盐水系统的节能改造及效果

陈勇江，熊鹏，赵宗强

(新疆圣雄氯碱有限公司，新疆 吐鲁番 838100)

氯碱行业的竞争越来越激烈，节能降耗势在必行。盐水一次精制过程中升温需要蒸汽，电解槽产碱带走的水分须用生产水进行弥补。新疆圣雄氯碱有限公司(以下简称“圣雄氯碱”)通过改造，降低生产水和蒸汽的使用量，实现盐水一次精制过程中生产水和蒸汽零使用的目标。

1 工艺简介

1.1 装置简介

圣雄氯碱38万t/a离子膜法烧碱装置的工艺流程如图1所示,配套的一次盐水工艺采用的是配水槽、化盐池、预处理器、后反应槽、膜过滤器装置。

1.2 水平衡

1#、2#生产装置都是采用生产水来弥补碱中带走的水分，除去回收泵机封水、树脂塔再生酸碱废水、氢气洗涤液、酸洗膜过滤器等废水外，每条线每天须加入系统的生产水量(表实际显示值)为300 m3。

1.3 使用蒸汽量

在盐水精制过程中，盐水的升温、碳酸钠配制都是通过蒸汽加热进行的。盐水升温消耗蒸汽量为4.97 t/h，则盐水加热单条线需要蒸汽量为：

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

配制碳酸钠消耗蒸汽：

2 t/天×330天/a=660 t/a。

具体调查数据如图2所示。

2 生产水和蒸汽的使用情况[1]

2.1 生产水的使用情况

生产水的损失主要是在电解槽生产的烧碱中带走的水分，除回收泵机封水、树脂塔再生酸碱废水、氢气洗涤液外，每天须加入300 m3生产水。因此，在厂区寻找水源，最终决定将动力车间混床再生酸碱废水送至一次盐水，每天输送300 m3，以弥补碱中带走的水分。在接收过程中，对废水进行质量检测，安装pH计进行在线监测，安装在线ORP探头进行游离氯检测，分析室每天都对废水做样进行全分析，确保废水中不带入其他杂质。接收酸碱中和废水中的pH值为8.0～11.0，游离氯含量为0，一旦检测到指标超标即刻停止接收废水。

图1 预处理器+膜过滤器一次盐水工艺流程Fig.1 Process flow of primary brine refining composed of preprocessor and membrane filter

图2 1#装置生产水加入量随运行时间变化曲线图
Fig.2 Curve of production water feed change with operation time in 1#unit

2.2 蒸汽的使用情况

在盐水一次精制过程中，使用蒸汽的位置是盐水升温处和碳酸钠配制处。使用前，盐水须从40 ℃升温至60 ℃，所需蒸汽热量的计算公式为：

Q1=m1×cp1×(60-40) 。

其中：Q1为热量，kJ；m1为盐水流量，m3/h；cp1为盐水的比热容，J/(kg·℃)。

热流体释放的热量计算式为：

Q2=m2×r+ 65m2×cp。

其中：Q2为热流体释放的热量，kJ；m2为蒸汽流量，m3/h；r为汽化潜热，kJ/kg；cp2为水的比热容，J/(kg·℃)；65为饱和蒸汽的温度，℃。

两个热量在理论上相等，计算其蒸汽消耗量为：

m1×cp1×(60-40)=m2×r+m2×cp× 65。

计算可得：

m2=39 362.4(t/a)。

对盐水升温系统进行改造，将厂区氯乙烯转换热水热量进行回收，并将其引至一次盐水化盐系统进行换热。换热之后将热水送回至氯乙烯工序进行回收利用[2]。

配制碳酸钠需要的蒸汽和生产水全部用片碱工艺冷凝液代替，减少蒸汽的使用量，同时减少生产水的使用量，使盐水一次精制过程中实现蒸汽零使用、生产水零使用的目标。

3 废水、废汽循环利用的实施细节[2]

3.1 水平衡方面

利用原有动力车间至事故水池DN150再生废水管线，在盐水厂房滤液槽外引至滤液槽，利用滤液泵将废水送至配水槽与盐水混合，安装流量计、pH值、ORP在线监测仪对废水流量和质量进行实时检测。

注意事项：为保证盐水系统的平稳运行，在pH值不在控制指标范围内时，拒绝接收废水；配水槽液位≥50%时，拒绝接收废水；电解停车时，拒绝接收废水。

3.2 蒸汽平衡方面

从氯乙烯工序引温度为115 ℃的转换热水至一次盐水盐场，利用原有板式换热器(材质为钛，换热面积为50 m2)进行换热，管线为DN200碳钢管线，管道中设有U形弯。换热后的水继续送至氯乙烯工序，将片碱工艺冷凝液通过盐水厂房南侧的DN50碳钢管道引至碳酸钠配制槽，利用工艺冷凝液代替蒸汽和生产水。工艺冷凝液温度为45～60 ℃，配制碳酸钠可以使碳酸钠充分溶解，防止沉淀堵塞管道。

4 改造后的运行状况和效果

4.1 改造后的运行状况

圣雄氯碱2017年改造完成后，盐水系统无明显变化，运行数据稳定，各项指标均能达到设计要求如图3、图4所示。

图3 1#装置精盐水悬浮物质量浓度随运行时间变化曲线图Fig.3 Curve of change of suspended substance concentration in refined brine with operation time in 1# unit

4.2 改造后生产水的效益

圣雄氯碱电解车间一次盐水两条线，每条线上计量表的实际计数示为“300”(300 m3);1年按330天生产时间计，生产水的用量为：

300×330×2=198 000(m3)；

生产水单价为0.6元/t，费用为：

198 000×0.6=11.88万(元/a)。

罐的体积为17 m3，每天4罐；2条生产线每年碳酸钠配制使用生产水量为：

17×4×330×2=44 880(m3/a) ;

费用为：

44 880×0.6=2.692 8(万元/a)。

共计：

2.692 8+11.88=14.572 8(万元)。

图4 1#装置精盐水Ca2和+Mg2+质量浓度随运行时间变化曲线图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

圣雄氯碱一次盐水使用蒸汽量为：

(39 362.4+660)×2=80 044(t/a)。

蒸汽单价为95元/t，共节约蒸汽费用为：

80 044×95=760.418万(元/a)。

4.4 改造后直接获得的总经济效益

14.572 8+760.418≈775(万元)。

5 结语

氯碱行业中盐水精制使用蒸汽和生产水是不可少的，但是利用合格的废水和热水代替这部分的蒸汽和生产水的效益显著。圣雄氯碱经过此次改造，可获直接经济效益775万元/a；改造完成后至今，运行稳定，系统指标合格，没有出现指标偏离的状况。因此，利用酸碱废水和热水代替生产水和蒸汽是可行的，此次改造为氯碱行业中水和蒸汽的使用改造提供了参考依据。在生产过程中，氯碱企业可根据自身能源的协调，合理利用废水、废蒸汽来代替碱中带走的水分和盐水升温所需的热量。