱管液體不沸騰汽化，不產(chǎn)生氣泡、 局部 過(guò)熱而結(jié)垢。這種蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)使得循環(huán)有較大的推動(dòng)力，因而溶液循環(huán)有較高的流速2-3m/s ，接近于強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的流速，而比標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器0.5m/s大得多，因此有較高的傳熱系數(shù)、較大的蒸發(fā)強(qiáng)度，對(duì)粘附的物質(zhì)沖刷，使不易結(jié)垢。綜上因素，此類型蒸發(fā)器適用于易結(jié)晶、結(jié)垢的物料和粘稠的物料。二、蒸發(fā)濃縮工藝在造紙黑液處理中的應(yīng)用造紙黑液包括蒸煮過(guò)程中纖維原料與蒸煮藥劑化學(xué)反響生

5、成的全部溶解物，未起反響的局部游離堿和水，因呈黑色而稱為黑液。換言之，黑液是由固形物和大量的水組成的。黑液固形物組成比擬復(fù)雜，大體上可分為有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩局部。有機(jī)物是黑液固形物在堿爐中可以燃燒的局部，它是燃燒時(shí)發(fā)熱量的主要來(lái)源。無(wú)機(jī)物是堿回收的物質(zhì)根底，是黑液中可回收堿和硫的局部。黑液是一種特殊的溶液，具有膠體性、腐蝕性和易氧化性。黑液中膠體物質(zhì)主要有木漿 黑液所含的樹脂酸和脂肪酸鹽的締合膠體以及葦漿黑液所含的水玻璃膠體，這種膠體進(jìn)人蒸發(fā)器后會(huì)加速管垢的形成，降低傳熱系數(shù)。黑液的腐蝕性主要是因?yàn)樗亩握羝捌淅淠?水含有揮發(fā)性有機(jī)酸或各種酸性硫化物，因而對(duì)接觸二次蒸汽及其冷凝水的設(shè)備例如后

6、幾效汽室加熱管外壁、污冷凝水排出系統(tǒng)及冷凝器等有嚴(yán)重的腐蝕性，硫化度越高，腐蝕性越大。黑液的易氧化性是指黑液與空氣接觸后其中的無(wú)機(jī)硫化物和有機(jī)糖類容易被氧化，從而使黑液pH值降低，粘度增大，蒸發(fā)過(guò)程中容易結(jié)垢。蒸發(fā)器選型關(guān)系到蒸發(fā)強(qiáng)度、蒸發(fā)效率、黑液濃度的提高、投資、 節(jié)能和堿回收率等系列問(wèn)題。目前，我國(guó)堿回收車間的蒸發(fā)站存在以下四種形式的蒸發(fā)器：1別離室和加熱室分開的長(zhǎng)管蒸發(fā)器；2別離室和加熱室在同一中心位置直接相連的長(zhǎng)管蒸發(fā)器，一、二效為雙程，各效加熱面積不同；3 板式降膜蒸發(fā)器見圖二；4短管蒸發(fā)器。圖2板式換熱器第一種使用的廠家件已經(jīng)很少了，新設(shè)計(jì)的工廠不再采用； 第二種目前使用的廠家仍

7、居多數(shù)；三種國(guó)家已作為節(jié)能產(chǎn)品推廣使用。由于各效均用不銹鋼制造，和用碳鋼制造的長(zhǎng)管蒸發(fā)器相比，價(jià)格較貴，目前只有一些大型造紙企業(yè)全部采用外，中小企業(yè)一般用作增濃器。近幾年，一些廠采取兩板三管相結(jié)合的形式；短管蒸發(fā)器用于草漿和蔗渣漿的黑液蒸發(fā)，蒸發(fā)強(qiáng)度和蒸發(fā)效率均低于長(zhǎng)管蒸發(fā)器，更低于板式蒸發(fā)器， 能耗高，目前只有少數(shù)小型非木漿廠采用。自由降膜板式蒸發(fā)器作為增濃效、蒸發(fā)草漿黑液時(shí)蒸發(fā)強(qiáng)度在1011kg水/ m2 h之間，而長(zhǎng)管蒸發(fā)器一般只能到達(dá)67kg水/m2h 。由于板式蒸發(fā)器中，黑液蒸發(fā)是在加熱元件外表自由空間進(jìn)行，無(wú)需象管式蒸發(fā)器中，草漿黑液必須到達(dá)別離室才能自由蒸發(fā)， 同時(shí)它的黑液和二次

8、蒸汽的流向與重力方向一致， 因此無(wú)液柱引起的靜壓溫度差損失。 板式 蒸發(fā)器在運(yùn)行中能定期洗滌， 使加熱面經(jīng)常保持清潔， 即便草漿黑液蒸發(fā)時(shí)結(jié)垢， 在加熱面 上形成平板狀的垢片， 也比擬容易在生產(chǎn)過(guò)程中因溫度變化和稀黑液的沖刷自由剝落，使加熱片隨時(shí)保持良好的熱傳導(dǎo)性能，從而具有蒸發(fā)效率高、節(jié)約蒸汽的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)某一測(cè)試， 板式蒸發(fā)器蒸發(fā)草漿黑液， 終濃可比管式蒸發(fā)器提高 10%15% ，蒸發(fā)強(qiáng)度可提高 20% 50%，傳熱系數(shù)平均可達(dá) 1500kcal/m2 hC,因而熱效率提高 15%30% 。蒸發(fā)濃縮工藝中的結(jié)垢問(wèn)題需要引起足夠的重視。 為了除去黑液在蒸發(fā)過(guò)程中蒸發(fā)器產(chǎn) 生的垢層， 在設(shè)計(jì)上除

9、考慮定期水洗以外， 還應(yīng)設(shè)置酸洗系統(tǒng)， 供半濃黑液預(yù)熱器和蒸發(fā)器 的定期酸洗。黑液蒸發(fā)濃縮處理實(shí)例： 稀黑液濃度 固形物 9.75% 蒸發(fā)后濃黑液濃度 固形物 50% 每小時(shí)稀黑液量 48171kg/h 每小時(shí)蒸發(fā)水量 38778kg/h 1 第一方案選用五效板式蒸發(fā)器蒸發(fā)強(qiáng)度按12kg 水/m 2h計(jì)算，所需蒸發(fā)器面積共計(jì)3232m 2。初步按第一效1010m 2，第二、三、四效均為 502m 2，第五效 717m 2 ，實(shí)際共計(jì) 3233m 2。板式蒸發(fā)器價(jià)格為 0.16 萬(wàn)元 / m 2， 5 臺(tái)共計(jì)：3233 X 0.16=517 萬(wàn)元蒸發(fā)效率按3.7kg水/kg蒸汽計(jì)算紙廠 3.34

10、.06kg水/kg蒸汽每小時(shí)耗汽 38778 - 3.7 =10.48t/h 2 第二方案選用兩板三管組成的蒸發(fā)器3878m蒸發(fā)強(qiáng)度按10kg水/m 2h計(jì)算一般911kg水/m 2h ，所需蒸發(fā)面積共計(jì)初步按一、二效為板式，蒸發(fā)面積分別為黑液流程按目前習(xí)慣采用的 3-4-5-2-1兩臺(tái)板式蒸發(fā)器價(jià)格：1030m 2 和 750m 2 ，三、四、五效均定為，合計(jì) 3880m 2。700m1030+750 X 0.16=285 萬(wàn)元長(zhǎng)管蒸發(fā)器價(jià)格為每噸 0.95 萬(wàn)元，每臺(tái)重 30 噸，三臺(tái)價(jià)格為 3 X 30 X 0.95=86 萬(wàn)元 共計(jì)： 285+86=37 萬(wàn)元 蒸發(fā)強(qiáng)度按3.2 kg水

11、/kg蒸汽計(jì)算每小時(shí)用汽 38778 - 3.2=12.12t/h以上只是粗略的估算，從投資方面看，五效板式投資雖多146 萬(wàn)元，但從能源消耗的角度分析， 只需兩年多一點(diǎn)的時(shí)間即可收回投資。 如果把增加用汽量影響到鍋爐系統(tǒng)也隨著 增加的投資一同計(jì)算，投資回收期還低于兩年。板式蒸發(fā)器除了節(jié)能外，還具有傳熱效率高實(shí)踐證明在蒸發(fā)草漿黑液時(shí)為長(zhǎng)管蒸發(fā)器的 1.6 倍、不易結(jié)垢、易清洗等適合濃縮草漿黑液的要求。因此，在蒸發(fā)器的選型上，值 得我們進(jìn)一步探討，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況，進(jìn)行全面的分析比照和計(jì)算，然后作出決定。從理論上說(shuō)，蒸發(fā)器的效數(shù)越多，節(jié)約的蒸汽也越多。但隨著效數(shù)的增加， 蒸汽節(jié)約的 程度降低

12、，而投資卻升高，特別是草類纖維制漿的黑液，由于灰分大、二氧化硅多、粘度大 的特點(diǎn)，效數(shù)多了，黑液在進(jìn)入最后濃縮階段更容易結(jié)垢，使傳熱系數(shù)下降，耗汽量增多。 尤其是制漿能力小的蒸發(fā)站， 甚至增加效數(shù)節(jié)約的蒸汽， 還補(bǔ)償不了增加效數(shù)的熱損失， 反 而增加蒸汽消耗量， 得不償失。 在木漿黑液蒸發(fā)站的效數(shù)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模決定， 而草漿黑液 蒸發(fā)站的效數(shù)除了生產(chǎn)規(guī)模外，還必須考慮黑液性質(zhì)這個(gè)不容無(wú)視的因素。決定蒸發(fā)器的效數(shù)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、黑液性質(zhì)、并與投資、能耗、投資回收期限、經(jīng) 濟(jì)效益等結(jié)合起來(lái)進(jìn)行全面考慮， 絕不能憑經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣做法輕易決定， 否那么增加投資， 不但 沒(méi)有效益，還要增加生產(chǎn)時(shí)的維護(hù)費(fèi)用

13、，甚至給生產(chǎn)管理帶來(lái)麻煩。在中、 小規(guī)模的蒸發(fā)站， 如通過(guò)方案比照，選用四效板式是合理的，那么兩板三管蒸發(fā) 站的設(shè)備投資根本接近，但節(jié)能效果尤為顯著，維護(hù)費(fèi)用減少，生產(chǎn)管理操作也較為簡(jiǎn)便， 更能顯示出板式蒸發(fā)器的優(yōu)越性和先進(jìn)性。根據(jù)以上黑液蒸發(fā)濃縮的計(jì)算方法，對(duì)垃圾瀝濾液采用 5 效蒸發(fā)濃縮的工藝進(jìn)行試算： 設(shè)垃圾處理能力為 1000t/d ，垃圾瀝濾液產(chǎn)率 15% ，蒸發(fā)率 80% ，那么 進(jìn)液量： 6250kg/h 蒸發(fā)量： 5000kg/h1 第一方案選用五效板式蒸發(fā)器130m 2，蒸發(fā)強(qiáng)度按12kg水/m 2h計(jì)算，所需蒸發(fā)器面積共計(jì) 417m 2。初步按第一效三、四效均為 60m 2

14、 ，第五效 110m 2，實(shí)際共計(jì) 420m 2。0.16 萬(wàn)元/ m 2， 5 臺(tái)共計(jì)： 萬(wàn)元水/kg蒸汽計(jì)算紙廠 3.34.06kg水/kg蒸汽第二板式蒸發(fā)器價(jià)格為3233 X 0.16=67.2蒸發(fā)效率按 3.7kg每小時(shí)耗汽 387782 第二方案選用兩板三管組成的蒸發(fā)器蒸發(fā)強(qiáng)度按10kg水/m 2h計(jì)算一般911kg水/m 2h ，所需蒸發(fā)面積共計(jì) 初步按一、二效為板式，蒸發(fā)面積分別為 120m 2 和 90m 2 黑液流程按目前習(xí)慣采用的 3-4-5-2-1 ，合計(jì) 510m 2 。兩臺(tái)板式蒸發(fā)器價(jià)格120+90 X 0.16=33.6 萬(wàn)元長(zhǎng)管蒸發(fā)器價(jià)格為每噸 0.95 萬(wàn)元，每

15、臺(tái)重 5 噸，三臺(tái)價(jià)格為共計(jì)： 33.6+14.25=48.75 萬(wàn)元三、四、五效均定為3 X 5 X 0.95=14.252500m 2，2100m 2萬(wàn)元-3.7 =1.4t/h蒸發(fā)強(qiáng)度按3.2 kg水/kg蒸汽計(jì)算每小時(shí)用汽 38778 - 3.2=1.6t/h以上計(jì)算沒(méi)有包括冷凝裝置、附屬設(shè)備、 控制設(shè)備、 基建等造價(jià)，而且僅僅是簡(jiǎn)單的對(duì) 蒸發(fā)濃縮設(shè)備進(jìn)行了比例上的縮小， 實(shí)際中需要考慮的方面還很多， 所以以上計(jì)算結(jié)果僅供常規(guī)的蒸發(fā)濃縮工藝蒸發(fā) 1kg 的水大約需要 1kg 的蒸汽，而以四效、五效板式蒸發(fā)器 為代表的多效蒸發(fā)工藝，蒸發(fā) 1kg 的水大約需要 0.3kg 的蒸汽，減少了蒸汽用量，提高了 蒸發(fā)效率，使得垃圾瀝濾液的蒸發(fā)濃縮處理在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上成為可行。相對(duì)糖蜜酒精廢液和造紙黑液的濃縮處理， 由于垃圾瀝濾液濃度較低， 同時(shí)經(jīng)過(guò)預(yù)處理可以除去局部的懸浮物和漂浮物，使瀝濾液的污染物濃度進(jìn)一步降低，液體的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步改善，相比擬而言瀝濾液更接近水的物化特性， 理論上使得垃圾瀝濾液在蒸發(fā)濃縮過(guò) 程中結(jié)