作者：席浩君，邱永宁 （天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃 兰州 730060）

摘 要：“机械式蒸汽再压缩”蒸发器是一种新型高效节能蒸发设备，应用于含盐催化剂废水回收的蒸发脱盐法。中试实验 分析得到，电耗约为 45.6kW/t（净化水），MVR 热泵蒸发结晶系统净化水的 TDS 满足小于 300mg/L 的要求，蒸发结晶产生 的氯化钠盐和硫酸钠盐纯度均达 95%以上。

关键词：机械式蒸汽再压缩；蒸发结晶；高效节能

机械式蒸汽再压缩技术 是国际上最 先进的蒸 发技术，是替代传统蒸发器的升级换代产品,在国外 广泛应用于溶液蒸发工艺中，如化工、制药、海水淡 化、污水处理等行业[1-2]。 其原理是利用从蒸发器出 来的二次蒸汽，经过压缩机的压缩，温度和压力升 高，蒸汽热焓增加，被送入蒸发器蒸发室当作加热 蒸汽使用，热量传递给料液后冷凝为水，维持料液 的蒸发状态[3]。 料液蒸发出来的废弃蒸汽得到充分 利用，回收其潜热，减少对外加热及冷却资源的需 求，降低能耗。 由于回收二次蒸汽的潜热，所以其热 效率相当于 5~10 效蒸发器[4]。 系统启动需要一定量 的生蒸汽，运行稳定后系统只消耗电能，不需要加 入生蒸汽，避免了燃料燃烧造成的环境污染，另外 摆脱冷却水依赖，具有节能环保意义。 高含盐废水是指总溶解固体 TDS 和有机物的 质量分数大于等于 3.5%的废水，废水来源主要有生 活废水和工业废水， 其中除含有有机污染物外，还 含有大量的无机盐，如 Cl- 、SO4 2-、Na+ 、Ca2+等离子。 含 盐废水直接排放会对水体生物、生活用水和工农业 用水产生极大危害，造成严重的环境问题。 而高含 盐催化剂废水的处理技术较为复杂， 处理费用高， 目前通常采用生物法、SBR 工艺法、 蒸发脱盐法等 方式[5-7]。 本文应用机械式蒸汽再压缩技术，并对系 统热量进行充分利用，大大降低了蒸发脱盐法的投 资运营成本，并对该技术做理论分析和工程中试实 验结果分析研究，具有一定的意义。

1 工艺流程说明

根据含盐废水前处理工序，采用纳滤技术对废 水中的硝盐和钠盐进行分离。 纳滤浓水中大约含有 5%左右的氯化钠盐， 经过硝盐联产单元中 MVR 蒸 发浓缩后，硫酸钠盐浆进入离心机离心脱水后进入 硝干燥包装单元。 而含氯化钠母液离心后进入氯化 钠蒸发结晶单元，与钠盐浓水一同蒸发浓缩，而钠 盐浓水中硫酸钠盐含量不大于 5%，经过 MVR 蒸发 浓缩后，盐浆进入离心机离心脱水后进入盐干燥包 装单元。 上游浓缩含盐废水经进 料泵增压后 进入预热 器进行预热，预热后进入 MVR 蒸发体系，蒸发体系 由蒸发室、汽液分离室、压缩机和循环泵组成，预热 的含盐废水经强制循环泵、蒸发室加热沸腾后进入 汽液分离室， 废水中的水迅速汽化变为水蒸气，水 蒸气经压缩机后低品质的热能变为高品质的热能 作为热源加热蒸发室，经蒸发室换热后的水蒸气变 为蒸气凝液流入凝液储罐，流入凝液储罐中的冷凝 水经冷凝水泵大部分作为预热器的热流体进入预 热器预热废水，少量用来冷却经压缩机加热形成的 过热蒸汽使其由过热蒸汽变为饱和蒸汽。 而水被蒸 发后浓缩的高盐废水经蒸发室底部经转料泵进 入 盐高位罐储存，然后通入冷却水冷却析出盐分后进 入离心机，固体盐盐收集外运，而母液部分与原高 盐废水充分混合返回。 整个系统只在开车初期补充 少量蒸汽， 运行稳定后系统本身能量自给自足，达到节能降耗的要求，同时，经过测算蒸发系统维持负压， 不但降低盐溶液的沸点，减少盐结垢的风险，同时显著 提高压缩机的效率，大大降低能耗，如图 1 所示。 系统中充分考虑了热量的梯度回用，二次蒸汽 加热蒸发室产生的凝液含有大量的可利用能量，系 统将其应用到三个方面：在一级预热器内初次预热 含盐废水； 在二级预热器内再次余热含盐废水；冷 却压缩机出来的过热蒸汽变为饱和蒸汽。 2 MVR 系统热力分析

由温—熵线 图 2 可以看到 机械蒸汽再 压 缩 蒸 发技术的热力循环过程 [8]，A-B 是料液在预热器中 的预热过程，完成预热工作后料液进入蒸发器中开 始定温定压蒸发 B-C，产生二次蒸汽。 二次蒸汽进 入压缩机得到升温升压变为过热蒸汽，由于该过程 不是等熵压缩，热力曲线如图 C-D。 D-E 是消除过 热的过程，使其焓值降低到饱和蒸汽焓值。 饱和蒸 汽进入蒸发器释放潜热维持料液在蒸发器中的沸 腾蒸发过程，持续产生二次蒸汽，饱和蒸汽变为饱 和水 E-F。 饱和水进入预热器加热刚进系统的料液 F-G。

3 系统热量平衡计算 在热泵蒸发系统中，正常运行过程中系统输入 热量等于系统输出热量，在系统设计中需要考虑到 输入热量和输出热量的分类，得到平衡关系式： q1+q2=q3+q4+q5 （1） 式中：q1——电动机向系统输入的热能，kJ/h； q2——料液带入系统的热量，kJ/h； q3——系统排出浓缩液带走的热量，kJ/h； q4——系统排除二次蒸汽冷凝液带走的热量， kJ/h； q5——散失到外部环境的热量，kJ/h。 热量衡算的 目的是了解 进出系统每 一部分的 热量的大小，从中发现提高能量利用效率的途径并 加以利用。 由（1）式得到，二次蒸汽凝液用于料液的 一次、二次预热，并冷却过热蒸汽对于系统的节能 工作至关重要， 另外装置保温可以减少热量的 散 失，以上工作都可以间接的减少电动机向系统输入 的能量，起到节能的效果。

4 MVR 中试试验分析

4.1 总体运行效果 中石化某催 化剂公司废 水零排放中 试试验连 续稳定运行，废水在经过纳滤工艺后分为氯化钠结 晶 蒸 发 体 系 和 硫 酸 钠 结 晶 蒸 发 体 系 。 蒸 发 单 元 （MVR）主要耗电设备包括压缩机、循环泵、进料泵、 真空泵、转料泵、母液泵、盐高位槽等，其中压缩机 和循环泵为蒸发的关键设备且连续运 行， 试验期 间，蒸发单元的蒸发水量为 300kg/h，测定电耗约为 45.6kW/t（净化水），如图 3 所示。

4.2 蒸发试验结果 对氯化钠和 硫酸钠蒸发 体系的蒸发 净化水进 行分析，得到的分析结果见表 1。

表 1 可以看出，MVR 热泵蒸发结晶系统净化水 的 TDS 满足小于 300mg/L 的要求， 水质状况良好， 可进行回水利用。 从氯化钠结晶盐和硫酸钠结晶蒸发 体系中各 取 5 份结晶盐进行纯度分析，分析结果如图 4、图 5 所示。 从图 4、 图 5 可以看出蒸发得到的结晶盐中氯 化钠和硫酸钠纯度达 95%以上，含水量均低于 5%， 完 全 符 合 氯 化 钠 纯 度 至 少 达 到 《工 业 盐 》 （GB/T 5462-2015）中日晒工业盐Ⅰ级，硫酸钠纯度至少达 到《工业无水硫酸钠》（GB/T 6009-2014）中Ⅲ类一 等品的要求。 5 结论 机械式蒸汽再压缩技术 应用于催化 剂含盐废 水回收，系统净化水的水质状况良好，可回水再用， 节约了水资源，具有一定的环保节能效果。 中试试 验结果表明利用机械蒸汽再压缩技术适合进行氯 化钠、 硫酸钠盐类蒸发结晶工作， 得到较高纯度 （95%以上）的工业用结晶盐。 由于进水氨氮浓度较 高，约 200～400mg/L，影响结晶盐纯度。 建议在工业 化 MVR 蒸发系统中添加汽提塔回收废水中的氨， 可进一步提高结晶盐纯度