煅燒工藝冷凝水綜合利用流程改造及計算

陳 巖

（江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇 淮安 223200）

1 煅燒冷凝水回收利用的必要性

江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠2011年2月建成，與熱電、制鹽分廠配套生產，其一期設計生產能力為年產純堿30萬t。隨著企業發展，現淮安堿廠的純堿裝置能力已近50萬t／a。

煅燒蒸汽冷凝水經二次閃發回收部分蒸汽，其閃發后冷凝水壓力約0.45MPa（絕壓），溫度約148℃，流量80t／h，水質較好，經過冷卻后可作為軟水使用。

由于水質較好，又具有較高的溫度，因此早期的煅燒冷凝水的流程一般都送回熱電工序，作為軟水的補充用水。對于中壓鍋爐用水，煅燒冷凝水的水質可以達到直接使用的標準；但隨著堿廠配套的高壓鍋爐的使用，對鍋爐給水的水質要求更高，煅燒冷凝水不適合直接作為鍋爐給水，須重新進入制水系統進行精制。因此對于熱電公司來說，煅燒冷凝水的精制利用不再是經濟的模式。

后來煅燒工藝冷凝水直接送往制鹽冷凝水系統，最終用于注井溶鹽。由于煅燒冷凝水水溫較高，注井前需經過冷卻達到注井工藝要求。在注井水不平衡時，煅燒冷凝水因水溫過高而經常被排放，造成浪費。

原設計純堿生產用軟水由熱電公司提供，隨著純堿產能的提高和熱電公司裝置能力的擴大，熱電軟水供水能力不能滿足熱電公司以外的需求。目前淮安堿廠濾過、壓縮、煅燒重灰等工序的生產用軟水需求超過60t／h，主要由制鹽的冷凝水替代。制鹽冷凝水主要用作注井溶鹽，經常因制鹽的生產波動造成冷凝水中含Cl－，甚至是鈣鎂鹽雜質含量高，給純堿生產帶來較大影響。因此，對煅燒冷凝水進行余熱回收再利用技術改造，是十分必要的。

2 煅燒工藝冷凝水流程改造

2.1 改造前煅燒工藝冷凝水流程

如圖1所示，熱電公司3.2MPa蒸汽通過減溫裝置減溫后送入堿廠進入輕灰煅燒爐，在輕灰煅燒爐內煅燒分解來自重堿車間的濕重堿，放出熱量后變成冷凝水，冷凝水通過儲水槽經過第一閃發器閃發后，產生的1.6MPa蒸汽供重灰煅燒爐使用；冷凝水經過第二閃發器閃發后，產生的0.5MPa蒸汽送重堿車間蒸餾工序使用，冷凝水通過余壓送至冷凝水總管。一閃產生的1.6MPa蒸汽，作為重灰煅燒爐的熱源。蒸汽放出熱量后產生的冷凝水通過儲水槽進入重灰閃發器，閃發蒸汽與二閃蒸汽一起送蒸餾工序，冷凝水經冷凝水總管，部分送石灰車間化灰工序，其余約80%煅燒工藝冷凝水直接送制鹽冷凝水系統。

2.2 改造后煅燒工藝冷凝水綜合利用流程

煅燒車間輕重灰0.5MPa工藝冷凝水通過管線部分送至化灰工序，其余全部送至蒸餾工序新增加的閃發器，閃發器閃發出來的蒸汽全部進入高真空蒸餾塔，不足部分從0.5MPa低壓蒸汽管網補充低壓蒸汽。閃發器閃發后的冷凝水送到貯水桶，而后冷凝水通過冷凝水泵送至板式換熱器再次降溫后經過廢淡液管線作為工藝用軟水送至濾過、煅燒工序。見圖2。

圖1 改造前煅燒工藝冷凝水流程圖

圖2 改造后煅燒工藝冷凝水綜合利用流程圖

3 物料計算

表1 新增閃發器物料參數

物料平衡方程：

60 000 ＝m1＋m2

熱量平衡方程：

60 000×623 .4＝340.6m1＋2 645.3m2＋60 000×623.4×0.05

得：m1＝53 449kg／h，m2＝6 551kg／h。

4 閃發器計算

閃發器系統作為閃蒸分離冷凝水和二次蒸汽的重要設備，合理的設計閃發器系統不僅能夠節約飽和蒸汽的耗量，同時也能夠大量回收蒸汽冷凝水節約能源。

4.1 閃發器截面積計算［1，2，3］

式中：G——閃發汽量，6 551kg／h；

r——操作條件下蒸汽比容，查表得3.2409

m3／kg；

X——蒸汽干度，取1；

W——單位截面積的閃發負荷，經驗值為（900～1 200），取1 200m3／m2·h。

得F＝26.5m2，則閃發器直徑為5.15m，圓整為5.2m。

4.2 閃發器高度的計算［4，5］

閃發器高度主要分為汽相高度和液相高度。其主要依據是進入冷凝水的流量、停留時間，及汽相空間能否滿足對二次蒸汽中含有的冷凝水液滴進行有效的分離。見圖3所示。

圖3 立式閃發器

其中低液位與高液位間距HL計算公式如下：

式中：mL——冷凝液流量，53 449kg／h；

t——停留時間，取5min；

D——閃發器直徑，5.2m；

ρL——冷凝水密度，971.0kg／m3。

得HL＝0.216m。

則汽相高度約等于（沒有考慮進口接管尺寸）：

1.2×5 .2＋0.1×5.2＝6.76m

選用公稱直徑為5.2m的標準橢圓EHA封頭，封頭深度為1.34m［6］，則閃發器的總高度＝6.76＋0.216＋0.05＋1.34×2＝9.706m 。

4.3 低壓冷凝水和蒸汽管徑的計算［3］

查表得：81.3℃時飽和蒸汽密度ρG為0.3086 kg／m3；流速u取20m／s，則

查表得：81.3℃時低壓冷凝水密度ρL為971.0 kg／m3；流速u取1m／s，則

5 結 論

1）通過對所需閃發器設計計算，閃發器所需直徑為5.2m，高為9.7m，考慮到管徑應留有富余量，絕壓為0.05MPa的飽和蒸汽管徑為DN650，冷凝水出口管徑為DN200。低壓閃發器作為煅燒冷凝水的熱能及高品質水再利用工藝路線中關鍵設備，關系到能否達到理想的回收余熱的功效。經過上述閃發器的設計計算，對煅燒冷凝水低壓閃發器有一個理論上的確認，還有待于通過生產應用驗證并進行必要的改進。

2）煅燒工藝冷凝水水質較好，又含有較高熱量，通過上述技改措施加以回收利用，既回收其熱能，同時又能充分利用其優質軟水，降低純堿的能耗，符合國家提倡的節能減排企業的要求。

［1］ 中國純堿工業協會.純堿工學［M］.北京：化學工業出版社，1990

［2］ 李瑩，王洪林.重灰煅燒爐配套閃發器的工藝計算［J］.純堿工業，2006，（5）：26－27

［3］ 涂進兵.輕灰煅燒爐配套閃發器的工藝計算［J］.新疆化工，2010，（3）：40、58

［4］ 曲軍星.多級閃蒸系統中閃蒸罐的設計［J］.城市建設理論研究，2013，（23）

［5］ 中華人民共和國行業標準.工藝系統工程設計技術規定［S］.中華人民共和國化學工業部，1996

［6］ 鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程設備設計（第二卷）［M］.北京：化學工業出版社，2006