Evaporador de triplo efeito para dessulfurização de águas residuais com capacidade de 100 m³/d

I. Visão Geral do Projeto 

A unidade de dessulfurização úmida de calcário-gesso de uma usina termelétrica a carvão gera 100 m³/d de efluentes finais, contendo 12-18% de íons cloreto, 4 g/L de Ca²⁺, 2 g/L de Mg²⁺, 30 g/L de SO₄²⁻, 3500 mg/L de DQO, 1200 mg/L de nitrogênio amoniacal e concentrações totais de mercúrio e arsênio ≤2 mg/L. Em 2024, a usina decidiu construir um projeto de tratamento de efluentes finais com descarga zero. Nossa empresa forneceu um sistema de evaporação de triplo efeito com capacidade de 100 m³/d, sob o modelo EPC (Engenharia, Suprimentos e Construção). Até o momento, a estação de tratamento está em operação contínua há mais de 7.200 horas, com uma taxa de produção de água igual ou superior a 85%, um teor de sais diversos igual ou inferior a 0,5% e um custo energético total por tonelada de água inferior a 35 yuans.

II. Esquema do Processo

1. Características do Afluente

• Elevação do ponto de ebulição Δb = 14℃ (TDS 160g/L, 70kPa·A)

• Alta dureza, alto teor de cloro, alta DQO, fator de incrustação RF = 0,92, altamente corrosivo

• Requer acoplamento com o sistema existente de amaciamento triplo e concentrado DTRO.

2. Visão geral do processo

• Efluentes da dessulfurização → Abrandamento e clarificação (NaOH + Na₂CO₃, Ca ≤ 30 mg/L, Mg ≤ 20 mg/L) → Microfiltração tubular (SDI ≤ 3) → DTRO (taxa de recuperação de 60%, TDS do concentrado ≥ 120 g/L) → Tanque de concentrado → Evaporador de triplo efeito em co-corrente de 100 m³/d → Cristalizador → Centrífuga → Secagem → Embalagem em big bags

• Parâmetros do vapor vivo: 0,5 MPa(g), 158 °C. A câmara de aquecimento do primeiro efeito utiliza aço duplex 2205, e o segundo e terceiro efeitos utilizam placas tubulares compostas de 2507 + titânio para garantir a resistência à corrosão por íons cloreto.

3. Inovação de Processos

• Acoplamento de circulação paralela e forçada: O separador de película descendente de primeiro efeito lida com 65% da carga de evaporação, enquanto o segundo e o terceiro efeitos utilizam circulação forçada para evitar incrustações, estendendo o ciclo de limpeza de 3 para 10 dias.

• Pré-aquecimento segmentado: O vapor secundário do segundo e terceiro efeitos é utilizado para aquecer progressivamente a água de entrada a 95°C, reduzindo o consumo de vapor vivo em 12%.

• Cristalização Separada: O cristalizador DTB controla a supersaturação ΔC < 3g/L, a densidade da suspensão em 25%, d50 = 0,6mm, CV ≤ 8% e o teor de umidade centrífuga ≤ 5%.

• Desespumante online: O separador de primeiro efeito é equipado com placas inclinadas de dupla camada e tela metálica, atingindo uma taxa de arraste de espuma inferior a 0,1%, garantindo a qualidade da água para o compressor de vapor subsequente (com interface MVR reservada).

III. Configuração do equipamento

Evaporadores: Primeiro efeito 110m², Segundo efeito 95m², Terceiro efeito 80m², área total de troca de calor 285m², margem de projeto 20%. Cristalizador: Φ1600×3500mm DTB, tubo guia embutido, aço inoxidável 2507 + revestimento de borracha, pressão de projeto -0,1MPa.

Centrífuga: LW450×1800-N, fator de separação 1400, regulação de velocidade por conversão de frequência, abertura da tela 0,08 mm, condensado utilizado na seção de lavagem, impurezas Cl⁻≤0,3%.

Secagem: Secador de pás, vapor a 0,4 MPa, capacidade de secagem de 500 kg/h, temperatura de descarga ≤ 60 °C, para evitar aglomeração.

IV. Automação e Economia de Energia

DCS+APC: Controle preditivo multivariável da taxa de evaporação, nível do líquido, densidade e grau de vácuo, com flutuação de ±3%.

Sistema duplo de circuito fechado com controle preditivo de fluxo de vapor + controle de temperatura, consumo de vapor vivo de 0,28 t/t de água, melhor que o valor de projeto de 0,30 t.

A condensação secundária de vapor utiliza um trocador de calor de placas de titânio, com consumo de água de resfriamento de 2,5 t/t de água, economizando 15% de eletricidade em comparação com condensadores de superfície tradicionais. Sistema SIS redundante duplo: 12 intertravamentos, incluindo baixo nível de líquido, alto vácuo, sobrepressão do compressor (reserva) e nível do silo de sal misto, com tempo de resposta <500 ms.

V. Dados Operacionais (Avaliação de Desempenho, abril de 2025)

Capacidade de processamento: 100 m³/d (Projeto 100)

Taxa de produção de água: 85% (DTRO 60% + Evaporação 85% × 40%)

Vapor vivo: 0,28 t/t de água (Projeto 0,30)

Consumo de energia: 18 kWh/t de água (Bomba de circulação + Bomba de vácuo + Centrífuga)

Produção de sal misto: 0,9 t/d, teor de umidade 0,4%, TDS ≥ 98%, concentração de lixiviação de metais pesados atende aos requisitos do proprietário, entregue em aterro sanitário para resíduos perigosos.

Condensado: TDS ≤ 150 mg/L, Cl⁻ ≤ 50 mg/L, reutilizado como água de processo para dessulfurização, consumo total de água da planta reduzido em 10%