脫鹽水加熱改造工程方案比較*

黃玉

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順113006）

脫鹽水加熱改造工程方案比較*

黃玉

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順113006）

通過撫順某化工廠加熱系統(tǒng)設(shè)計方案對比，分析總結(jié)各種加熱方案的優(yōu)點和不足，結(jié)合實際情況做針對性的分析，最大限度地減少生水脫鹽系統(tǒng)中的熱量消耗，對生水進行有效的除鹽處理，使蒸汽熱源得以充分利用，達到節(jié)約水源，降低生產(chǎn)能耗的目的。

加熱溫度；脫鹽水；再生液；運行費用

溫度在脫鹽水離子交換系統(tǒng)中的作用非常重要，如果溫度達不到要求，將使離子交換器無法達到正常工況點。為保證脫鹽水離子交換系統(tǒng)在寒冷季節(jié)正常工作，須對脫鹽水系統(tǒng)進行加熱。但加熱方案有多種，如何優(yōu)化設(shè)計方案，既充分利用現(xiàn)有設(shè)施，又能節(jié)省運行費用，提高經(jīng)濟效益，就需要設(shè)計人員認(rèn)真思考并解決的問題。

1 熱源及加熱方式

脫鹽水再生時一般溫度要求在15～40℃。由于工程所處地區(qū)的室外計算溫度較低，冬季又是需要熱負(fù)荷最大的季節(jié)，基于生產(chǎn)的重要性，采用汽水換熱系統(tǒng)。以0.6 MPa表壓的裝置余熱蒸汽作為脫鹽水加熱熱源。采用表面式換熱系統(tǒng)和混合式換熱系統(tǒng)兩種加熱方式,前一種因設(shè)備材質(zhì)及制作方式不同，換熱效率有所不同，后一種水加熱器無論設(shè)備制作方式如何，換熱效率均為100%[1]。

2 加熱方案

2.1 加熱方案1

將生水及再生液全部加熱至15℃。2.1.1 生水平均水溫

表1 月份水溫平均值Table 1 Monthaverage watertemperature

制取脫鹽水的生水來自凈化水站，其水溫在15℃（以t2表示）以下的寒冷季節(jié)時間為6個月（以上年11月起至下年4月底），具體月份水溫平均值見表1。

這6個月生水的自然平均溫度為（10+8+5+5+8 +13）/6=8.2（以t1，℃表示）。

2.1.2 生水量

腈綸化工廠全年的生水量（脫鹽水用）約為1 0 38 616 t。則6個月的脫鹽水用生水量為1 038 616 t/2=519 308 t（以G1表示）。

2.1.3 加熱方式

采用廠區(qū)現(xiàn)有的表面式汽水換熱系統(tǒng)。

2.1.4 蒸汽消耗量[2]

式中：C—水的比熱4.19，kJ/（kg·℃）；

i—蒸汽的焓2 758，kJ/kg。

蒸汽凝結(jié)水的出口溫度與被加熱水的入口溫差Δt按6℃考慮。

2.2 加熱方案2

將生水加熱至12℃。將再生液加熱至30℃。

2.2.1 水溫對樹脂再生的影響

脫鹽水系統(tǒng)樹脂再生時一般要求溫度在15～40℃。生水的溫度對樹脂的交換容量影響有限，但再生液的溫度對樹脂再生過程影響較大。當(dāng)再生液的溫度降低時，由于水的粘度上升，再生液的流速相應(yīng)降低。再生液溫度對再生流速的影響，其實質(zhì)是對再生液粘度的影響。

2.2.2 再生液水溫與水粘度的關(guān)系

這里把溫度對再生液粘度的影響，視為溫度對水粘度的影響。因為再生液一般為酸、堿的稀溶液，用水的粘度數(shù)據(jù)，不會對再生液動力粘度帶來大的誤差。

水在正常壓力下，不同溫度的動力粘度可以用下面的經(jīng)驗公式計算[3]：

式中：ν—動力粘度，（N·s）；

t—水溫，℃。

不同溫度下水的動力粘度見表2。

表2 不同溫度下水的動力粘度Table 2 Kinetic viscosity of wateratdifferenttemperature

從表2中看出，當(dāng)水溫從5℃變化到30℃時，水的動力粘度幾乎降低了一半，也就是說，在同一個體系中，再生液的自身流動阻力降低了一半。

如果樹脂層的高度、樹脂的平均顆粒直徑、逆流再生的流速不變，那么由于水溫的改變，會引起再生液粘度的改變。換句話說，再生液的溫度比較高時，允許采用比較高的再生流速，而再生液的溫度比較低時，則只能采用比較低的再生流速。而較低的再生流速，必然影響脫鹽水量的產(chǎn)出。

將樹脂床再生時所用的一級水（配置再生液的水）水溫，加熱提高至30℃，同時將生水加熱至12℃（以t4表示），而不是15℃，這樣既可使樹脂再生效果得到提高，又可以節(jié)約大量的加熱蒸汽，因為一般再生液的水量僅為生水水量的1%左右。

2.2.3 生水平均水溫

以不低于12℃的要求為限，生水需要有5個月的加熱期（全年有5個月的生水平均溫度低于12℃）。5個月生水的平均溫度為（10+8+5+5+8）/5=7.2 (以t3，℃表示)。

2.2.4 生水量

5個月脫鹽水用生水量為519 308 t×5/6=432 756 t（以G2表示)。

2.2.5 再生液量

現(xiàn)有脫鹽水站的樹脂床直徑為2 m，再生流速為5 m/h，再生時間為40 min，再生一次樹脂床需再生液量為 0.25πD2×5×40/60=0.25×3.14×22× 5×40/60=10.5。6個月再生床子數(shù)為720次，6個月再生液總量為10.5 t/次×720次=7 560 t。脫鹽水再生液工作流量按10 m3/h設(shè)計。

2.2.6 加熱方式

（1）根據(jù)目前脫鹽水系統(tǒng)的運行情況來看，汽水混合式加熱具有運行效率高、調(diào)節(jié)性好等優(yōu)點。因此對于小流量再生液換熱器采用蒸汽噴射裝置。蒸汽噴射裝置（汽水混合）換熱器加熱再生液，既可以提高換熱效率，又可以代替加壓泵，節(jié)水省電。

（2）將生水由平均7.2℃加熱至12℃，蒸汽加熱器仍使用廠區(qū)現(xiàn)有的表面式汽水換熱系統(tǒng)。

2.2.7 蒸汽消耗量

（1）再生液由平均8.2℃加熱至30℃

消耗蒸汽量：7 560×1 000×（30-8.2）×4.19/（2 758-4.19×30）=262 335。

（2）生水由平均7.2℃加熱至12℃

消耗蒸汽量（加熱5個月）：

式中：C—水的比熱4.19 kJ/（kg·℃）；

i—蒸汽的焓，2 758 kJ/kg。

表面式換熱器蒸汽凝結(jié)水的出口溫度與被加熱水的入口溫差Δt按6℃考慮。

2.3 蒸汽噴射器設(shè)備布置

由于蒸汽噴射器占地面積很小，可以沿墻體設(shè)支架敷設(shè)于現(xiàn)有水泵間，無須改變原有廠房已有的設(shè)備布置。安裝形式見圖1。

3 方案比較

3.1 加熱運行對比

加熱運行對比見表3。

表3 加熱運行對比表Table 3 Heating running contrasttable

3.2 運行方案優(yōu)缺點分析

2種方案的差別主要在于被加熱介質(zhì)選擇及溫度控制。

從表3中看出，方案1采用整體加熱至15℃，不用增加新的設(shè)備及安裝投資，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，但蒸汽耗量大，運行費用較大，能效比較低。

圖1 脫鹽水加熱系統(tǒng)圖Fig.1 Desaltedwaterheating system

在方案2中，適當(dāng)降低生水的加熱溫度，提高樹脂再生液的溫度，可大大降低蒸汽消耗量。而采用蒸汽噴射裝置為再生液加熱，由蒸汽動能提供水壓動力，可減少電能消耗。費用方面，方案2增加投資19萬元，但方案2的蒸汽運行費用較低，能效比高。

4 結(jié)論

改造后，隨著設(shè)備系統(tǒng)運行，方案2比方案1每年可節(jié)約蒸汽量2 067 t，折合價值16.5萬/a。

從工程總費用角度考慮，以工程壽命一般為15～20年計，扣除初投資19萬元，方案2比方案1可節(jié)約247～330萬元。同時對節(jié)酸、節(jié)堿、節(jié)能也大有益處。

綜合比較，方案2在本工程中具有比較大的優(yōu)勢，是最適合本工程要求的方案。

[1]章熙民，任澤霈.傳熱學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]馬仲元.供熱工程[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3]趙振興，何建京.水力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

Schemes Comparison of Heating System for Desalted Water Reconstruction Project

HUANGYu
（ChinaHuanqiuContracting＆Engineering Co.，Liaoning BranchCompany，Liaoning Fushun113006，China）

By comparison of design schemes for the heating system of a chemical plant in Fushun，advantages and shortcomings of each heating schemes were analyzed and summarized.Based on practical situation，pertinent analysis was carried out to decrease energy consumption of raw waterdesalting system as much as possible.The raw waterwas desalted effectively and steam thermal source was utilized sufficiently to reach the destination of watersaving and decreasing energy consumption.

Heating temperature；Desaltedwater；Regeneratedliquid；Operationcost

TQ085

A

1671-0460（2010）04-0428-03

2010-06-24

黃 玉（1960-），男，高級工程師，1985年畢業(yè)于沈陽建筑大學(xué)供熱通風(fēng)與空調(diào)制冷專業(yè)，現(xiàn)任中國寰球工程公司遼寧分公司暖通空調(diào)專業(yè)審核人。電話：0413-7593164，E-mail：hyhn_@163.com。