01 多效蒸發(fā)

一、基本原理

多效蒸發(fā)（以下簡稱MED）的原理是將多個蒸發(fā)器串聯(lián)起來，前一個蒸發(fā)器的二次蒸汽作為下一個蒸發(fā)器的加熱蒸汽，下一個蒸發(fā)器的加熱室便是前一個蒸發(fā)器的冷凝器。

在多效蒸發(fā)系統(tǒng)中，只需要在第一效處加入新鮮蒸汽，在之后的前面一效蒸發(fā)塔頂產(chǎn)生的二次蒸汽，直接用作后續(xù)一效蒸發(fā)塔再沸器的加熱介質(zhì)，一效之后的蒸發(fā)塔就無需再引入新鮮的蒸汽，最后一效塔頂蒸汽可以用作低壓力等級熱源。因此，其最大的優(yōu)點是多次利用二次蒸汽的汽化和冷凝，可以顯著減少新鮮蒸汽消耗量。

二、MED蒸發(fā)器類型

MED蒸發(fā)器類型很多、按照蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)器類型、蒸發(fā)效數(shù)和物料流動方向分類，共四大類十五種：

按蒸汽壓力分為：常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)；

按蒸發(fā)器類型分為：管式蒸發(fā)、板式蒸發(fā)和管板結(jié)合蒸發(fā)；

按效數(shù)分為：二效、三效、四效、五效和六效蒸發(fā)；

按物料流動分為：并流、逆流、混流和平流。

那么，MED蒸發(fā)器到底該如何比選？3個原則：

1、逆流和混流效果均優(yōu)于并流系統(tǒng)

逆流多效蒸發(fā)能耗最小，并流多效蒸發(fā)能耗最大；混流多效蒸發(fā)系統(tǒng)的特性相對并流多效蒸發(fā)系統(tǒng)較好。

2、蒸發(fā)效數(shù)不是越多越好

當(dāng)效數(shù)增多時，熱量利用的效率也隨之有所降低，考慮到效數(shù)增加則設(shè)備的投資增大，故實際采用效數(shù)應(yīng)該有一個最佳點。比如對于一些些高沸點物系，只能采用二效或三效蒸發(fā)器。

3、考慮物料特性、熱量衡算和不凝氣截留程度等因素選擇蒸發(fā)壓力

有研究表明，各效的壓強除了與蒸發(fā)器的物料與熱量衡算有關(guān)，還與物料的特性以及各效上下不凝氣的節(jié)流程度的大小有關(guān)。

三、MED的優(yōu)缺點

1、MED的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下5方面：

（1）預(yù)處理簡單，化學(xué)藥劑消耗較少，加入阻垢劑即可。

（2）受熱時間短，多采用管內(nèi)冷凝和管外沸騰的雙側(cè)向變傳熱方法，傳熱面積小，傳熱系數(shù)高。

（3）操作彈性大，系統(tǒng)可以提供設(shè)計值40%~110%的產(chǎn)品水，而多級閃蒸和反滲透都不具備這么大的操作彈性。

（4）處理效果好，處理過程中鹽分析出徹底，并且冷卻后冷卻液的鹽分能被去除90%以上，使微生物很難再受鹽分的抑制。

（5）操作可靠性高，整過程使用全自動化運行，且在運行過程中管內(nèi)壓力大于管外壓力，即使出現(xiàn)腐蝕換熱管現(xiàn)象，冷卻水也不會污染產(chǎn)品水。

2、MED的缺點主要體現(xiàn)在以下3方面：

（1）管內(nèi)易結(jié)垢，10d左右就要清理一次，需要及時除垢處理。

（2）效數(shù)增加，蒸汽利用率低。當(dāng)效數(shù)增加后，每一效的傳熱溫差損失就增加，如每蒸發(fā)1t水所消耗的蒸汽量比率為一效1.1、兩效0.57、三效0.4、四效0.3、五效0.27，設(shè)備生產(chǎn)能力下降。

四、多效蒸發(fā)MED常見的三個技術(shù)問題和對策

一般來說，多效蒸發(fā)MED常出現(xiàn)裝置中起泡、蒸發(fā)器的結(jié)垢、含鹽離子末效蒸汽腐蝕設(shè)備等三大問題

1、針對裝置中起泡問題，解決方法

物理消泡主要有高溫和低溫消泡法、聲波消泡法、液體噴散消泡法以及機械振動法等。雖然物理消泡在處理量特別大的情況下效果明顯，但其裝置及其運行成本較高；

化學(xué)消泡法主要是指使用消泡劑，但使用受消泡劑價格昂貴、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜影響；

機械消泡法主要利用旋轉(zhuǎn)來改變作用在氣泡處的壓力和剪切力來達到除泡，因其成本低、消泡效果好，目前更受歡迎。

2、針對蒸發(fā)器的結(jié)垢問題，解決方法

有研究者有對蒸發(fā)器外壁垢樣（硫酸鈉和碳酸鈣）進行酸洗加中性清洗，對末效換熱器內(nèi)壁垢樣（碳酸鈣）酸洗，掛片分析發(fā)現(xiàn)各效掛片平均腐蝕速率都小于1g/m2·h，總腐蝕量都小于10g/m2。

值得一提的是，該方法要優(yōu)于《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（HG/T2387-2007）及《腐蝕試樣的制備、清洗和評定標(biāo)準(zhǔn)》。

3、針對含鹽離子末效蒸汽腐蝕設(shè)備的問題，解決方法

可以用低氯離子含量冷凝水進行低溫、定時、定量的置換和補充，并在循環(huán)水中加入高效緩蝕劑。

02 MVR

一、基本原理

機械式蒸汽再壓縮技術(shù)（以下簡稱MVR）是利用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽及其能量，將低品位的蒸汽經(jīng)壓縮機的機械做功提升為高品位的蒸汽熱源。如此循環(huán)向蒸發(fā)系統(tǒng)提供熱能，從而減少對外界能源的需求的一項節(jié)能技術(shù)。

在該系統(tǒng)中，預(yù)熱階段的熱源由蒸汽發(fā)生器提供，直至物料開始蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽。

物料經(jīng)過加熱產(chǎn)生的二次蒸汽，通過壓縮機壓縮成為高溫高壓的蒸汽，在此產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽作為加熱的熱源，蒸發(fā)腔內(nèi)的物料經(jīng)加熱不斷蒸發(fā)，而經(jīng)過壓縮機的高溫高壓蒸汽通過不斷的換熱，冷卻變成冷凝水，即處理后的水。

壓縮機作為整個系統(tǒng)的熱源，實現(xiàn)了電能向熱能的轉(zhuǎn)換，避免了整個系統(tǒng)對外界生蒸汽的依賴與攝取。

二、MVR系統(tǒng)設(shè)備組成

從MVR蒸發(fā)工藝流程不難看出，MVR蒸發(fā)系統(tǒng)是由各個設(shè)備串聯(lián)在一起所組成，各設(shè)備之間要在熱力學(xué)和傳熱學(xué)方面巧妙地匹配，以使整個系統(tǒng)達到最佳效果。

系統(tǒng)中的主要設(shè)備有以下4個：

1、壓縮機

MVR壓縮機的選型主要有羅茨壓縮機和離心壓縮機兩種。

羅茨鼓風(fēng)機常被用來壓縮小流量的蒸汽，屬于是容積型壓縮機，其提供風(fēng)量小，溫升大，適用于蒸發(fā)量小，沸點升高大的物料。

離心式壓縮機為壓差式風(fēng)機，提供的壓差小，流量大，溫升小，排氣均勻，氣流無脈沖，適合蒸發(fā)量較大，沸點升高較小的物料。

綜合來看，離心式壓縮機的穩(wěn)定性要優(yōu)于羅茨壓縮機，但離心式壓縮機有時會發(fā)生喘振現(xiàn)象，會導(dǎo)致壓縮機不穩(wěn)定。

2、蒸發(fā)器

蒸發(fā)處理裝置的型式一般分為升膜蒸發(fā)和降膜蒸發(fā)兩種。其主要根據(jù)處理物的特性、能耗進行選擇。目前，國內(nèi)主要采用降膜蒸發(fā)方式。

3、熱交換器

在MVR熱泵蒸發(fā)工藝過程中，所使用的換熱器多為間壁式換熱器。在這類換熱器內(nèi)，冷熱流體不直接接觸，而是通過間壁進行換熱。

生產(chǎn)中常用的間壁式換熱器類型有：列管式換熱器、波紋式換熱器和螺旋式換熱器。

4、氣液分離器

氣液分離器是提供物料和二次蒸汽分離的場所。其作用主要為將霧沫中的溶液聚集成液滴，把液滴與二次蒸汽分離。值得一提的是，分離器的設(shè)計要充分考慮蒸發(fā)量、蒸發(fā)溫度、物料粘度、分離器液位等因素。

三、MVR的技術(shù)優(yōu)勢

1、對比傳統(tǒng)的蒸發(fā)系統(tǒng)，MVR 系統(tǒng)只需要在啟動時，通入生蒸汽作為熱源，而當(dāng)二次蒸汽產(chǎn)生，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，將不需要外部的熱源，系統(tǒng)的能耗就壓縮機和各類泵的能耗，所以節(jié)能效果相當(dāng)顯著。

2、MVR 蒸發(fā)器系統(tǒng)能耗主要是壓縮機的電耗，運行費用大幅下降，運維成本低，由于系統(tǒng)不需要工業(yè)蒸汽，其安全方面的隱患較低，操作簡單。

3、在同樣的蒸發(fā)處理量下，MVR蒸發(fā)器所需的占地面積是遠遠小于傳統(tǒng)多效的蒸發(fā)設(shè)備。

四、MVR處理高鹽廢水中常見的技術(shù)問題

盡管MVR技術(shù)在高鹽廢水處理中發(fā)揮了很好的效果，但是運行中仍有一些技術(shù)問題對運行效果有所影響。

1、系統(tǒng)結(jié)垢問題

換熱器器壁結(jié)垢是系統(tǒng)蒸發(fā)效率降低的主要原因之一，這主要是由于加熱熱源是利用二次蒸汽，結(jié)垢結(jié)焦會使傳熱效果下降，單位時間內(nèi)的蒸發(fā)量降低,這使得可利用的壓縮二次蒸汽量減少，對生產(chǎn)能力影響會更加明顯。

由于MVR蒸發(fā)器的特殊性，不能按時清洗設(shè)備比較常見，這是造成生產(chǎn)能力不穩(wěn)定的原因之一。

2、溫升問題問題

MVR系統(tǒng)中的溫升問題是影響其在含鹽廢水處理應(yīng)用中的一個重要因素。

當(dāng)采用MVR技術(shù)處理高濃度含鹽廢水時，由于其濃度高、沸點升較大，相應(yīng)的蒸汽壓縮機需要提高較高的溫度來克服沸點升高的影響，對壓縮機提出了較高的要求，且系統(tǒng)能耗顯著增加。

研究表明，使用MVR蒸發(fā)技術(shù)，合理的溫升范圍為8℃～20℃。如果沸點升高超過18℃，MVR技術(shù)將失去優(yōu)勢。

3、物料物性對MVR的選擇匹配問題 

由于工業(yè)廢水來源不同，需根據(jù)不同物料的物性對MVR進行選擇。

物料特性分析主要包括：物料所含的成分；物料在蒸發(fā)過程中是否伴有結(jié)晶析出；物料的黏度、比熱、密度和沸點升等。

單一物料可通過查閱相關(guān)表格獲取參數(shù)，但工業(yè)高鹽廢水多為混合型的料液，其相關(guān)數(shù)據(jù)只能通過模擬估算，因此，準(zhǔn)確地對物料物性進行分析計算，是確保MVR裝置正常運行的關(guān)鍵因素。

一般來說，對沸點溫度升高較大的物料，一般采用MVR單效蒸發(fā)；高濃度物料需要使用強制循環(huán)以防止物料流速太慢而結(jié)焦；熱敏性物料要求停留在蒸發(fā)器內(nèi)的時間盡量短等。