2025-07-17
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蒸發(fā)器結(jié)垢是高鹽廢水蒸發(fā)濃縮過程中普遍存在的問題。它導(dǎo)致蒸發(fā)器傳熱阻力增大，傳熱系數(shù)大幅下降，嚴(yán)重降低蒸發(fā)能力，甚至影響生產(chǎn)。據(jù)實際工程反饋，因換熱器結(jié)垢導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰而無法正常工作的比例超過90%。由此可見，解決換熱器防結(jié)垢、除垢技術(shù)對蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要作用。
一、蒸發(fā)器結(jié)垢類型
蒸發(fā)器結(jié)垢主要分為以下六類：析晶結(jié)垢、微粒結(jié)垢、化學(xué)反應(yīng)結(jié)垢、腐蝕結(jié)垢、生物結(jié)垢和凝固結(jié)垢。
1、析晶結(jié)垢：指過飽和液體在流動過程中析出溶解于其中的無機鹽，形成沉積結(jié)垢。
2、微粒結(jié)垢：指流體中的懸浮固體微粒在換熱管表面積聚形成結(jié)垢。
3、化學(xué)反應(yīng)結(jié)垢：指液體中各組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成沉積物，在換熱管表面結(jié)垢。
4、腐蝕結(jié)垢：指換熱介質(zhì)腐蝕換熱面，產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物沉積于受熱面上形成污垢。
5、生物結(jié)垢：指廢水中微生物群體及其排泄物與泥漿等在換熱表面形成生物垢。
6、凝固結(jié)垢：指在過冷的換熱面上，純液體或多組分溶液的高溶解組分凝固沉積。
在高鹽廢水的蒸發(fā)濃縮過程中，以上六種污垢均有可能形成，并且會相互加強。換熱管道的結(jié)垢機理主要包括熱力學(xué)變化論、吸附論和結(jié)晶動力學(xué)論，是質(zhì)量傳遞、熱量傳遞和動量傳遞共同作用的結(jié)果。換熱器表面沉積物的累積，涉及一系列物理化學(xué)過程，其形成是沉積與脫落兩種過程相互作用的結(jié)果。
二、蒸發(fā)器結(jié)垢影響因素
1、溫度
換熱表面的溫度與污垢沉積過程有直接關(guān)系。初始表面溫度升高將縮短結(jié)垢誘導(dǎo)期，大幅提升結(jié)垢速率。研究表明，當(dāng)溫度高于120～130℃時，鈣結(jié)垢速率隨溫度升高而迅速增加，溫度每升高4～5℃，鈣結(jié)垢形成速率加倍，鈣結(jié)垢現(xiàn)象變得非常嚴(yán)重。
2、管內(nèi)流速
換熱器內(nèi)的污水流速對污垢生長起決定性作用。目前學(xué)界對流速影響結(jié)垢的觀點有兩種：一種認(rèn)為流速增加會抑制結(jié)垢，隨著壁面剪切力增加，垢層沉積速率顯著降低；另一種認(rèn)為流速增大會促進顆粒運輸，增加粒子在壁面的黏附，加快結(jié)垢速度。低流速時，污垢堆積速度主要受質(zhì)傳遞影響；高流速時，結(jié)垢速度由表面反應(yīng)速率控制。研究發(fā)現(xiàn)，存在某一極限流速，超過該流速時，懸浮顆粒移動速度比保守示蹤劑快，沉積速度降低。污垢沉積速率與雷諾數(shù)成反比，主要是因為流速增大會提升污垢剝蝕率。低流速下，污垢形成初期可能出現(xiàn)負(fù)污垢熱阻現(xiàn)象，即污垢形成會提高換熱效率。
3、料液的成分和離子濃度
污水中的顆粒物、離子濃度等成分對污垢形成有重要影響。污垢形成可近似看作結(jié)晶過程，濃度差增大使沉積物過飽和后析出垢體。河水中含有的腐殖酸等天然化合物在低濃度下可能對污垢擴展傾向產(chǎn)生重大影響。磷酸鹽可有效抑制溶液中Ca2+的沉積和pH降低，達到抑制CaCO3沉淀的效果。金屬離子如Cu2+、Zn2+、Al3+等可有效抑制CaCO3、CaSO4的生成，減少垢層沉積，為阻垢劑和防污阻垢涂層的開發(fā)提供理論指導(dǎo)。堿濃度（以Na2O計）高于1%時，對結(jié)垢速率影響不大；低于1%時，隨堿濃度降低，蒸發(fā)器結(jié)垢率急劇增加。造紙行業(yè)中，制漿原料種類不同，鈣離子含量差異大，某些有機物和無機物種類及含量也對蒸發(fā)器結(jié)垢產(chǎn)生影響。
三、蒸發(fā)器結(jié)垢的去除方法
1、水煮法：通過加熱液體軟化和溶解附著在換熱管表面的污垢。操作簡單，成本低廉，對部分鈣、鎂、硅等硬性結(jié)垢有效，但對非水溶性污垢效果不明顯。
2、機械除垢法：采用電動軟軸刷管器清理換熱管，效果明顯，但費時費力，可能損傷設(shè)備。
3、化學(xué)除垢法：適用于鈣結(jié)垢嚴(yán)重情況，包括酸洗法、煎煮酸洗結(jié)合法、添加阻垢劑法。酸洗可能損傷設(shè)備，阻垢劑是較好的選擇，如天然高分子聚合物阻垢劑、無機磷酸鹽類阻垢劑、有機磷酸類阻垢劑、聚羧酸類高分子阻垢劑和環(huán)境友好型阻垢劑等。
4、高壓水射流清洗：將水流壓力升至數(shù)十兆帕以上，直接射向垢層，擊碎垢層以除垢。目前普遍采用堿煮結(jié)合高壓水射流清洗的綜合方法。
5、超聲波阻垢技術(shù)：利用超聲波產(chǎn)生空化效應(yīng)、活化效應(yīng)、剪切效應(yīng)，延長結(jié)垢誘導(dǎo)期，降低換熱表面CaCO3成核速率。
6、磁場水處理技術(shù)：外加磁場促進晶體核均勻形成，生成不附著管壁的文石晶型水垢。磁場與超聲波、電場及新型環(huán)保阻垢劑的協(xié)同效應(yīng)可提高阻垢性能。
7、熱交換器防垢涂層：在基體材料表面形成低表面能防污涂層，使污垢難以附著。主要材料包括鎳基類涂層、高分子聚合物涂層、類金剛石鍍膜涂層、無機氧化物納米涂層。
四、結(jié)論
減少結(jié)垢現(xiàn)象，定期維護保養(yǎng)對設(shè)備使用壽命和穩(wěn)定性至關(guān)重要。定期清洗蒸發(fā)器和換熱器表面雜質(zhì)及污垢，可有效提高生產(chǎn)效率，延長設(shè)備使用壽命。針對不同結(jié)垢層選擇合適的處理方法，提升經(jīng)濟性，減少設(shè)備損傷。新型處理技術(shù)的適應(yīng)性和換熱管高效運行的保障需不斷開發(fā)、摸索和驗證，將成為未來科研研究的重點方向。
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