鹽水系統的節能改造及效果

陳勇江，熊鵬，趙宗強

(新疆圣雄氯堿有限公司，新疆 吐魯番 838100)

氯堿行業的競爭越來越激烈，節能降耗勢在必行。鹽水一次精制過程中升溫需要蒸汽，電解槽產堿帶走的水分須用生產水進行彌補。新疆圣雄氯堿有限公司(以下簡稱“圣雄氯堿”)通過改造，降低生產水和蒸汽的使用量，實現鹽水一次精制過程中生產水和蒸汽零使用的目標。

1 工藝簡介

1.1 裝置簡介

圣雄氯堿38萬t/a離子膜法燒堿裝置的工藝流程如圖1所示,配套的一次鹽水工藝采用的是配水槽、化鹽池、預處理器、后反應槽、膜過濾器裝置。

1.2 水平衡

1#、2#生產裝置都是采用生產水來彌補堿中帶走的水分，除去回收泵機封水、樹脂塔再生酸堿廢水、氫氣洗滌液、酸洗膜過濾器等廢水外，每條線每天須加入系統的生產水量(表實際顯示值)為300 m3。

1.3 使用蒸汽量

在鹽水精制過程中，鹽水的升溫、碳酸鈉配制都是通過蒸汽加熱進行的。鹽水升溫消耗蒸汽量為4.97 t/h，則鹽水加熱單條線需要蒸汽量為：

4.97 t/h×24 h/天×330天/a =39 362.4 t/a 。

配制碳酸鈉消耗蒸汽：

2 t/天×330天/a=660 t/a。

具體調查數據如圖2所示。

2 生產水和蒸汽的使用情況[1]

2.1 生產水的使用情況

生產水的損失主要是在電解槽生產的燒堿中帶走的水分，除回收泵機封水、樹脂塔再生酸堿廢水、氫氣洗滌液外，每天須加入300 m3生產水。因此，在廠區尋找水源，最終決定將動力車間混床再生酸堿廢水送至一次鹽水，每天輸送300 m3，以彌補堿中帶走的水分。在接收過程中，對廢水進行質量檢測，安裝pH計進行在線監測，安裝在線ORP探頭進行游離氯檢測，分析室每天都對廢水做樣進行全分析，確保廢水中不帶入其他雜質。接收酸堿中和廢水中的pH值為8.0～11.0，游離氯含量為0，一旦檢測到指標超標即刻停止接收廢水。

圖1 預處理器+膜過濾器一次鹽水工藝流程Fig.1 Process flow of primary brine refining composed of preprocessor and membrane filter

圖2 1#裝置生產水加入量隨運行時間變化曲線圖
Fig.2 Curve of production water feed change with operation time in 1#unit

2.2 蒸汽的使用情況

在鹽水一次精制過程中，使用蒸汽的位置是鹽水升溫處和碳酸鈉配制處。使用前，鹽水須從40 ℃升溫至60 ℃，所需蒸汽熱量的計算公式為：

Q1=m1×cp1×(60-40) 。

其中：Q1為熱量，kJ；m1為鹽水流量，m3/h；cp1為鹽水的比熱容，J/(kg·℃)。

熱流體釋放的熱量計算式為：

Q2=m2×r+ 65m2×cp。

其中：Q2為熱流體釋放的熱量，kJ；m2為蒸汽流量，m3/h；r為汽化潛熱，kJ/kg；cp2為水的比熱容，J/(kg·℃)；65為飽和蒸汽的溫度，℃。

兩個熱量在理論上相等，計算其蒸汽消耗量為：

m1×cp1×(60-40)=m2×r+m2×cp× 65。

計算可得：

m2=39 362.4(t/a)。

對鹽水升溫系統進行改造，將廠區氯乙烯轉換熱水熱量進行回收，并將其引至一次鹽水化鹽系統進行換熱。換熱之后將熱水送回至氯乙烯工序進行回收利用[2]。

配制碳酸鈉需要的蒸汽和生產水全部用片堿工藝冷凝液代替，減少蒸汽的使用量，同時減少生產水的使用量，使鹽水一次精制過程中實現蒸汽零使用、生產水零使用的目標。

3 廢水、廢汽循環利用的實施細節[2]

3.1 水平衡方面

利用原有動力車間至事故水池DN150再生廢水管線，在鹽水廠房濾液槽外引至濾液槽，利用濾液泵將廢水送至配水槽與鹽水混合，安裝流量計、pH值、ORP在線監測儀對廢水流量和質量進行實時檢測。

注意事項：為保證鹽水系統的平穩運行，在pH值不在控制指標范圍內時，拒絕接收廢水；配水槽液位≥50%時，拒絕接收廢水；電解停車時，拒絕接收廢水。

3.2 蒸汽平衡方面

從氯乙烯工序引溫度為115 ℃的轉換熱水至一次鹽水鹽場，利用原有板式換熱器(材質為鈦，換熱面積為50 m2)進行換熱，管線為DN200碳鋼管線，管道中設有U形彎。換熱后的水繼續送至氯乙烯工序，將片堿工藝冷凝液通過鹽水廠房南側的DN50碳鋼管道引至碳酸鈉配制槽，利用工藝冷凝液代替蒸汽和生產水。工藝冷凝液溫度為45～60 ℃，配制碳酸鈉可以使碳酸鈉充分溶解，防止沉淀堵塞管道。

4 改造后的運行狀況和效果

4.1 改造后的運行狀況

圣雄氯堿2017年改造完成后，鹽水系統無明顯變化，運行數據穩定，各項指標均能達到設計要求如圖3、圖4所示。

圖3 1#裝置精鹽水懸浮物質量濃度隨運行時間變化曲線圖Fig.3 Curve of change of suspended substance concentration in refined brine with operation time in 1# unit

4.2 改造后生產水的效益

圣雄氯堿電解車間一次鹽水兩條線，每條線上計量表的實際計數示為“300”(300 m3);1年按330天生產時間計，生產水的用量為：

300×330×2=198 000(m3)；

生產水單價為0.6元/t，費用為：

198 000×0.6=11.88萬(元/a)。

罐的體積為17 m3，每天4罐；2條生產線每年碳酸鈉配制使用生產水量為：

17×4×330×2=44 880(m3/a) ;

費用為：

44 880×0.6=2.692 8(萬元/a)。

共計：

2.692 8+11.88=14.572 8(萬元)。

圖4 1#裝置精鹽水Ca2和+Mg2+質量濃度隨運行時間變化曲線圖Fig.4 Curve of change of Ca2+ and Mg2+ concentration in refined brine with operation time in 1# unit

4.3 改造后蒸汽的效益

圣雄氯堿一次鹽水使用蒸汽量為：

(39 362.4+660)×2=80 044(t/a)。

蒸汽單價為95元/t，共節約蒸汽費用為：

80 044×95=760.418萬(元/a)。

4.4 改造后直接獲得的總經濟效益

14.572 8+760.418≈775(萬元)。

5 結語

氯堿行業中鹽水精制使用蒸汽和生產水是不可少的，但是利用合格的廢水和熱水代替這部分的蒸汽和生產水的效益顯著。圣雄氯堿經過此次改造，可獲直接經濟效益775萬元/a；改造完成后至今，運行穩定，系統指標合格，沒有出現指標偏離的狀況。因此，利用酸堿廢水和熱水代替生產水和蒸汽是可行的，此次改造為氯堿行業中水和蒸汽的使用改造提供了參考依據。在生產過程中，氯堿企業可根據自身能源的協調，合理利用廢水、廢蒸汽來代替堿中帶走的水分和鹽水升溫所需的熱量。