高盐废水蒸发系统结垢问题与综合治理技术解析

高盐废水蒸发系统结垢问题与综合治理技术解析

蒸发器结垢是高盐废水蒸发浓缩过程中普遍存在的问题。它导致蒸发器传热阻力增大，传热系数大幅下降，严重降低蒸发能力，甚至影响生产。据实际工程反馈，因换热器结垢导致系统崩溃而无法正常工作的比例超过90%。由此可见，解决换热器防结垢、除垢技术对蒸发系统的稳定运行具有重要作用。

 

一、蒸发器结垢类型

蒸发器结垢主要分为以下六类：析晶结垢、微粒结垢、化学反应结垢、腐蚀结垢、生物结垢和凝固结垢。

1、析晶结垢：指过饱和液体在流动过程中析出溶解于其中的无机盐，形成沉积结垢。

2、微粒结垢：指流体中的悬浮固体微粒在换热管表面积聚形成结垢。

3、化学反应结垢：指液体中各组分发生化学反应形成沉积物，在换热管表面结垢。

4、腐蚀结垢：指换热介质腐蚀换热面，产生的腐蚀产物沉积于受热面上形成污垢。

5、生物结垢：指废水中微生物群体及其排泄物与泥浆等在换热表面形成生物垢。

6、凝固结垢：指在过冷的换热面上，纯液体或多组分溶液的高溶解组分凝固沉积。

在高盐废水的蒸发浓缩过程中，以上六种污垢均有可能形成，并且会相互加强。换热管道的结垢机理主要包括热力学变化论、吸附论和结晶动力学论，是质量传递、热量传递和动量传递共同作用的结果。换热器表面沉积物的累积，涉及一系列物理化学过程，其形成是沉积与脱落两种过程相互作用的结果。

二、蒸发器结垢影响因素

1、温度

换热表面的温度与污垢沉积过程有直接关系。初始表面温度升高将缩短结垢诱导期，大幅提升结垢速率。研究表明，当温度高于120～130℃时，钙结垢速率随温度升高而迅速增加，温度每升高4～5℃，钙结垢形成速率加倍，钙结垢现象变得非常严重。

2、管内流速

换热器内的污水流速对污垢生长起决定性作用。目前学界对流速影响结垢的观点有两种：一种认为流速增加会抑制结垢，随着壁面剪切力增加，垢层沉积速率显著降低；另一种认为流速增大会促进颗粒运输，增加粒子在壁面的黏附，加快结垢速度。低流速时，污垢堆积速度主要受质传递影响；高流速时，结垢速度由表面反应速率控制。研究发现，存在某一极限流速，超过该流速时，悬浮颗粒移动速度比保守示踪剂快，沉积速度降低。污垢沉积速率与雷诺数成反比，主要是因为流速增大会提升污垢剥蚀率。低流速下，污垢形成初期可能出现负污垢热阻现象，即污垢形成会提高换热效率。

3、料液的成分和离子浓度

污水中的颗粒物、离子浓度等成分对污垢形成有重要影响。污垢形成可近似看作结晶过程，浓度差增大使沉积物过饱和后析出垢体。河水中含有的腐殖酸等天然化合物在低浓度下可能对污垢扩展倾向产生重大影响。磷酸盐可有效抑制溶液中Ca²⁺的沉积和pH降低，达到抑制CaCO₃沉淀的效果。金属离子如Cu²⁺、Zn²⁺、Al³⁺等可有效抑制CaCO₃、CaSO₄的生成，减少垢层沉积，为阻垢剂和防污阻垢涂层的开发提供理论指导。碱浓度（以Na₂O计）高于1%时，对结垢速率影响不大；低于1%时，随碱浓度降低，蒸发器结垢率急剧增加。造纸行业中，制浆原料种类不同，钙离子含量差异大，某些有机物和无机物种类及含量也对蒸发器结垢产生影响。

三、蒸发器结垢的去除方法

1、水煮法：通过加热液体软化和溶解附着在换热管表面的污垢。操作简单，成本低廉，对部分钙、镁、硅等硬性结垢有效，但对非水溶性污垢效果不明显。

2、机械除垢法：采用电动软轴刷管器清理换热管，效果明显，但费时费力，可能损伤设备。

3、化学除垢法：适用于钙结垢严重情况，包括酸洗法、煎煮酸洗结合法、添加阻垢剂法。酸洗可能损伤设备，阻垢剂是较好的选择，如天然高分子聚合物阻垢剂、无机磷酸盐类阻垢剂、有机磷酸类阻垢剂、聚羧酸类高分子阻垢剂和环境友好型阻垢剂等。

4、高压水射流清洗：将水流压力升至数十兆帕以上，直接射向垢层，击碎垢层以除垢。目前普遍采用碱煮结合高压水射流清洗的综合方法。

5、超声波阻垢技术：利用超声波产生空化效应、活化效应、剪切效应，延长结垢诱导期，降低换热表面CaCO₃成核速率。

6、磁场水处理技术：外加磁场促进晶体核均匀形成，生成不附着管壁的文石晶型水垢。磁场与超声波、电场及新型环保阻垢剂的协同效应可提高阻垢性能。

7、热交换器防垢涂层：在基体材料表面形成低表面能防污涂层，使污垢难以附着。主要材料包括镍基类涂层、高分子聚合物涂层、类金刚石镀膜涂层、无机氧化物纳米涂层。

四、结论

减少结垢现象，定期维护保养对设备使用寿命和稳定性至关重要。定期清洗蒸发器和换热器表面杂质及污垢，可有效提高生产效率，延长设备使用寿命。针对不同结垢层选择合适的处理方法，提升经济性，减少设备损伤。新型处理技术的适应性和换热管高效运行的保障需不断开发、摸索和验证，将成为未来科研研究的重点方向。