氯化鈣儲槽蒸發器二次蒸汽的回收利用

孫新德，代善樂，姜 杰，石信平

(青島堿業發展有限公司，山東 青島 266043)

1 氯化鈣生產中蒸汽回收利用現狀

我公司的氯化鈣蒸發主要是采用強制循環蒸發器、升降膜及儲槽組合進行，使氯化鈣溶液濃度從36%升至42%、60%及71%，升膜的二次蒸汽得到了應用，可以做到不外排；但是降膜及儲槽蒸發產生的約3 t/h的二次蒸汽由于其中含有微量的鹽酸及氯化鈣腐蝕較強，普通8 mm厚的鋼管用4年就會被腐蝕透，而且是常壓蒸汽，缺少推動力，一直難以利用。氯化鈣蒸發流程如圖1。

圖1 氯化鈣蒸發工藝流程圖

2 外排蒸汽回收方案分析

2.1 外排蒸汽量的計算

按照年產10萬t 77%氯化鈣計算，每年生產8 000 h，降膜處的鈣液濃度為60%，儲槽處的鈣液濃度為71%，這樣降膜及儲槽處的蒸汽蒸出量為100 000/8 000×77(1/60-1/71)=2.47 t/h。考慮到汽液分離器出沒有閥門控制，經計算，在壓力0.05 MPa的情況下，DN100的管道，會有約1 t/h的蒸汽進入降膜，這樣共有約3.47 t/h的常壓過熱水蒸汽從儲槽排空管進入到大氣中。

2.2 解決的思路

1)外排乏汽的品位低，可以用來加熱溫度低于80 ℃的介質，或者將乏汽壓縮(MVR)提高熱源的溫度。經過綜合考慮，不考慮MVR蒸汽壓縮，因為需要大量電力，價格高；另一方面該蒸汽具有較強的腐蝕性，對壓縮機的材質要求很嚴，造價及將來的維護會難度較高。

2)解決乏汽中微量鹽酸氣的腐蝕問題。有兩種方案可供選擇：一個是利用耐腐蝕的鈦材裝置；另一個是對有腐蝕性的蒸汽進行處置，使其腐蝕性降低，從而降低裝置的選擇難度。

2.3 比較適合的方案

2.3.1 加熱50 ℃的鈣液

采用鈦材質設備，用外排的蒸汽來加熱進入效體蒸發器的50 ℃鈣液，由于溫差達到“至少20 ℃以上”的要求，可以采用列管式換熱器，也可以采用高效的鈦板換熱器，在此采用鈦板換熱器來計算。

2.3.2 預熱的流化氣

流化氣指的是在氯化鈣在由71%濃度提升到77%的過程中，需要用160～180 ℃的熱空氣，在流化床中，將片狀或粒狀的氯化鈣固體進一步脫水，這個干燥用的熱空氣，在此稱為流化氣。

考慮到傳熱溫差較小，耐腐蝕的鈦制翅片換熱器價格較高，在此建議采用高效的浸鋅鋼串片橢圓管換熱器來作為換熱設備，在蒸汽側利用噴堿性水霧的辦法來降低蒸汽中的鹽酸腐蝕以及降低蒸汽溫度，減輕冷凝水對設備的腐蝕。

利用這部分蒸汽的流程見圖2。

圖2 氯化鈣儲槽蒸發器二次蒸汽回收利用流程圖

3 詳細工藝、設備計算

3.1 加熱鈣液的設備選型

3.1.1 鈦板換熱器選型

進效體鈣液的濃度36.5%，溫度50 ℃，比熱0.61 kcal/kg，密度1.320 t/m3,水在70 ℃的汽化潛熱560 kcal/kg。

進效體鈣液的量：100 000/8 000×77%/36.5%=26.4 t/h ，即26.4/1.32=20 m3/h。

鈦板的換熱系數取600 kcal/(h·℃)。

設定將來預熱后的鈣液溫度為90 ℃，傳熱溫差dt1=100-90=10 ℃，傳熱溫差dt2=100-50=50 ℃，dtm=(dt2-dt1)/[ln(dt2/dt1)]=24.8 ℃。

需要的熱量為：

Q=Cp×m×dt=0.61×26.4×1 000×(90-50)=644 160 kcal/h。

需要的鈦板換熱面積為：

A=Q/K/dtm=644 160/600/24.8=43.3 m2。

考慮到裕量A′=1.1 A=48 m2。

可以利用的外排蒸汽量為：644 160/560=1 150 kg/h。

經咨詢鈦板換熱器廠家，建議采用面積80 m2的，水蒸汽流量1 000～1 500 kg/h，液體流量20～25 m3/h的，板縫隙2 mm的鈦板換熱器，液體側阻力0.05 MPa，氣體側阻力10 kPa。

3.1.2 不凝氣風機選型

為了可以將常壓的水蒸汽從排氣管抽過來，一方面利用引風機，但是更多的是水蒸汽在換熱板間冷凝形成的負壓將水蒸汽抽引過來；為了防止水蒸汽里微量的不凝氣累積，選用不凝氣風機來將其源源不斷地往外抽取。

這樣選擇流量120 m3/h、額定真空13 kPa、功率1 kW的RB-750型環形鼓引風機，來抽取不凝氣。

3.2 預熱流化氣的設備選型

3.2.1 翅片換熱器選型

流化風流量50 000 Nm3/h，比熱0.25 kcal/kg，密度1.2 kg/m3，入口年平均溫度15 ℃，設定換熱后的空氣溫度為85 ℃。

翅片的換熱系數取20 kcal/(h·℃)。

流化氣側的傳熱溫差dt1=100-85=15 ℃，傳熱溫差dt2=100-15=85 ℃，dtm=(dt2-dt1)/[ln(dt2/dt1)]=40.36 ℃。

需要的熱量為：

Q=Cp×m×dt=0.25×1.2×50 000×(85-15)=1 050 000 kcal/h。

需要的翅片換熱面積為：

A=Q/K/dtm=1 050 000/20/40.36=1 300 m2。

考慮到裕量A′=1.1 A=1430 m2。

可以利用的外排蒸汽量為：1 050 000/560=1 875 kg/h。

由于翅片換熱器體積大，熱損失高，取10%的熱量損失，則需要的常壓蒸汽量為：1875×1.1=2 063 kg/h。

由于是在原來翅片的基礎上再增加該設備，阻力會增加，因此能否在不更換風機的前提下，采用更高效的換熱器。

我公司現有的翅片換熱器一般間距為2.5 mm，翅片間距小，阻力大，換熱效率高,1 500 m2的翅片換熱器阻力為600 Pa；3.2 mm的翅片間距大，阻力小，換熱效率低，在條件允許的情況下盡量選擇翅片間距小的換熱器，以充分利用空間。現有風機有些偏大，風機進口風閥沒有全開，有一些壓頭可以利用，為此對鼓風機的風閥阻力進行了現場測量，以下為測量結果。

表1 鼓風機進口風閥阻力測量

從測量結果可以看出，鼓風機進口風閥開度在50%左右，其阻力大小為1 600 Pa以上，如果全開可以提供1600 Pa以上的壓頭，遠大于600 Pa，因此選擇2.5 mm的翅片沒有問題。

3.2.2 噴堿性水霧設備選擇

經測定外排蒸汽的冷凝水pH為5～7，對鋼鐵設備的腐蝕性很強，為此要將其pH提升到9～9.5，外排蒸汽的溫度約為160 ℃，也加劇了對鋼鐵設備的腐蝕，同時對換熱設備的換熱也不利，因此，建議將此溫度降至110～120 ℃。

經計算，需要噴水降溫的水量約為100 L/h,加入的氫氧化鈉量為0.05 kg/h,這樣可以采用普通不銹鋼泵頭的隔膜泵來作為動力，選擇合適的噴頭在管道內噴霧降溫。

3.2.3 不凝氣風機選型

流化氣加熱翅片同樣是利用常溫風的低溫，使管外水蒸汽冷凝形成真空，將水蒸汽引過來。由于沒有了阻力較大的鈦板，而翅片的管程截面積很大，阻力很小，需要不凝氣風機的壓頭，根據計算可以選擇2～3 kPa。

這樣選擇流量220 m3/h、額定真空3 kPa、功率0.75 kW的CX-750不銹鋼引風機，來抽取不凝氣。

4 效益計算

氯化鈣生產外排總蒸汽量為3 470 kg/h，可以利用的外排常壓蒸汽量為1 150+2 063=3 213 kg/h，剩余257 kg/h；而抽取不凝氣需要消耗蒸汽340 m3/h，即340×0.59=201 kg/h，這樣最終剩余257-201=56 kg/h，理論上可以利用外排的二次蒸汽。

鈦板處節約蒸汽為1 150 kg/h，由于該處的蒸發工藝為兩效蒸發，因此折算成生蒸汽的量1 150/1.8=639 kg/h。

翅片換熱器處節約蒸汽為1 875 kg/h，由于該處的蒸發工藝為單效蒸發，因此折算成生蒸汽的量不變。這樣折算成節約生蒸汽的量為639+1 875=2 514 kg/h，則氯化鈣的單位產品(t)蒸汽消耗可以降低：2 514/(100 000/8 000)=201 kg/t。蒸汽價格200元/t,則單位產品可以節約價值：201/1 000×200=40.4元/t。

每年蒸汽節約價值為40.4×10=404萬元。

這樣扣除掉投入后的純收益為：404-30=374萬元/年。

5 結 語

氯化鈣生產過程中存在較多的乏汽及高溫冷凝水，如何采用較好的工藝及適合的設備來合理利用，是一個長期的課題，我公司一直在這方面做著各種的嘗試。