制盐蒸发冷凝水综合回收利用

周中旭，彭建强，崔 政

(1.重庆湘渝盐化有限责任公司，重庆 万州 404000；2.重庆三峡学院，重庆 万州 404000)

2020年我国正式提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的目标。实现碳达峰、碳中和是国家生态环境高标准保护和高质量发展的重要举措，对低位热源的回收利用亦成为各个化工企业亟待解决的问题。

重庆湘渝盐化有限责任公司系全国大型的井矿盐和联碱生产基地，国家大型加碘食用盐定点生产企业，年产纯碱70万t、氯化铵70万t、真空制盐120万t(其中食用盐30万t)。在2021年配套热电锅炉化水反渗透装置改造中，采用回收制盐蒸发冷凝水(温度约50～52 ℃)低位热源，代替原0.5 MPa饱和蒸汽作脱盐水反渗透装置进水板式换热器加热热源，取得了较好效果，现将相关利用情况总结如下。

1 项目可行性分析

1.1 制盐多效蒸发冷凝水低位热源情况

公司制盐生产过程中，采用多效蒸发真空制盐工艺。通过五效蒸发，一效采用饱和蒸汽加热，通过真空抽吸使效体卤水随着压强的降低，其沸点也随之降低，从而产生温度递度，形成传热推动力；不断加热卤水，不断收集上效二次蒸汽作为下一效的热源，实现蒸汽的多次利用，末效在接近绝对真空条件下让各蒸发器内卤水中水不断地汽化除去，形成卤水的过饱和状态，使盐不断地结晶析出；同时五效蒸发卤水产生的二次蒸发冷凝水收集后经在线监测排放口直接外排。

经衡算，冷凝水量约350～400 t/h(按目前120万t/a制盐产能计)，温度约52～54 ℃，蒸发冷凝水直接外排，低位热源损失较大，与国家目前大力推行的节能降碳政策相悖。

针对低位热源的利用，可采用热泵(如溴化锂)回收作热源或冷源，因该制盐蒸发冷凝水温度较低，应用于溴化锂热泵时需配套使用高品位蒸汽，热回收效率低，难以在工业应用中得到使用。

1.2 热电锅炉化水反渗透装置加热热源使用情况

公司热电锅炉采用反渗透膜装置生产一级脱盐水，配套有一套120 t/h及两套150 t/h反渗透系统。根据反渗透膜特性，反渗透膜产水率、除盐率与温度有关，其运行最佳温度为20～25 ℃，公司地处长江边，冬季一次水温度在11～15 ℃范围。为确保反渗透装置正常运行，原采用列管式换热器，以0.5 MPa饱和蒸汽作热源，对反渗透膜装置进水进行加热处理。按锅炉化水系统RO反渗透装置75%回收率计，配套420 t/h反渗透装置预处理水量约560 t/h，消耗的蒸汽量较大，具体计算如下：

按最大产能一次水量560 m3/h，平均温度从13 ℃升高至23 ℃计，13 ℃、23 ℃热水焓值分别为55.18 kJ/kg、97.02 kJ/kg，则加热所需的热焓为：

Q=560×1 000×(97.02-55.18)=23 430 400 kJ/h

0.5 MPa(表压)饱和蒸汽热焓值为2 756.4k J/kg，经换热后冷凝水温度按35 ℃计，对应热焓值为147.17 kJ/kg，则饱和蒸汽消耗量为：

23 430 400/(2 756.4-147.17)=8 979.8 kg/h

1.3 热量衡算可行

目前RO预处理一次水量约450 m3/h，经热冷凝水加热平均温差约10 ℃，制盐热冷凝水温差约20 ℃，根据热平衡计算，制盐蒸发冷凝水流量约：(450×10)/20=225 m3/h，按最大产能一次水量560 m3/h计，制盐蒸发冷凝水量约：(560×10)/20=280 m3/h，制盐蒸发冷凝水量能完全满足目前产能需求，且有较大富裕量。因此，将制盐蒸发冷凝水低位热源代替原0.5 MPa饱和蒸汽作反渗透装置进水板式换热器加热热源在理论上是可行的。

1.4 压力匹配可行

本项目中，板式换热器冷热源体侧的设计压力均为1.60 MPa，配套冷凝水泵扬程为35 m，一次水运行压力为0.3～0.4 MPa，配套设备设计压力值能满足生产运行要求。

1.5 冷凝水化学组成可行

根据日常分析，蒸汽冷凝水成分中氯离子的平均浓度为150 mg/L，最高185 mg/L，最低107 mg/L，不含重金属离子和有毒有害物质，水质安全，不会对反渗透水、地下水和周边水源产生污染，完全可以作为反渗透水加热热源使用。换热后该冷凝水收集后按原流程经在线监测排放口直接外排。

2 制盐蒸发冷凝水利用及设备选型

2.1 制盐蒸发冷凝水利用工艺流程

通过冷凝水泵将制盐多效蒸发冷凝水从冷凝水贮罐送至板式换热器热相侧，与冷相侧一次水逆向换热，经热量回收后送在线排口外排，RO反渗透系统预处理一次水经加热后进反渗透装置。板式换热器热相进口设置仪表自动调节阀，根据冷相出口温度调节热冷凝水进水阀门开启度。

图1 制盐蒸发冷凝水利用工艺流程图

2.2 换热器选型

经对比工程中常见的几种换热器，在本项目中换热器采用板式换热器。其换热器的换热效率高，传热系数比同工况的管式换热器高2～3倍左右，在介质为50 ℃热源工作状态下热损失较小，热回收率可高达近90%；设备结构紧凑且占地面积小，在相同压力损失情况下，占地面积为管式换热器的40%左右；在介质良好的情况下使用寿命长，运行稳定。 板式换热器参数如表1所示。

表1 型号：SLW25L-1.6-300-E板式换热器参数

3 使用效果分析

3.1 装置运行效果

装置于2021年10月下旬投运，投运后，在满足一次水运行量约450 t/h情况下，经制盐蒸发冷凝水(热相)加热，一次水(冷相)出口温度可达到20～25 ℃(平均提温约10 ℃) ，工艺指标完全满足生产要求。

3.2 设备维护和保养

制盐蒸发冷凝水综合回收利用工艺中主要设备有板式换热器、离心泵、调节阀、温度单回路调节系统、阀门、管道等，日常运行维护中需定期对板式换热器进行清洗，防止板片积垢。可采取松动压紧螺栓松开板束，卸下板片进行机械清洗；运行中应保持工艺参数的稳定， 特别注意对蒸发冷凝水的成分分析，防止氯离子过高带来对设备和管道的腐蚀，尤其是要防止板式换热器腐蚀穿管，造成锅炉给水的污染。

3.3 经济效益分析

按目前产能实际一次水量450 m3/h，平均温度从13 ℃升高至23 ℃计，装置运行时间按每年5个月计，节约标煤641.9×30×5×24=2 310.8 t。

4 结 语

本项目立足于制盐行业的现状，对低位热源进行有效利用，将72万t/a盐碱联产的制盐蒸发冷凝水低位热源代替原0.5 MPa饱和蒸汽，作为反渗透装置进水板式换热器加热热源，目前项目运行稳定，并取得了一定的经济效益，且综合回收利用的冷凝水对环境无污染。