+7 (343) 247-81-32

Инжиниринг Производство Строительство и монтаж

Публикации

12.10.2015

Выпарные установки для переработки промышленных сточных вод (Часть 1)

Ключевые слова: сточные воды предприятий, очистка промышленных сточных вод

Введение

Как показывает анализ работы очистных сооружений промышленных предприятий, на большинстве из них используются реагентные методы, которые в лучшем случае позволяют очистить сточные воды от тяжёлых металлов и нейтрализовать частично обезвреженные стоки.

Все легкорастворимые соли (хлориды, сульфаты, фториды, нитраты, карбонаты, аммиак, фосфаты) остаются в сточных водах. Это делает невозможным повторное использование данных вод в основной технологии предприятий. Поэтому их обычно сбрасывают в промышленную канализацию или водоёмы, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Одним из технических приемов, позволяющих решить проблему очистки сточных вод от легкорастворимых  примесей, является применение термического обессоливания.

Использование выпарных установок позволяет достаточно эффективно очищать стоки от содержащихся в них соединений и получать обессоленную воду требуемого качества и влажный осадок солей.

В таблице 1 представлен типовой состав сточных вод.

Таблица 1. Типовой состав сточных вод промышленных предприятий.

Типовой состав сточных вод промышленных предприятий

Как видно из таблицы 1, к числу характерных особенностей сточных вод можно отнести:

  1. достаточно большой диапазон изменений качественного и количественного состава сточных вод, что приводит к определенным проблемам с выбором конструкционного материала для изготовления основного технологического оборудования и его габаритными размерами;
  2. наличие в сточных водах солей жёсткости, приводящих к образованию инкрустаций на теплообменной поверхности (как правило, после реагентной обработки растворы насыщены по труднорастворимым соединениям);
  3. наличие органических примесей, способствующих вспениванию раствора и последующему загрязнению конденсата вторичного пара;
  4. наличие легколетучих примесей, загрязняющих конденсат вторичного пара;
  5. наличие в исходных сточных водах твердой фазы, что существенно уменьшает возможность выбора той или иной конструкции выпарного оборудования.

Из вышеперечисленных характерных особенностей особо следует обратить внимание на наличие солей жёсткости, способствующих образованию инкрустаций на теплообменной поверхности выпарных аппаратов в процессе концентрирования сточных вод. Это приводит к резкому снижению производительности выпарного оборудования.

Поэтому перед подачей на выпарную установку растворы, содержащие труднорастворимые соединения (в первую очередь, соли кальция и магния) подвергаются дополнительной реагентной обработке — «умягчению», с выделением в твёрдую фазу солей жёсткости. Следствием данных мероприятий является снижение вероятности образования отложений на теплообменной поверхности.

Это позволяет значительно увеличить межпромывочный период работы выпарного и другого теплообменного оборудования.


Варианты аппаратурно-технологических схем очистки сточных вод

Как правило, при выборе того или иного варианта аппаратурного оформления технологического передела очистки сточных вод методом термического обессоливания в первую очередь рассматривают количество сточных вод, подлежащих очистке.

В зависимости от объёма поступающих на очистку стоков выбирается то или иное количество корпусов выпарной установки с целью минимизировать затраты энергоносителей — греющего пара и оборотной воды.

Далее, в зависимости от состава примесей в сточных водах и их концентраций, решается вопрос о необходимости добавления в аппаратурно-технологическую схему очистки узлов «умягчения», доочистки конденсата вторичного пара, отделения образующейся твёрдой фазы и другого технологического оборудования.

Следующим этапом является выбор конструкции выпарных аппаратов, используемых для концентрирования стоков. Определяющими факторами являются начальная концентрация солей в стоках, подлежащих очистке, требования к конечным продуктам переработки, наличие пенообразующих растворов.

Очень важным моментом является выбор конструкционных материалов для изготовления технологического оборудования, обеспечивающих длительный период его эксплуатации. При этом достаточно часто закладываемый технологический режим процесса очистки выбирается с учётом возможности применения менее дорогостоящих конструкционных материалов.

Достаточно большое внимание при разработке очистных сооружений уделяется и выбору средств контроля и управления, эффективно и надёжно работающих в конкретных технологических средах при заданных параметрах процесса очистки.

Кроме этого, принимая во внимание достаточно высокую коррозионную агрессивность перерабатываемых сточных вод, все приборы или их отдельные элементы, контактирующие со средой, должны быть выполнены в коррозионностойком исполнении.

С учетом вышеизложенного и учитывая многообразие состава и свойств сточных вод, поступающих на очистку, а также различия в требованиях Заказчика к конечным продуктам переработки, специалисты ЗАО «НПП «Машпром» вынуждены осуществлять разработку технологии очистки и аппаратурное оформление вышеуказанного передела конкретно под каждую поставленную задачу.

Далее приведены несколько вариантов технологий и аппаратурного оформления Установок очистки сточных вод.

Установка для очистки сточных вод объёмом до 3,0 м³/ч, содержащих соли жёсткости

Аппаратурно-технологическая схема Установки очистки сточных вод с получением обессоленной воды и влажного осадка

Рисунок 1. Аппаратурно-технологическая схема Установки очистки сточных вод с получением обессоленной воды и влажного осадка.

Для очистки сточных вод, имеющих в своем составе соли жёсткости, объёмом до 3,0 м³/ч, используются, как правило, однокорпусные выпарные установки, которые включают два основных Узла:

  • Узел «умягчения» исходных стоков, где осуществляется вывод солей жёсткости в твердую фазу;
  • Узел упарки «на кристалл», где происходит переработка умягчённых стоков с получением обессоленной воды требуемого качества (конденсат вторичного пара) и осадка солей.

Основное оборудование Узла «умягчения» — циркуляционный реактор и оборудование приготовления и дозирования реагентов.

Выделение солей жёсткости в твердую фазу на стадии «умягчения» резко снижает вероятность образования инкрустаций (накипи) на внутренней поверхности теплообменных трубок греющей камеры выпарного аппарата.

В Узел упарки «на кристалл» входят: выпарной аппарат, конденсатор, декантерная центрифуга, водоэжекторный блок.

Установка оснащена также емкостным оборудованием, перекачивающими насосами, запорно-регулирующей арматурой, приборами КИПиА.

Учитывая, что одним из конечных продуктов очистки является кристаллический осадок солей, на узле концентрирования применён выпарной аппарат с принудительной циркуляцией, эффективно работающий в режиме упаривания растворов «на кристалл».

Для отделения осадка из суспензии используется декантерная центрифуга. Влажный осадок солей собирается в контейнеры, а фугат возвращается на Узел упарки «на кристалл».

В состав Установки входит также Узел приготовления кислого промывного раствора.

Периодически, по мере ухудшения теплотехнических характеристик, выпарной аппарат необходимо подвергать химической промывке, с целью очистки теплообменной поверхности от накипи. Для этого аппарат заполняется промывным раствором и включается его циркуляционный насос. Промывной раствор используется несколько раз и затем перерабатывается на Установке вместе с исходным раствором.

Конечными продуктами очистки сточных вод будут являться:

  • обессоленная вода, содержащая не более 100,0 мг/л примесей;
  • кристаллический осадок солей с влажностью 15,0 — 20,0 % масс.

 

Установка для очистки слабоконцентрированных сточных вод объёмом от 3,0 до 10,0 м³/ч

Аппаратурно-технологическая схема установки очистки слабоконцентрированных сточных вод, содержащих соли жёсткости

Рисунок 2. Аппаратурно-технологическая схема установки очистки слабоконцентрированных сточных вод, содержащих соли жёсткости.

Как показывает практика, для переработки сточных вод объёмом от 3,0 до 10,0 м³/ч целесообразно применять двухкорпусные выпарные установки.

На Рисунке 2 рассматривается вариант схемы, в котором исходные стоки содержат соли жёсткости.

Как и в ранее рассмотренной схеме Установка включает также два основных Узла:

  • Узел «умягчения» исходных стоков, где осуществляется вывод солей жёсткости в твердую фазу;
  • Узел упарки «на кристалл», где происходит очистка умягчённых стоков с получением обессоленной воды требуемого качества и осадка солей.

Основным оборудованием Узла «умягчения» является циркуляционный реактор, в котором происходит выделение в твердую фазу солей жёсткости. Узел «умягчения» также включает оборудование для приготовления и дозирования реагентов.

Узел выпаривания включает двухкорпусную выпарную установку, оснащенную выпарным аппаратом с падающей плёнкой, где происходит предварительное концентрирование раствора, и аппаратом с принудительной циркуляцией, где раствор упаривается «на кристалл».

Применение двухкорпусных установок позволяет снизить практически в два раза расход свежего греющего пара и оборотной воды.

Для отделения осадка из суспензии используется декантерная центрифуга. Влажный осадок солей собирается в контейнеры, а фугат возвращается на узел выпаривания.

Установка также оснащена емкостным оборудованием, перекачивающими насосами, запорно-регулирующей арматурой, приборами КИПиА.

Следует отметить, что в данной схеме в качестве первого корпуса выпарной установки используется выпарной аппарат с падающей плёнкой, обладающей меньшей металлоемкостью по сравнению с аппаратами других конструкций и, позволяющий эффективно выпаривать растворы с небольшой начальной концентрацией солей, а также растворы, содержащие пенообразующие соединения.

При наличии в исходных сточных водах достаточно большого количества твёрдой фазы применять аппараты с падающей плёнкой не рекомендуется.

В состав Установки входит также Узел приготовления кислого промывного раствора.

Конечными продуктами очистки сточных вод будут являться:

  • обессоленная вода, содержащая не более 100,0 мг/л примесей;
  • кристаллический осадок солей с влажностью 15,0 — 20,0 % масс.

Установка для очистки больших объёмов сточных вод

Аппаратурно-технологическая схема выпарной Установки для очистки стоков объемом 100,0 м³/ч, содержащих соли жесткости и имеющих высокую начальную концентрацию солей

Рисунок 3. Аппаратурно-технологическая схема выпарной Установки для очистки стоков объёмом 100,0 м³/ч, содержащих соли жёсткости и имеющих высокую начальную концентрацию солей.

 Установка для очистки концентрированных сточных вод объемом от 3,0 до 10 м³/час

Рисунок 3а. Установка для очистки концентрированных сточных вод объемом от 3,0 до 10 м³/ч (3D-модель).

Для очистки больших объёмов сточных вод применяются Установки, состоящие из нескольких многокорпусных выпарных батарей.

На Рисунке 3 показана Установка для очистки 100,0 м³/ч сточных вод, содержащих соли жёсткости и имеющих высокую начальную концентрацию солей. 

Данная Установка включает следующие основные Узлы:

  • Узел «умягчения» исходных сточных вод;
  • Узел упарки «на кристалл» умягчённых стоков с получением обессоленной воды и влажного осадка солей.

Основным оборудованием Узла «умягчения» являются циркуляционные реакторы, в которых происходит выделение твёрдой фазы, и оборудование для приготовления и дозирования реагентов.

Узел упарки «на кристалл» включает две прямоточные четырёхкорпусные выпарные батареи, оснащенные выпарными аппаратами с принудительной циркуляцией, декантерную центрифугу для отделения осадка, конденсаторы, узел создания вакуума.

Применение четырёхкорпусной выпарной установки позволяет снизить расход свежего греющего пара и оборотной воды в 3,2—3,5 раза.

Техническое решение с использованием на стадии выпаривания двух выпарных батарей обусловлено необходимостью повысить надёжность данного технологического передела. В случае выхода из строя одного из выпарных аппаратов останавливается лишь одна батарея. Вторая батарея продолжает работать.

Применение на стадии предварительного концентрирования выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией обусловлено высокой начальной концентрацией солей в сточных водах.

Следует отметить, что количество выпарных батарей и число корпусов в них определяется на начальной стадии проектирования исходя из условий оптимизации капитальных затрат на изготовление оборудования и текущих затрат на энергоносители: греющий пар, оборотную воду, электроэнергию.

Как правило, рассматриваются 6—8 вариантов аппаратурного оформления и из них выбирается наиболее оптимальный.

Конечными продуктами очистки сточных вод будут являться:

  •  обессоленная вода, содержащая не более 100,0 мг/л примесей;
  • кристаллический осадок солей с влажностью 15,0 — 20,0 % масс.

 

Установка для очистки сточных вод, оснащенная механическим паровым компрессором.

Как показывает практика, на ряде предприятий, где предполагается размещение очистных сооружений, обеспечивающих замкнутый водооборот, отсутствуют мощности по производству греющего пара.

Поэтому на данных очистных сооружениях целесообразно устанавливать выпарные аппараты с механическим паровым компрессором.

Аппаратурно-технологическая схема такой Установки приведена на Рисунке 4.

Аппаратурно-технологическая схема выпарной Установки для очистки сточных вод, оснащенная механическим паровым компрессором

Рисунок 4. Аппаратурно-технологическая схема выпарной Установки для очистки сточных вод, оснащенная механическим паровым компрессором.

На данном рисунке приведена схема однокорпусной выпарной установки, оснащенная выпарным аппаратом с принудительной циркуляцией. Кроме этого, в состав установки входят два механических паровых компрессора, декантерная центрифуга, парогенератор, баковое оборудование, перекачивающие насосы.

Отличительной особенностью данной установки от вышеприведенных является то, что свежий греющий пар требуется только в период запуска Установки. Далее в качестве теплоносителя для выпарного аппарата используется вторичный пар, дожимаемый до параметров греющего механическими компрессорами.

Подача на установку свежего греющего пара в процессе её работы не требуется.

Для выработки греющего пара в момент запуска установки используется парогенератор. Также парогенератор потребуется для запуска установки после её остановок на промывку, ремонта выпарного аппарата либо по другим причинам.

Выпарные установки с механическими компрессорами используются в случае отсутствия на площадке греющего пара или когда использование греющего пара экономически нецелесообразно.

Следует также отметить, что наиболее эффективно применение выпарных Установок с механическим паровым компрессором для концентрирования растворов с малой величиной депрессии.

Вместе с тем имеется ряд негативных моментов при использовании механических компрессоров.

В частности, выпаривание высокодепрессионных растворов обуславливает применение 3—4 компрессоров. А это, в свою очередь, приводит к значительному увеличению затрат электроэнергии.

Кроме этого компрессоры, как правило, устанавливаются в отдельном помещении, так как при работе они производят достаточно большой шум.

И еще один очень важный момент — необходимость соблюдения высокой культуры обслуживания данного оборудования.

Для очистных сооружений это немаловажный фактор.

Конечными продуктами очистки сточных вод будут являться:

  • обессоленная вода, содержащая не более 100,0 мг/л примесей;
  • кристаллический осадок солей с влажностью 15,0 — 20,0 % масс.

 

Выпарная установка для очистки сточных вод, содержащих легколетучие компоненты

Достаточно часто на очистку поступают сточные воды, содержащие легколетучие примеси: аммиак, сероводород и другие.

При выпаривании данные примеси выделяются из раствора и вместе со вторичным паром поступают в конденсатор, где частично растворяются в конденсате вторичного пара, загрязняя его.

Поэтому, наряду с очисткой сточных вод, приходится решать задачу доочистки конденсата вторичного пара.

В качестве примера на Рисунке 5 приведена аппаратурно-технологическая схема выпарной установки для очистки азотнокислых стоков.

Аппаратурно-технологическая схема выпарной установки для очистки азотнокислых сточных вод

Рисунок 5. Аппаратурно-технологическая схема выпарной установки для очистки азотнокислых сточных вод.

На данной схеме приведена двухкорпусная выпарная установка, предназначенная для очистки азотнокислых сточных вод с получением обессоленной воды, концентрированного азотнокислого раствора, содержащего все загрязняющие примеси, и 50 % раствора азотной кислоты.

Как показывает практика выпаривания вышеуказанных сточных вод, при достижении в них концентрации свободной азотной кислоты 280,0—300,0 г/л часть кислоты отгоняется из раствора, причём с увеличением кратности выпаривания доля отводимой кислоты резко возрастает.

Это приводит к значительному загрязнению конденсата вторичного пара и необходимости иметь в составе Установки оборудование для доочистки конденсата.

Установка (см. Рис. 5) включает два технологических Узла:

  • Узел концентрирования исходных сточных вод;
  • Узел очистки вторичного пара.

Основным технологическим оборудованием узла концентрирования является прямоточная двухкорпусная выпарная установка, оснащённая выпарными аппаратами с принудительной циркуляцией.

Узел очистки вторичного пара включает ректификационную колонну, дефлегматор, водокольцевой вакуум-насос.

Кроме этого, в состав установки входят баковое оборудование, перекачивающие насосы, система КИПиА.

Исходные сточные воды поступают в первый корпус выпарной установки, где осуществляется их предварительное концентрирование. Далее частично упаренный раствор отводится во второй корпус, где осуществляется его доупаривание. При этом из раствора происходит отгонка значительного количества азотной кислоты.

Получаемый во втором корпусе вторичный пар вместе с парами азотной кислоты направляется в ректификационную колонну. В ней осуществляется очистка пара от кислоты.

Чистый пар из верхней части колонны отводится в дефлегматор, где он конденсируется, а концентрированная азотная кислота поступает из нижней части колонны в бак-сборник.

Конечными продуктами очистки являются:

  • очищенный конденсат вторичного пара;
  • продукционная 50 % азотная кислота;
  • концентрированный раствор азотной кислоты.

В зависимости от реализуемой на предприятии технологии полученный загрязненный концентрат возвращается или в «голову процесса» или направляется на нейтрализацию и последующую упарку на «кристалл».

Продолжение читайте здесь.

Вернуться к списку публикаций