水平-竖直管降膜多效蒸发高盐废水处理系统

A Combined Horizontal & Vertical Tube Falling Film with Multi-effect and Evaporation Used in High Salinity Wastewater Treatment System
YANG Luo-peng1,2, ZHAO Cun-hong1, ZOU Zhen-yu3, WANG De-ke1 (1.Haihui Group Co., Ltd, Rizhao Shandong 276500; 2.School of Energy and Power Engineering, Dalian University of Science & Engineering, Dalian Liaoning 116024; 3.The 703 Institute of China Shipbuilding Industry Corporation, Wuxi Jiangsu 214151, China) Abstract: In order to overcome the problem of high salinity wastewater with multi- effect, evaporation and high energy consumption, the paper puts forward the a combined horizontal & vertical tube falling film with multi-effect and evaporation used in high salinity wastewater treatment system. The principle analysis of technical flow and engineering example calculation shows that the secondary steams produced by using vertical tube falling film evaporator become heating steams of horizontal tube falling film evaporation system and lets wastewater to be concentrated in horizontal tube falling film evaporator, so as to reduce the quantity of wastewater in vertical tube falling film evaporation system and reduce the steam quantity with high temperature and high pressure from wastewater evaporation and consumption. Therefore the technology possesses the developing prospect and new technology of energy saving for high salt wastewater treatment. Keywords: combined horizontal & vertical tube falling film with multi-effect and evaporation; high salinity wastewater; wastewater evaporation; horizontal tube falling film evaporator; new technology of energy saving
3效蒸发器
出料
水平管降膜多效蒸发后的浓缩废水 冷凝水
废水
图1 水平-竖直管降膜多效蒸发高盐废水处理系统流程图
2.2 水平管降膜蒸发技术原理 水平管降膜蒸发技术原理
Байду номын сангаас[5-6]
水在水平管降膜蒸发系统浓缩，可有效降低废水蒸发的 （如图2所示），液体 能耗。 （3）依据水平管降膜蒸发所具有的小温差传热特 点，可在50℃～66℃的温差范围内布置多效蒸发器，实 现对蒸汽热量的重复利用。高盐废水在水平管降膜蒸发 器中被浓缩后，废水中的大部分水分被蒸发，浓缩后的 废水作为竖管降膜蒸发器的进料水，减少了竖管降膜蒸
4 结论
通过工艺流程的原理分析和工程实例计算证明，将 水平管多效蒸发技术应用于高盐废水处理，能够利用水 平管降膜蒸发所具有的小温差和高效传热的特点，实现 对热量的分级合理利用，节能效果显著。水平-竖直管降 膜多效蒸发技术应用于高盐废水蒸发是具有发展前景的 节能新技术，在废水蒸发产业上将逐步得到推广应用。
， 而同时该地区每年排放
的工业废水就达上百亿吨， 严重的水污染又进一步加剧了水 资源短缺。 因此有必要寻找高效率、 低能耗的技术实现废水 排放的同时回收淡水资源。 我国每年排放的工业废水中， 石油化工、 造纸、 有色金 属、 煤矿 、 油田等行业是主要的排放源， 排放的废水具有浓 度高、 难降解、 毒性大、 成分复杂等特点
2 水平-竖直管降膜多效蒸发高盐废水工艺
2.1 工艺流程 水平-竖直管降膜多效蒸发高盐废水处理系统（如 图1所示），由多台水平管降膜蒸发器和竖管降膜蒸发 器并联或者串联组成。末效竖管降膜蒸发器内生成的低 温二次蒸汽作为水平管降膜多效蒸发系统第一效蒸发器 的加热蒸汽，这部分低温二次蒸汽的热量通常是被冷却 水带走而浪费；废水在水平管降膜蒸发系统中被蒸发浓 缩后进入竖管降膜蒸发系统，进行蒸发结晶后的废水量 大幅减少，有效降低了竖管降膜蒸发系统消耗的高温高 压蒸汽量。水平管降膜蒸发是小温差、小流量条件下的 高效相变换热技术，可以实现在50℃～65℃的温差范围 内布置多个蒸发器，对末效竖管蒸发器排放的低温二次 蒸汽热量重复利用，从而进一步降低废水蒸发的能耗。 水平管蒸发器内为低温蒸发，蒸发温度通常低于65℃， 这使得蒸发器内传热管束和壳体的腐蚀和结构得到有效 控制，保证了系统运行的稳定性和安全性。
1 引言
随着工业生产的飞速发展， 我国同时面临着废水过度 排放和水资源短缺的危机， 尤其是沿海经济发达地区危机 更为严峻。 东部沿海地区是我国人口最集中、 经济最发达 的地区， 其陆地面积只占陆地国土总面积的15%， 人口数量 超过全国的40%， 经济总量超过50%， 但该地区的人均淡水 资源量低于500立方米， 低于国际上通行的人均1000立方米 的生存底线， 处于严重缺水状况
参考文献：
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以膜状形式由一个水平管向下滴落到与其并联的另一个 水平管，并依靠管内介质的加热而不断蒸发的过程。基 于该技术的横管降膜蒸发器由多排水平管组成，在上一 层管外壁上蒸发的余液落至下一层管上继续蒸发，随着 蒸发的持续进行，液膜厚度不断减小。液膜厚度越小，
中国环保产业 2014.4
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3 应用实例
以某化工厂的废水处理为例，废水成分为：盐度 10%，pH值6～8，温度20℃，处理量100吨/天，加热蒸 汽压力0.5MPa，温度140℃；竖管降膜蒸发器采用3效， 水平管降膜蒸发器为2效，水平管低温多效蒸发系统的 热源是第二效竖管降膜蒸发器内生成的二次蒸汽，温度 为60℃，末效水平管降膜蒸发温度为50℃。 能耗分析结果：相对于典型的竖管降膜3效蒸发系统 0.35吨汽/吨废水的能耗，通过增加两效水平管降膜蒸发 器后能耗降低为0.23吨汽/吨废水，消耗的高温高压蒸汽 量减少30%以上，并同时获得了17吨/天的蒸馏水。如果 按照高温高压蒸汽价格100元/吨、除盐水价格10元/吨计 算，年均可节省费用49.2万元。增加的水平管降膜蒸发器 使投资增加30万元，只需要不到8个月的时间就可以收回 投资。因此该高盐废水蒸发系统的节能效果十分显著。
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技 术 与 工 程 应 用
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水平-竖直管降膜多效蒸发 高盐废水处理系统
杨洛鹏1，2，赵存宏1，邹振宇3，王德科1
（1.海汇集团有限公司，山东 日照 276500；2.大连理工大学能源与动力学院，辽宁 大连 116024； 3.中船重工集团第703研究所，江苏 无锡 214151） 摘 要:为克服现有的高盐废水多效蒸发能耗高的问题，提出了水平-竖直管降膜多效蒸发高盐废水处 理系统。工艺流程的原理分析和工程实例计算证明，利用竖管降膜蒸发器生成的二次蒸汽作为水平管降膜 多效蒸发系统的加热蒸汽，使废水在水平管降膜蒸发器内浓缩，可大幅度降低在竖管降膜蒸发系统内进行 蒸发结晶的废水量，从而减少废水蒸发消耗的高温高压蒸汽量，因此该技术是具有发展前景的高盐废水处 理节能新技术。 关键词:水平-竖直管降膜多效蒸发;高盐废水;水平管降膜蒸发器;节能新技术 中图分类号:X703 文献标志码:A 文章编号:1006-5377（2014）04-0033-03
图2 水平管降膜蒸发过程示意图
2.3 流程技术特点 （1）不受废水成分变化的影响，适用的水质范围 广，系统运行稳定，因此能满足处理高盐废水的技术 要求。 （2）利用竖管降膜蒸发器生成的通常被废弃的二 次蒸汽作为水平管降膜多效蒸发系统的加热蒸汽，使废
二效竖管蒸发器出口蒸汽
1效蒸发器 二次蒸汽
2效蒸发器
[1-2]
蒸发法。 生化处理需要将高盐废水稀释到低浓度下运行， 造 成水资源浪费的同时增加了处理的废水量， 而且由于废水成 分复杂， 难以高效生化降解。 分离膜容易被废水中的有机物 污染， 造成废水处理成本高， 企业难以承受。 多效蒸发法是 将多个蒸发器连接起来的系统， 将前一效蒸发器蒸发出来 的二次蒸汽引入下一效蒸发器作为加热蒸汽， 并在下一效 蒸发器中冷凝为蒸馏水[5-6]。 多效蒸发具有适用的废水水质 范围广 、 运行稳定的特点， 并能使废水得到有效综合利用， 具有显著的经济效益和环境效益。但是目前多效蒸发高 盐废水处理中多采用竖管降膜蒸发器，受传热机理和蒸 发强度的限制，单效蒸发器内的温度差要不小于12℃， 造成系统所需的加热蒸汽压力和温度参数高；同时为有 效控制废水中结垢和腐蚀的发生，要控制第一效蒸发器 中的蒸发温度。这样使得竖管降膜多效蒸发系统的蒸发 器效数一般最多为3效，加热蒸汽的热量循环利用次数 有限，因此能耗成本高成为制约多效蒸发技术用于废水
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发器中消耗的高压蒸汽量。 （4）水平管降膜蒸发器采用的是负压蒸发，在低温 下蒸发，最高蒸发温度低于70℃。由于蒸发温度降低， 传热管材和壳体的结垢和腐蚀问题得到了有效控制，因 此传热管可以使用价格低的铝合金材料替代贵重的防腐 合金，壳体可以使用碳钢内衬防腐涂层，从而有效降低 了蒸发器的制造成本。
其传热系数就越高，水平管降膜蒸发相比其它形式的蒸 发可在很大程度上提高传热系数和传热性能。对于光滑 管而言，水平管降膜的传热系数两倍于竖管降膜蒸发。 在有效合理的喷淋密度下，水平管降膜蒸发不仅消除了 液体静压柱和过热区的影响，而且有效降低了蒸发的驱 动温度，能够使多效蒸发在较小的温差变化范围内有足 够的效数，从而保障了低温多效蒸发的经济性。
[3-4]
。 对于这类高
盐废水的处理， 常采用的方法有生物法、 膜分离法和多效
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处理的瓶颈。 为克服现有的竖管降膜多效蒸发中存在的能耗高问 题，本文提出了水平-竖直管降膜多效蒸发高盐废水处 理系统，该废水处理系统可通过大幅度减少高压蒸汽的 耗量而实现降低废水处理的能耗。