煅燒工藝?yán)淠C合利用流程改造及計(jì)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(chǎn)，其一期設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)純堿30萬(wàn)t。隨著企業(yè)發(fā)展，現(xiàn)淮安堿廠的純堿裝置能力已近50萬(wàn)t／a。

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

由于水質(zhì)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?zé)犭姽ば?，作為軟水的補(bǔ)充用水。對(duì)于中壓鍋爐用水，煅燒冷凝水的水質(zhì)可以達(dá)到直接使用的標(biāo)準(zhǔn)；但隨著堿廠配套的高壓鍋爐的使用，對(duì)鍋爐給水的水質(zhì)要求更高，煅燒冷凝水不適合直接作為鍋爐給水，須重新進(jìn)入制水系統(tǒng)進(jìn)行精制。因此對(duì)于熱電公司來說，煅燒冷凝水的精制利用不再是經(jīng)濟(jì)的模式。

后來煅燒工藝?yán)淠苯铀屯汽}冷凝水系統(tǒng)，最終用于注井溶鹽。由于煅燒冷凝水水溫較高，注井前需經(jīng)過冷卻達(dá)到注井工藝要求。在注井水不平衡時(shí)，煅燒冷凝水因水溫過高而經(jīng)常被排放，造成浪費(fèi)。

原設(shè)計(jì)純堿生產(chǎn)用軟水由熱電公司提供，隨著純堿產(chǎn)能的提高和熱電公司裝置能力的擴(kuò)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(chǎn)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(jīng)常因制鹽的生產(chǎn)波動(dòng)造成冷凝水中含Cl－，甚至是鈣鎂鹽雜質(zhì)含量高，給純堿生產(chǎn)帶來較大影響。因此，對(duì)煅燒冷凝水進(jìn)行余熱回收再利用技術(shù)改造，是十分必要的。

2 煅燒工藝?yán)淠鞒谈脑?/h2>

2.1 改造前煅燒工藝?yán)淠鞒?/h3>

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(jìn)入輕灰煅燒爐，在輕灰煅燒爐內(nèi)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(chǔ)水槽經(jīng)過第一閃發(fā)器閃發(fā)后，產(chǎn)生的1.6MPa蒸汽供重灰煅燒爐使用；冷凝水經(jīng)過第二閃發(fā)器閃發(fā)后，產(chǎn)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(chǎn)生的1.6MPa蒸汽，作為重灰煅燒爐的熱源。蒸汽放出熱量后產(chǎn)生的冷凝水通過儲(chǔ)水槽進(jìn)入重灰閃發(fā)器，閃發(fā)蒸汽與二閃蒸汽一起送蒸餾工序，冷凝水經(jīng)冷凝水總管，部分送石灰車間化灰工序，其余約80%煅燒工藝?yán)淠苯铀椭汽}冷凝水系統(tǒng)。

2.2 改造后煅燒工藝?yán)淠C合利用流程

煅燒車間輕重灰0.5MPa工藝?yán)淠ㄟ^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(fā)器，閃發(fā)器閃發(fā)出來的蒸汽全部進(jìn)入高真空蒸餾塔，不足部分從0.5MPa低壓蒸汽管網(wǎng)補(bǔ)充低壓蒸汽。閃發(fā)器閃發(fā)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(jīng)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?yán)淠鞒虉D

圖2 改造后煅燒工藝?yán)淠C合利用流程圖

3 物料計(jì)算

表1 新增閃發(fā)器物料參數(shù)

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(fā)器計(jì)算

閃發(fā)器系統(tǒng)作為閃蒸分離冷凝水和二次蒸汽的重要設(shè)備，合理的設(shè)計(jì)閃發(fā)器系統(tǒng)不僅能夠節(jié)約飽和蒸汽的耗量，同時(shí)也能夠大量回收蒸汽冷凝水節(jié)約能源。

4.1 閃發(fā)器截面積計(jì)算［1，2，3］

式中：G——閃發(fā)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(fā)負(fù)荷，經(jīng)驗(yàn)值為（900～1 200），取1 200m3／m2·h。

得F＝26.5m2，則閃發(fā)器直徑為5.15m，圓整為5.2m。

4.2 閃發(fā)器高度的計(jì)算［4，5］

閃發(fā)器高度主要分為汽相高度和液相高度。其主要依據(jù)是進(jìn)入冷凝水的流量、停留時(shí)間，及汽相空間能否滿足對(duì)二次蒸汽中含有的冷凝水液滴進(jìn)行有效的分離。見圖3所示。

圖3 立式閃發(fā)器

其中低液位與高液位間距HL計(jì)算公式如下：

式中：mL——冷凝液流量，53 449kg／h；

t——停留時(shí)間，取5min；

D——閃發(fā)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)橢圓EHA封頭，封頭深度為1.34m［6］，則閃發(fā)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(jì)算［3］

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

5 結(jié) 論

1）通過對(duì)所需閃發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算，閃發(fā)器所需直徑為5.2m，高為9.7m，考慮到管徑應(yīng)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(fā)器作為煅燒冷凝水的熱能及高品質(zhì)水再利用工藝路線中關(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系到能否達(dá)到理想的回收余熱的功效。經(jīng)過上述閃發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)煅燒冷凝水低壓閃發(fā)器有一個(gè)理論上的確認(rèn)，還有待于通過生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證并進(jìn)行必要的改進(jìn)。

2）煅燒工藝?yán)淠|(zhì)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(shí)又能充分利用其優(yōu)質(zhì)軟水，降低純堿的能耗，符合國(guó)家提倡的節(jié)能減排企業(yè)的要求。

［1］ 中國(guó)純堿工業(yè)協(xié)會(huì).純堿工學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990

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

［3］ 涂進(jìn)兵.輕灰煅燒爐配套閃發(fā)器的工藝計(jì)算［J］.新疆化工，2010，（3）：40、58

［4］ 曲軍星.多級(jí)閃蒸系統(tǒng)中閃蒸罐的設(shè)計(jì)［J］.城市建設(shè)理論研究，2013，（23）

［5］ 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.中華人民共和國(guó)化學(xué)工業(yè)部，1996

［6］ 鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計(jì)（第二卷）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006