【微水會•第30期】MVR蒸發器在高鹽水行業的應用及案例介紹
時間：2016-08-03 來源：微水會 作者：王一飛
微水會導語
高鹽污水產生途徑廣泛，水量也逐年增加。最小化高鹽廢水排放對環境產生的影響要求去除含鹽污水中的污染物。常用的高鹽廢水處理方式包括以下幾種：耐鹽細菌生化處理、傳統蒸發濃縮設備蒸發、膜技術除鹽、電解除鹽。
但是由于高鹽的毒害和抑制作用，生化處理技術實施遇到極大阻礙；傳統的蒸發濃縮設備運行費用高、能效低；膜技術處理設備價格昂貴，易堵塞、易污染、最后產生的濃液無法處理；電解方式通常會因為有機物的問題而無法電解。
以人類目前的技術，高鹽廢水處理最理想的方式可能就是用MVR蒸發器，MVR蒸發設備可以將鹽類以固體的形式分離處理，甚至達到零排放的效果，而得到的固體結晶還可以再回收利用。其對于沒有蒸汽來源的廠家采用更具優勢。
本期微水會邀請到在業內有多年經驗的瑞升華王一飛王總與大家一起分享MVR蒸發器在高鹽水及污水領域的應用。現微水會將干貨頻出的精彩分享內容做梳理，供業內人士學習參考和交流。
微水會·第30期
主題：MVR蒸發器在高鹽水行業的應用
話題：
1、瑞升華企業介紹
2、MVR：機械式蒸汽再壓縮機蒸發器介紹
3、高鹽廢水解決方案
4、案例介紹
嘉賓介紹：
王一飛 深圳市瑞升華科技股份有限公司 華北區總經理
關于瑞升華：
深圳市瑞升華科技股份有限公司(原深圳市瑞升華科技有限公司）公司創建：成立于2006年，國內首家專業從事MVR（Mechanical Vapor Recompression，又名MVC）蒸發器研發、設計、生產、銷售的高新技術企業。
產品簡介：MVR機械式蒸汽再壓縮裝置，是將蒸發系統內產生的二次蒸汽通過壓縮機做功，提高蒸汽熱焓，循環進行加熱蒸發，充分利用系統內二次蒸汽及冷凝水的余熱，節能效果突出。不用鮮蒸汽，可節省90%以上冷凝水、80%人力資源、60%場地。
微水會·精彩講堂
一、MVR蒸發器介紹
1、MVR簡介
MVR蒸發器使用的是通過壓縮機壓縮二次蒸汽，國產壓縮機每臺可提供20℃的溫升，進口壓縮機每臺可提供9℃的溫升。因此，蒸發器系統對進水的要求是沸點盡可能小于15℃，以達到節能蒸發的目的。
MVRvs多效蒸發
單效蒸發：其生蒸汽在系統內只使用了一次。
雙效或三效蒸發：生蒸汽在系統內使用了兩次或三次。
MVR與多效蒸發器的區別在于，二次蒸汽一直在系統內循環使用，所以可認為其能量沒有被浪費。
系統消耗的能量為將溫度從119℃提升到130℃，壓縮機所消耗能量。MVR節能體現在，其只需輸入16KJ（噸水）就可使二次蒸汽從無用變為有用。
PS：壓縮機功率=蒸發量*壓縮機系數*溫升。
能耗對比：
MVR消耗的是電能，生蒸汽的消耗在進料必須達到蒸發溫度，需要的蒸汽僅僅用來預熱物料。
MVR蒸發器材質：
例如：氯化鈉氯離子含量高，蒸發器材質建議使用鈦材，如果氯化鈉的蒸發溫度控制在80℃以內，也可采用2205 ，但風險較大。相比而言，使用鈦材更為可靠。
MVR對水的要求：
1）Ca2+、Mg2+需小于100mg/L，若Ca2+、Mg2+超過100mg/L，蒸發時，結垢較為迅速；
2）不能有硅或硅化物，要求含量小于30mg/L，若超過，也會有結垢現象發生；
3）不能有氰化物，一旦泄漏會產生爆炸。
2、降膜與強制循環
如上圖為兩個降膜+雙強制循環系統，這套系統在大蒸發量中是比較經濟的案例。
降膜：物料沿著管壁由上向下在1.5-2m/s的流速下形成膜，蒸發強度大，效率高。降膜的換熱系數可達到1200-1500。簡單理解為：降膜蒸發一噸水需要約60平方。強制循環換熱系數600-800，蒸發一噸水需要約120平方。
系統中盡可能多使用降膜來降低投資和換熱器的使用，在飽和之前都可使用降膜。
降膜只適合液體沿管壁流下，如果有晶體形成，會馬上在管壁上“干涸”，發生堵管。
3、MVR工作流程
簡單概括為預熱—降膜—強制循環—離心。
原料罐通過進料泵將原料打入換熱器，（板式換熱器，通過冷凝水與進料換熱、生蒸汽與物料換熱），通過兩個板式換熱器，保證進料溫度。后進入降膜系統，使物料從不飽和達到接近飽和的狀態。再經過強制循環泵打入強制循環系統，使物料達到結晶，并在結晶分離器中沉降。晶漿液會通過稠厚器（結晶器里的晶漿液進行沉淀，使結晶器和離心機的效率更高）漿液沉淀，清液送到母液罐。稠厚器和離心機分離出來的母液通過預熱系統再次進入強制循環系統。
降膜系統和強制循環系統的二次蒸汽都進入到蒸汽壓縮機，通過自動分配的方式，使降膜的換熱器能夠作為兩效使用，降低換熱器的投資和壓縮機能耗。
應用領域：
MVR蒸發器可運用到制藥、化工、水泥、石化、電子、鋼鐵、染料等行業�；旧闲枰舭l、凝縮的行業都可以通過MVR進行操作。
二、高鹽水解決方案
預處理方式：
1、高溫濕式氧化+MVR工藝
高溫濕法氧化的目的是物料在500-600℃氣體中將廢水中COD氧化。
這種方式由于投資比較大，系統較為復雜，在國內的應用案例不多。如果能夠從廢水中提取到有利用價值的鹽是比較可靠的，如果只是為了氯化鈉或硫酸鈉廢鹽，意義不大。
2、溶劑萃取+MVR
水中含有DMAC、DMF等，直接蒸發，會對水的出鹽和壓縮機有很大影響，其次，這些物質較有價值，可先回收，再做蒸發處置。
3、活性炭吸附+再生爐+MVR
工業廢水中COD過高在蒸發時，很難得到較好的鹽。將COD降到2000-3000mg/L時才可能得到白色較好的鹽。
因此，較好的方法是用活性炭吸附水中的COD，使其下降，再經過MVR蒸發器。吸收了COD的活性炭通過再生爐二次再生，循環使用。（每噸活性炭的損耗量在5%以內，即活性炭可以使用20次）。噸水的吸附再生費用在10-20元左右。
目前，在煤化工中，有兩段是需要活性炭吸附再生，一是蒸發除鹽的前段，需要通過某種方式降低COD，比如樹脂吸附、高級氧化；二是最終水的零排放，將出水COD降到適宜范圍。
4、硫酸變副產
稀酸腐蝕性較強，不好濃縮，一般會通過加MgO等，變成可利用的副產。
5、高鹽高沸點有機物——MVR+焚燒
針對無法生化和蒸發的物料，會先考慮用濃縮將COD減量部分，再通過焚燒或生物干燥的方式將高鹽高沸點的物質燒掉。目前，焚燒的方式有兩種，一是生物造粒，二是作為固體焚燒。
三、項目案例分享
1、內蒙古聯邦制藥
該項目蒸發量為180噸/h，系統采用德國piller壓縮機，材質為鈦材，所有泵為一用一備�？偱潆娏�3600kw。項目在降膜系統做了優化，不僅有系統常規的降膜+強制循環系統，在降膜期更將其做成兩效或三效，大幅度降低了蒸汽消耗量，降低了壓縮機能耗。
從以下示意圖可看出：降膜采用三效，每一效又采用了三級，同時共用一個分離器，降低了占地面積和分離器的投資。
2、浙江上虞項目
3、其他案例一覽
四、關于鹽硝分離
鹽硝分離中鹽指氯化鈉，硝指硫酸鈉。
進行鹽硝分離需要找出氯化鈉與水相、硫酸鈉與水相結晶的區別點。現較多案例均為通過熱法結晶來進行硝鹽分離，采用的是在85℃時析出硫酸鈉，在45℃通過冷卻拿出氯化鈉晶體，最后濃縮初混鹽。
以下為上海某客戶的鹽硝分離設計方案，供交流。
安裝現場：
南方較熱，鋼架不需保溫，故采用鋼架結構多；北方冬季寒冷，施工期短，采用混凝土結構結實可靠，進行保溫設計后，冬季操作維修方便。
案例：內蒙古億利資源煤化工項目
提供的是高溫出硫酸鈉，低溫出氯化鈉。
物料經過板式換熱器預熱后經過兩個降膜換熱器，再進入強制循環系統，在高溫下硫酸鈉達到飽和狀態結晶出鹽，剩余母液中含有的氯化鈉經過冷卻水結晶析出，其余母液進入混鹽系統。
實際能夠產出好鹽及混鹽的量，需要根據實際判斷，不可概一而論。
Eg：15噸鹽硝分離現場占地大概為30m*20m*30m。
微水會·答疑解惑
▷ 1、沸點升是多少？結垢如何解決呢？我覺得是相變的過程。潛熱和顯熱的焓利用�，F在有利用聚合物薄膜做換熱器的，以防止結垢。貴公司是否有這方面考慮？
答：沸點升指的是不同鹽溶液在沸騰時的溫度，氯化鈉飽和時沸點升高107℃、氯化銨是112℃；結垢解決很難，最好做到預防，一要控制Ca2+、Mg2+，二要控制硅；如果發生結垢，要進行水洗，有水洗和酸洗。
目前一般所用金屬材質的換熱器有鈦材、碳鋼、316、2205、304；目前因316、2205及鈦材的換熱系數較好應用比較多。
▷2、進出口溫度升最小能做到多少，越小越節能嗎？
答：國產壓縮機是20℃的溫升，進口壓縮機一臺是8-9℃的溫升。
▷3、沸點升不能超過15℃吧？
答：沸點升高最好都不要超過10-12℃；壓縮機的總能升是20℃，如果沸點升高超過15℃，再考慮2℃損失、3℃溫差，蒸發效果會很不好。我們希望有效的蒸發溫差盡可能會大一點，5-6℃會比較好。
▷4、想請問，強制循環蒸發傳熱系數只有600到800嗎？
答：降膜的換熱系數一般采用1200-1500，強制循環600-800。換熱系數盡量保守些，換熱面積大些，壓縮機溫升又足夠，最終的蒸發使可以保證的，可使系統更加可靠。
▷5、MVR和多效蒸發可不可以理解為MVR比多效蒸發多一套壓縮機系統？
答：MVR就是降膜系統、強制循環系統和壓縮機三部分組成；多效分為一效、二效、三效再加結晶器，在前面有負壓、常壓、正壓三個壓力段，系統操作起來非常復雜。
▷6、蒸汽壓縮機都需要注水，這個水的消耗量有多大？
答：蒸汽壓縮機都需要注水，因為壓縮機在壓縮二次蒸汽時會有一個過熱過程，需要將過熱變成飽和；一般來說一噸蒸汽蒸汽會補充50公斤左右的水，但國產壓縮機和進口壓縮機會有異。
▷7、有一個電鍍廢水的膜分離濃水，含鹽量只有4W多，主要為硫酸鈉和氯化鈉，考慮MVR是否經濟？
答：所謂經濟最重要的是考慮電耗及蒸汽的投資費用，如果蒸汽價格超過150原，電價在一元左右，mvr系統較為劃算。
▷8、我們的MVR怎么不析晶的呢？壓縮機喘振怎辦？
答：有幾種狀況，一是系統設計時只考慮了濃縮沒有做結晶器，另一種是在設計時沒有達到足夠的蒸發量，例如，進料的氯化鈉濃度是8%，出來時是20%，沒有達到飽和不會析晶（因氯化鈉達到27-28%才會結晶）。
發生喘振是因轉速和過氣量（設計額定量）不匹配，這時就需迅速調整蒸發量來使轉速和過氣量、進料量來達到平衡。這也需要根據工程現場情況來進行判斷。
▷9、廢水COD5萬mg/L，主要為硫酸鈉，怎么利用MVR蒸發器？
答：硫酸鈉比較好做，如果不考慮氯化鈉或不含氯化鈉，硫酸鈉的沸點為103℃。如果水量足夠大，需要進行預處理，需要得到比較好的硫酸鈉；如果水量只有3、5噸，可以進系統直接蒸發，這時需通過簡單的蒸發實驗來對水樣進行測試，判斷是否結晶、結晶效果如何。
▷10、MVR啟動時也需要蒸汽吧，這個蒸汽發生器怎么配的？
答：是需要蒸汽的。綜合的前提一是盡量使用系統的冷凝水，因為冷凝水出來為80℃，盡可能消耗冷凝水的溫度使其降到30℃，二是冷凝水不足以使所有進料升高到85℃，需要生蒸汽補充熱量，使進料溫度保證是85℃。所以蒸汽發生器配比是算出來的，根據進料量、溫度提升，計算出冷凝水噸數及生蒸汽需求量。
▷11、請問我們的鹽水中有10%氯化鈉，4%氯化鈣，2%磷酸鹽，C0D6000mg/L，能用MVR嗎？（附水樣）
答：大概看起來還是可以的，除了硫氫化鈉、氰化物、Ca2+ 、Mg2+要去掉，一般來說都是可以的，但沸點需要測量，并且cod較高的話會對沸點產生影響。
▷12、MVR一般對COD要求是多少？
答：一般來說COD1以內萬mg/L出鹽會比較好，COD3-5萬mg/L出鹽可能會發黃發黑，具體的還需通過實驗室水樣的測試來確定。
▷13、如何保證蒸餾水水質？
答：MVR和多效蒸發都只是一種蒸發的方式，很難保證水質，但要盡可能的判斷和預防。例如進料COD1000mg/L，冷凝水可保證在500-800mg/L，如何做：一是會有除膜器，二是蒸發溫度會比較低，讓水中輕組分不會全部蒸出，三是在國產壓縮機之后會加一個二次除膜器。
▷14、如果有機物過高，會不會形成粘膜，影響結晶除鹽？
答：有機物高的會不好結晶，影響結晶質量。對于高COD的水可以濃縮，但最后出現稀糊狀物質不可能有很好結晶。所以一是通過實驗來判斷能否結晶，二是要記錄在結晶過程中發現的一些情況，如起沫、起泡、沸點多少、結晶情況如何等，通過這些方式才能真正判斷是否適合MVR，能否結晶，用什么材質（根據系統中是否有氯化鈉和氯化銨判斷）。
▷15、蒸發量，進水量都越來越小，結晶釜就是沒有鹽，是否與降溫不夠有關？
答：首先要判斷到底有多少含鹽量，根據設計量設計的降膜和強制循環系統，但實際進水中含鹽量遠小于設計值，降膜中是肯定沒有出鹽。這時需要將水樣進行化驗，確定含鹽量值。
▷16、處理后的水直接排放？還需要處理嗎？
答：能否排放是不確定，需要做判斷和分析。主要看cod、氨氮含量。
▷17、我們的碳酸銅廢水，COD5000mg/L，能夠用MVR嗎？
答：如果是水蒸發的，應該可以做，但需看下碳酸碳沸點，正常沸點升不要超過12℃，10-12℃是可接受的。
是否適用MVR第一要素是材質能夠接受，即能夠用到2205、316和鈦，不需要更多材質且對壓縮機無腐蝕；第二要素是物料最終的沸點升高不會超過12℃，12℃也可做，但壓縮機能耗會大些，蒸發面積會大。
▷18、生蒸汽板式換熱后回收進壓縮機嗎，蒸發器怎么清洗？
答：生蒸汽進入板式換熱器、物料換熱器后，生蒸汽就排掉送到冷凝水系統，或送到另一個水回收系統，生蒸汽只是將進來的物料加熱到85℃，并沒有生蒸汽直接進去系統。如果考慮系統的簡單性，生蒸汽不直接預熱物料，也可直接進入換熱器系統，進行換熱。兩種方式總的熱量是平衡的，都一樣。
盡可能降低Ca2+ 、Mg2+進入量；用水洗、清料洗、酸洗（鹽酸）；加入適量阻垢劑，降低結垢的情形發生。
▷19、水環真空泵真空度越高越好嗎？
答：系統的真空不是由于真空泵抽真空來造成，系統的真空是由于二次蒸汽都被冷凝掉帶來的真空，如果二次蒸汽不能被冷凝掉而是通過真空泵，系統是不匹配的。
▷20、當時我們做MVR中試做出來的結果計算后說相當于12.5效的蒸發器。您那里有沒有計算過，相當于多少效？
答：蒸汽價格不同，計算效率不同，最高也可以達到30，主要看蒸汽價格。
▷21、噸水投資大概為多少呢？
答：大約為80-120萬，換熱器材質、壓縮機不同，投資也不一樣。
▷22、想請問，榆林這套活性炭吸附再生裝置，再生是熱再生還是化學法再生，是否產生二次廢氣排放？
答：是熱再生，尾氣達歐5標，尾氣成本稍高一些。
▷23、用MVR的系統需要考慮備用嗎？如果出現問題是臨時采用蒸汽做單效驅動嗎？換熱器共用還是獨立配置的？
答：MVR系統一般沒有考慮壓縮機備用，因為壓縮機價格太貴，占MVR系統價格的35%左右；如果想采用臨時蒸汽備用，要考慮壓力承受問題，MVR屬于負壓容器，除非有減壓閥減到一公斤以下，否則屬于壓力容器不允許。這種情況下，在設計時就需要考慮壓力容器設計。
▷24、通常MVR設備的維護檢修時間多久呢？需要考慮事故池來存進料嗎？通常需要停機多長時間？
答：MVR如果出現事故，一般會停機較久，尤其是國外進口設備（進口piller壓縮機一般故障率小于1%）。MVR設置事故池（5-10天存量）要與MVR的檢修周期相匹配，所有泵的密封要做備件。正常情況下，壓縮機出現的問題不是很大，一般一年檢修一次；非正常情況損壞，維修時間會比較長。
▷25、您前面提到預處理時主要講了COD的去除，此外還提到了二氧化硅，那么，MVR對進液COD和硅的具體限定指標是多少？除了COD和硅之外，MVR對進液還有沒有其他指標的要求？
答：MVR對COD進行處理時，是分輕組分和重組分的。輕組分一般具有揮發性可進入到濃水中，進行蒸發；重組分會形成釜底液不會蒸發。因此要區別對待。
硅酸鹽只有在堿性條件下，才會結垢，對換熱管有影響。
▷26、上次一個項目咨詢過貴公司，因為氯離子濃度過高，說要用鈦合金材質做，然后壓縮機還受不了，所以造價過高，請問MVR對鹽分或離子濃度有什么進水條件？一般的設備造價如何計算？
答：氯離子用鈦才壓縮機葉輪沒有問題的，蒸發器材質也是鈦材沒問題。氯化鈉、氯化銨、硫酸鈉、硫酸銨都是可以通過mvr來做的。
▷27、您認為負壓蒸發與微正壓蒸發相比，哪個優勢大？
答：MVR一般采用85度蒸發來保證系統的可靠和節能，但根據不同物料會有不同要求。
▷28、壓縮機能耗和MVR整體能耗一樣嗎？
答：壓縮機能耗材是指壓縮機功率，不包括其他泵和離心機的電耗。
▷29、如果進水中有氟離子時，選材有什么要求？鈦的話最多能耐受多少濃度的氟？
答：有氟離子的時候建議不要用鈦才 ，鈦才對氟離子的耐腐蝕程度較差，可以考慮80度左右用2205來蒸發，避免氟離子和氯離子的雙重腐蝕。
微水會·結束語
首先非常感謝瑞升華，感謝@王一飛王總將多年經驗分享，在微水會分享關于MVR蒸發器在高鹽水行業的應用。
在本期微水會中，王總以案例為主線，循序漸進的通過案例，依次就何為MVR，與多效蒸發相比優勢MVR優勢何在，降膜系統與強制循環系統、MVR工作流程、對進水要求等做了詳細講解；后強調出鹽關鍵，但預處理也不可小覷，輔以實際案例介紹了針對不同性質高鹽廢水現常采用的五種預處理方式；最后對鹽硝分離做了詳盡介紹。答疑環節就微水會成員提出的沸點升、蒸發器怎么配比、結垢處理方法、壓縮機喘振、蒸發器清洗、噸水投資等問題給予了耐心而詳盡的解答，針對群友以水質詢問能否采用MVR工藝，給出了具體分析�？芍^是受益匪淺吶。
小編想說，隨著資源、能源消耗呈持續增長趨勢，所面臨的環保壓力也越來越大，工業轉型之路上，廢水處理也日益嚴格化，本次微水會內容分享的MVR蒸發器，所具有的突出優勢便是節能，廣泛用于化工、醫藥、食品、生物工程等高濃度廢水處理行業，在與相關工藝結合，未來市場前景可期。
最后的最后還想說，這么多的干貨內容，是需要花時間消化和思考一段了。微水會與您相約下期，更多精彩值得期待！
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