作者：江泳* ，吴兴东 ( 浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江 衢州 324004)

［关键词］含氯废水; 废水治理; MVＲ 技术; 蒸发 ; 回收利用

［摘 要］介绍了机械式蒸汽再压缩技术( MVＲ) 原理及其在含氯废水回收处理中的应用，对比了 MVＲ 技术和 传统多效蒸发技术的能效情况。

随着国家新《环境保护法》［1］的实施，环保要求 已从达标排放上升到微排放、零排放的高度，清洁生 产和节能减排就成为当前环保工作的主题。污水回 用、环保新工艺和节能技术将是企业发展的新趋势， 近期国外引进的 MVＲ 技术的应用也逐渐流行起来。

1 MVＲ 技术原理及优势

1． 1 MVＲ 技术原理 MVＲ 是机械式蒸汽再压缩技术 ( mechanical vapor recompression) 的简称，它是重新利用自身产 生的二次蒸汽能量减少对外界能源需求的一项节能 技术，广泛应用于化工、医药、食品、海水淡化和污水 治理等领域。 MVＲ 技术的工作原理是利用压缩机将低温的 蒸汽绝热压缩，提高其温度和压力，增加热焓。即利 用电能向机械能再转化，用以提高蒸汽热焓的内能。 被压缩后的二次蒸汽替代生蒸汽进入换热器的壳 程，作为物料蒸发的热源，以此来循环利用系统的热 源。而消耗的电能只是用于压缩蒸汽所需要的能 量［2］。另外，二次蒸汽全部回收利用，也不需要循 环水和凉水塔等装置对二次汽进行冷凝。 MVＲ 系统除开车启动和预热原料使用极少量 的低压蒸汽外，正常运行后，整个蒸发过程不用生蒸 汽，比传统三效蒸发器节能 50% 。

1． 2 MVＲ 技术的节能优势 蒸发水量按 10 t /h 计，MVＲ 技术的节能优势如 表 1 所示。

2 MVＲ 技术在含氯废水处理中的应用案例 某企业偏二氯乙烯装置生产过程中产生了大量 含有氯化钙的皂化清液，须提浓至质量分数在 35% 以上，成为皂化母液后，再进一步加工为固体工业氯 化钙。

2． 1 皂化清液主要物性 ( 1) 皂化清液成分组成如下: w ( CaCl2，12% ～ 17% ; w ( CaCO3 ) ，少 量; w［Ca( OH) 2］，1% ; 溶剂是水。 ( 2) 不同浓度氯化钙溶液的沸点如表 2 所示。

( 3) 根据氯化钙溶液的沸点和溶解度等特性， 采用组合工艺处理氯化钙废水，即前端采用 MVＲ 技术，后端运用多效蒸发工艺降低治理废水的综合 能耗。

2． 2 皂化清液 MVＲ 蒸发温升方案 在蒸发温度范围内，氯化钙溶液的溶解度随温 度变化较大，物料沸点上升较高，蒸汽压缩的能耗增 加。浓缩终点浓度影响溶液沸点及系统的最终运行 费用。根据氯化钙理化参数测算，浓缩终点在质量 分数为 30% 时，溶液沸点升高 10 ℃，蒸发 1 t 水压 缩机能耗为 48 kW; 浓缩终点在质量分数为 35% 时，溶液沸点升高 15 ℃，蒸发 1 t 水压缩机能耗为 60 kW。相比之下，浓缩终点在质量分数为 30% 时 的经济性高，故设计时将浓缩终点确定在质量分数 为 30% 。

2． 3 蒸发系统工艺方案的确定 皂化清液中含有少量 CaCO3、Ca ( OH) 2 等，易 造成设备管道结垢。因此，蒸发系统采用了强制循 环蒸发工艺方案。强制循环蒸发器适用于高黏度、 易起泡、易结垢、热敏性差、有结晶析出的料液，该料 液在蒸发器内的停留时间长，有利于充分换热; 同 时，成品母液的浓度稳定，有高的浓缩比。

2． 4 皂化清液 MVＲ 蒸汽压缩机的优化 机械式蒸汽压缩机分为罗茨压缩风机和离心压 缩机两种，不同的类型具有各自的特点，在不同的应 用规模条件下也分别具有各自的优势。 在 MVＲ 装置的机械蒸汽压缩机选型时，如果 在蒸发量低于 5 t /h 的环境中，可以选择罗茨机械 蒸汽压缩风机; 在蒸发量较大而沸点升高( 小于 3 ℃ ) 的环境中，可以选择普通离心蒸汽压缩机; 在蒸 发量大、沸点升高较大的工况下，推荐选用单级高速 离心压缩机。 对于氯化钙溶液提浓装置的 MVＲ 蒸汽压缩， 建议选用温升 20 ℃的高速离心式蒸汽压缩机。

2． 5 皂化清液 MVＲ 蒸发主要工艺参数的选择 皂化清液 MVＲ 蒸发的主要工艺参数: 进料量 为 13 000 kg /h，蒸 发 量 为 6 500 kg /h，出 料 量 为 6 500 kg /h，压缩机进口气体压力( 绝对压力) 为 70 kPa，压缩机进口气体温度为 90 ℃，压缩机出口气体 压力( 绝对压力) 为 140 kPa，压缩机出口蒸汽温度 为 110 ℃。 2． 6 MVＲ 蒸发系统工艺流程 质量分数为 15% 的 CaCl2 皂化清液，经进料泵 打至串联的一级板式换热器，分别与原料液、系统蒸 馏水换热，进入二级蒸汽换热器; 再用鲜蒸汽作为热 源，加热物料至沸点温度( 101 ℃ ) 。 加热至沸点的氯化钙废水进入强制循环蒸发器 管程，在强制循环换热器内增压加热升温后，进入一 级分离器闪蒸。汽液两相在一级分离器内分离，皂 化液浓缩至质量分数为 30% ，由出料泵送至贮槽， 供下一道多效蒸发系统进一步提浓。 一级分离器闪蒸后产生的二次蒸汽自一级分离 器顶部出来，进入二次分离器再次脱除小液滴，最后 进入 MVＲ 压缩系统。90 ℃二次蒸汽进入压缩机绝 热压缩，产生出 150 ℃的过热蒸汽经减温增湿，降到 110 ℃的饱和蒸汽进入强制循环蒸发器的壳程，作 为热源。加热物料后的蒸汽冷凝成 110 ℃ 的冷凝 水，流至蒸馏水罐，由蒸馏水泵打至一级板式换热 器，与皂化清液换热后，排入冷凝水槽。

3 含氯废水 MVＲ 工艺方案实施

3． 1 蒸汽压缩系统 压缩机选用了国产高速离心式压缩机，配进口 变频电动机和变频控制器，叶轮采用 TC4 钛合金，壳 体选用 316L，具有抗疲劳应力强、运行稳定、使用寿 命长及运行效率高等优点，确保温升 20 ℃以上。

3． 2 蒸发系统 蒸发系统主要由蒸发分离器、加热室和强制循环泵等组成。 MVＲ 蒸发技术为单效蒸发，蒸发分离器直径较 大，按照 6． 5 t /h 的蒸发量，蒸发分离器的设备规格 为 Ф 2 500 × 8 000。MVＲ 蒸发装置加热室面积较 大，推动力有效温差控制在 6 ～ 8 ℃，加上溶液沸点 上升的 10 ℃，总温差控制在 20 ℃。加热器采用两 台 418 m2 的立式管壳换热器，管程介质为物料，壳 程介质为压缩后的二次蒸汽。两台加热室采用串联 式，保证系统稳定运行的同时，降低了强制循环泵的 流量，从而降低系统能耗。由于蒸汽压缩机的作用， 它既是物料加热器，同时也是二次蒸汽的冷凝器。 循环泵采用卧式轴流砂浆泵，全开式叶轮，适合于磨 蚀性以及含固体颗粒的条状流体。

3． 3 采用二级蒸汽洗涤分离系统 二级蒸汽分离器可以对二次蒸汽进行彻底的分 离。在一、二级分离器内设置了折流式的曲折通道 高效捕沫器除雾装置，可以保证物料气液分离不夹 带、不起泡，提高气液分离效率，降低雾沫夹带损失。 蒸发所产生的二次蒸汽经过捕沫器除沫后进入蒸汽 压缩机，防止出现爆沸或水滴夹带等特殊情况对高 速离心压缩机叶轮造成冲击，进而导致氯化钙粉粘 附到叶轮上而影响压缩机的稳定运行。分离器设置 在线清洗功能，保证了一、二级分离器及管壁的清洁 和较高的换热效果。

3． 4 压缩机出口过热蒸汽增湿减温系统 方案中氯化钙溶液浓缩沸点升高 10 ℃，换热器 推动力温差在 6 ～ 10 ℃，所以总温升控制在 20 ℃， 以有效防止局部浓度过高及“干烧”等情况，从而减 少结垢。压缩机实际出口温度达 150 ℃ 左右，形成 过热蒸汽，对蒸发装置换热效果有影响。因此，须增 湿降温。 在设计时给压缩机出口管道安装喷淋雾化装 置，用软水进行增湿降温，确保蒸发系统加热蒸汽温 度保持在 110 ℃左右。

3． 5 皂化清液预热系统 MVＲ 蒸发系统要求物料达到沸点进料，否则须 额外补充二次蒸汽才能实现系统的自平衡。因此， 有效的预热系统是保证 MVＲ 装置高效运行的关 键，于是，某企业浓缩液、冷凝水的预热必须充分利 用。设计安装了物料预热器及冷凝水预热工艺。氯 化钙溶液先与产品浓缩液换热后，进入并联的板式 换热器，分别与 MVＲ 系统的蒸汽冷凝液和界区外 的冷凝水进行换热。换热后的两股物流汇合，使物 料温度升至 92． 5 ℃再进入二级蒸汽预热器，与鲜蒸 汽换热，至 101 ℃后进入 MVＲ 系统。

3． 6 蒸汽密封系统 蒸汽压缩机内压低于大气压。为了避免空气进 入蒸汽压缩机，影响系统的稳定性，压缩机使用了迷 宫密封，须在轴封内充入蒸汽。在试车过程中，压缩 机蒸汽容易漏入油系统。某企业经过和压缩机厂家 沟通，增加真空泵抽气方式，运行后，可以完全避免 蒸汽漏入润滑油系统。

4 实施效果 皂化清液 MVＲ 蒸发浓缩装置经 2016 年 1 月的 水联动试车、化工投料试车，并在稳定运行后，进行 装置 72 h 满负荷性能测试，测试情况总结如下。 ( 1) 工艺设计参数与实测值对比见表 3。 ( 3) 效益计算。 以 10 万 t /a 蒸发水量计算，MVＲ 蒸发比三效逆 流蒸发节约费用: 80． 69 × 10 = 806． 9( 万元) 。 ( 4) MVＲ 系统总体运行效果评价。 主要设备压缩机、强制循环泵等运行稳定，机械 性能好，无明显振动、杂音等。自动化程度较高， DCS 系统各控制点、单元等调节、控制灵敏。主要运 行参数符合技术提供方的设计要求，产能和各项消 耗都能达到设计指标。

5 结语 笔者介绍了 MVＲ 技术在氯化钙废水回收处理 中的应用。通过科学合理的方案优选设计，MVＲ 技 术已成功应用于高沸点物料———氯化钙废水的蒸发 提浓生产。装置主要运行参数满足设计要求，产能 和各项消耗都能达到设计指标，具有较好的推广应 用价值。与传统的多效蒸发技术相比，MVＲ 是一项 实现废水提浓蒸发的低能耗技术，在废水处理等领 域有着越来越广泛的应用前景，并将对我国循环经 济和环保产业的发展起到重要支撑作用。