含盐溶液蒸发结晶器结垢原因及常见除垢方法综述

引言：在煤化工行业中，含盐溶液的蒸发结晶过程是实现废水零排放（ZLD）的关键环节之一。然而，蒸发结晶设备中的结垢现象却是一个普遍存在的问题。结垢不仅降低了设备的有效容积和传热效率，还可能迫使生产停顿，缩短设备寿命，并增加原材料和能源的消耗。因此，深入理解结垢的原因并掌握有效的除垢方法对于提高生产效率和延长设备使用寿命至关重要。本文将详细探讨含盐溶液蒸发结晶器结垢的原因及其常见的除垢方法。

 

一、结垢原因分析

1. 化学成分影响：结垢的主要原因是由于盐卤中存在多种阳离子（如钙、镁等）和阴离子（如硫酸根、碳酸根等）。这些离子形成的化合物，如碳酸钙（CaCO?）、硫酸钙（CaSO?）、硫酸钠（Na?SO?）和氯化钠（NaCl），会在特定条件下达到过饱和状态并结晶析出。特别是在加热管内和蒸发室内壁附着，形成结垢层。例如，硫酸钙具有负溶解度特性，即当温度超过40℃时，其溶解度随温度升高而下降。因此，在加热过程中，硫酸钙容易结晶析出，附着在设备表面。

2. 温度变化影响：温度的变化对结垢的影响尤为显著。随着温度的升高，某些盐类的溶解度降低，导致它们从溶液中析出并在设备表面沉积。此外，温度波动还会引起局部过饱和现象，进一步加剧结垢的发生。特别是在蒸发过程中，温度的突然变化可能导致溶液中盐类的快速结晶，从而形成坚硬的结垢层。

3. 操作条件影响：操作条件不当也是导致结垢的重要因素之一。例如，在生产过程中出现假液面、低液面或加热蒸汽突然暴涨等情况时，会造成加热管出口处的静液位压力不足，使得本应在加热管出口以上才沸腾的卤水因静液位压力不足而在加热管内沸腾。这种异常沸腾会引发盐类的结晶析出，并在加热管内壁附着形成结垢层。此外，操作参数的频繁变动也会使系统处于不稳定状态，增加结垢的风险。

二、常见除垢方法及适用性

针对不同类型的结垢层，选择合适的除垢方法至关重要。以下是几种常见的除垢方法及其适用范围：

1. 水溶法

?原理：适用于去除水溶性垢层或垢层混合物中水溶性组分较大的情况。通过用水溶解垢层中的水溶性成分来达到除垢的目的。

?适用对象：如Na₂SO?、NaCl等。

?操作步骤： 

1. 将适量的清水注入设备，适当加热以提高溶解度和加快溶解速度。

2. 循环清洗一段时间后排出含有垢层溶解物的液体。

?优点：操作简单，成本低廉。

?缺点：对于非水溶性垢层效果有限。

2. 酸洗法

?原理：适用于去除碳酸盐垢层或垢层混合物中碳酸盐组分较大的情况。利用酸与碳酸盐发生反应生成可溶性物质，从而达到除垢的目的。

?适用对象：如CaCO?、MgCO?等。

?操作步骤： 

1. 配制浓度为1%～3%的盐酸溶液（垢层较厚时可增加至5%）。

2. 将酸洗液注入设备，循环清洗并注意防止气泡泛液和及时分离沉渣。

3. 酸洗完后用稀碱液中和或用淡水洗净，防止设备受损。

?优点：除垢效果好，尤其适用于碳酸盐垢层。

?缺点：对设备有一定腐蚀风险，需谨慎操作。

3. 碱煮—酸洗法

?原理：适用于去除硫酸钙、硫酸锶等难溶性垢层。先用碱液将难溶性硫酸盐转化为易溶性碳酸盐，再用酸洗液除去生成的碳酸盐。

?适用对象：如CaSO?、SrSO?等。

?操作步骤： 

1. 配制浓度为3%～5%的纯碱溶液，在加热情况下循环清洗。

2. 发生化学反应后，用酸洗液继续循环清洗，除去生成的碳酸盐。

3. 最后用淡水清洗干净。

?优点：能有效去除难溶性硫酸盐垢层。

?缺点：操作较为复杂，耗时较长。

4. 机械除垢法

?原理：通过物理手段刮削或清除设备表面的结垢层。使用专门设计的“洗管器”在水流伴同下进行机械刀刮削。

?适用对象：各种类型的垢层，但不适合用于铜、铜镍合金及钛管，以免损伤管材。

?操作步骤： 

1. 使用专用工具进行机械刮削。

2. 清洗残留物。

?优点：费用省，适用于碳钢设备。

?缺点：除垢不彻底，且可能损伤设备表面。

5. 高压水清洗技术

?原理：利用高压水射流冲击设备表面的结垢层，使其松动并被水流带走。

?适用对象：各种类型的结垢层。

?操作步骤： 

1. 使用高压水枪对准结垢部位进行冲洗。

2. 确保水流覆盖整个结垢区域。

?优点：清洗彻底，除垢率高（大于99%）。

?缺点：耗费人力、物力较大，成本较高。

三、防垢措施建议

为了减少结垢现象的发生，可以从以下几个方面采取预防措施：

1. 优化操作条件

?保持稳定的进水水质和操作参数，避免温度、流量等参数的剧烈波动。

?定期检查和维护设备，确保各部件正常运行，防止因设备故障引起的异常情况。

2. 选用高效材料

?对于与高温浓盐水接触的设备和管道阀门等，尽量选用耐腐蚀、抗结垢的高等级材料，如高合金或钛材等，以延长设备使用寿命并降低结垢风险。对设备进行必要的抛光打磨，提高平整光滑度，减少可能的结垢、粘壁情况。

3. 加强预处理

?在废水进入蒸发结晶系统前，进行充分的预处理，去除悬浮物、油脂、重金属等杂质，减少结垢物质的来源。

4. 定期清洗维护

?根据设备使用情况，制定合理的清洗周期，定期采用上述除垢方法进行清洗维护，防止结垢层积累过多。

四、结论

含盐溶液蒸发结晶器的结垢现象严重影响了生产效率和设备寿命，了解其结垢原因并掌握有效的除垢方法是解决这一问题的关键。通过合理选择除垢方法并结合防垢措施，可以有效缓解结垢现象，提高生产效率，延长设备使用寿命，推动煤化工行业的可持续发展。