淡鹽水脫氯系統(tǒng)改造經(jīng)驗(yàn)及節(jié)能效果

顏鵬,任科恩,水賢軍,葉益軍

(浙江鎮(zhèn)洋發(fā)展股份有限公司，浙江 寧波 315204)

電解食鹽水制堿裝置中，電解后的淡鹽水中溶有飽和的氯氣，在回一次鹽水使用前，須盡可能地脫除這部分氯氣，以保證鹽水裝置的正常運(yùn)行。目前，國內(nèi)氯堿企業(yè)的淡鹽水脫氯系統(tǒng)大多采用真空脫氯法，而形成真空的方法則采用液環(huán)泵或蒸汽噴射泵。這兩種方法中，前者以消耗電能為主，后者則以消耗蒸汽為主。就目前國內(nèi)市場價(jià)格及技術(shù)水平，蒸汽噴射泵的缺點(diǎn)明顯，其運(yùn)行成本高、能源消耗大[1]。

國內(nèi)某氯堿企業(yè)現(xiàn)有燒堿產(chǎn)能28萬t/a，其中淡鹽水脫氯崗位分一、二期，配套的淡鹽水真空脫氯系統(tǒng)的真空是由蒸汽噴射泵形成的，不僅存在運(yùn)行成本高、能源消耗大的缺點(diǎn)，而且，形成的真空度會(huì)隨著蒸汽壓力及循環(huán)水溫度的波動(dòng)而波動(dòng)。在夏季超高溫天氣條件下，循環(huán)水系統(tǒng)的溫度往往處于超極限狀態(tài)，對(duì)脫氯真空度影響很大。因此，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析后，該氯堿企業(yè)決定實(shí)施淡鹽水系統(tǒng)真空脫氯技術(shù)改造。

1 技改分析、方案確定及設(shè)備選型

經(jīng)考察周邊氯堿企業(yè)了解到，液環(huán)泵代替蒸汽噴射泵應(yīng)用于淡鹽水脫氯系統(tǒng)時(shí)間久遠(yuǎn)，早期主要采用進(jìn)口液環(huán)泵，其運(yùn)行穩(wěn)定，正常無故障運(yùn)行周期可達(dá)1萬h以上，但是設(shè)備、備件采購周期長，價(jià)格昂貴，檢修精度高等，因此不能得到廣泛應(yīng)用。鑒于國產(chǎn)液環(huán)泵技術(shù)進(jìn)步很快，使用性能不輸進(jìn)口泵，尤其是采購周期及價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口設(shè)備，近年來已被越來越多的氯堿企業(yè)所使用。據(jù)此，本文中所述氯堿企業(yè)擬定用國產(chǎn)鈦材液環(huán)泵代替現(xiàn)行蒸汽噴射泵用于真空脫氯系統(tǒng)，雙泵1開1備，并通過與國內(nèi)多家液環(huán)泵制備企業(yè)進(jìn)行技術(shù)交流和對(duì)比，最終選擇了SKW型鈦材液環(huán)泵。該泵采用集成式整體設(shè)計(jì)，將電動(dòng)機(jī)、泵體、氣液分離器、板式換熱器、冷卻系統(tǒng)等集成在同一個(gè)公用底座上。本文中所述氯堿企業(yè)的燒堿產(chǎn)能最大可提升至35萬t/a，因此，按一期15萬t/a產(chǎn)能配置型號(hào)為SKW-12M.02的液環(huán)泵，最大氣量為580 m3/h，額定真空度為81.1 kPa，極限真空度為93.1 kPa，出口壓力為0.02 MPa；二期按20萬t/a產(chǎn)能配置型號(hào)為SKW-20M.01的液環(huán)泵，最大氣量為940 m3/h，額定真空度為81.1 kPa，極限真空度為91.8 kPa，出口壓力為0.02 MPa。其中一期液環(huán)泵為2配1形式，一個(gè)集成塊上配2個(gè)泵頭，其余設(shè)備共用，補(bǔ)液管線、進(jìn)氣管線連通，采用閥門阻斷切換使用；二期為常規(guī)1配1集成形式。

2 改造后工藝流程[2]

改造后，一期淡鹽水脫氯工藝流程如圖1所示。

D1280—陽極液排凈槽；WM1—純水；CWS—冷卻上水；CWR—冷卻回水；SP1318—?dú)馑蛛x器； P1264A、B—淡鹽水泵；PVC1310—脫氯塔壓力調(diào)節(jié)閥；C1319A、B—脫氯真空泵機(jī)組；PHCV1312—加酸pH值調(diào)節(jié)閥； E1310—脫氯塔冷卻器；T1310—脫氯塔；PHCV1314—加堿pH值調(diào)節(jié)閥；LICZA1310—脫氯塔液位自動(dòng)調(diào)節(jié)閥；P1314A、B—脫氯淡鹽水泵。圖1 液環(huán)泵用于一期淡鹽水脫氯工藝流程簡圖Fig.1 Process flow diagram of the first-phase depleted brine dechlorination with liquid ring pumps

由淡鹽水泵P1264A、B送來的淡鹽水被送入T1310脫氯塔的頂部，入塔前加入鹽酸，由加酸pH值調(diào)節(jié)閥PHCV1312控制pH值在1.0～1.5，以減小氯氣在淡鹽水中的溶解度，調(diào)節(jié)脫氯塔壓力調(diào)節(jié)閥PCV1310的開度，使T1310內(nèi)真空度達(dá)到48～58 kPa。

淡鹽水進(jìn)入脫氯真空系統(tǒng)后液相表面壓力被降低，氯氣從液相中逸出轉(zhuǎn)真空系統(tǒng)后回收送入氯總管。

T1310真空系統(tǒng)由頂部脫氯塔冷卻器E1310通過脫氯真空泵機(jī)組C1319A、B產(chǎn)生真空，再經(jīng)過氣水分離器SP1318，液相氯水流往陽極液排凈槽D1280，氣相部分匯入氯氣總管。

淡鹽水出塔后加堿，由加堿pH值調(diào)節(jié)閥PHCV1314控制pH值在10～11，出塔淡鹽水由脫氯鹽水泵P1314A、B送出，經(jīng)脫氯塔液位自動(dòng)調(diào)節(jié)閥LICZA1310調(diào)節(jié)T1310的液位后，加入亞硫酸鈉溶液，除去淡鹽水中的游離氯，合格的淡鹽水送往一次鹽水化鹽崗位。

二期淡鹽水脫氯工藝流程如圖2所示。

LCV2310A、B—脫氯塔液位調(diào)節(jié)閥；LICZA2310A、B—脫氯塔液位自動(dòng)調(diào)節(jié)閥；2E310A、B—脫氯塔冷卻器；2T310A、B—脫氯塔；WM1—純水； CWS—冷卻上水；CWR—冷卻回水；2P314A、B、C、D—脫氯鹽水泵；PHCV2312A、B—加酸pH值調(diào)節(jié)閥；PHCV2314A、B—加堿pH值調(diào)節(jié)閥； 2SP318A、B—?dú)馑蛛x器；2C319A、B—脫氯真空泵機(jī)組；2D280—陽極液排凈槽；2P264A、B、C—淡鹽水泵；PCV2310A、B—脫氯塔壓力調(diào)節(jié)閥。圖2 液環(huán)泵用于二期淡鹽水脫氯工藝流程簡圖Fig.2 Process flow diagram of the second-phase depleted brine dechlorination with liquid ring pumps

由淡鹽水泵2P264A、B、C送來的淡鹽水被送入脫氯塔2T310A、B的頂部，入塔前加入鹽酸，由加酸pH值調(diào)節(jié)閥PHCV2312A、B控制pH值在1.0～1.5，以減小氯氣在淡鹽水中的溶解度，調(diào)節(jié)脫氯塔壓力調(diào)節(jié)閥PCV2310A、B的開度，使2T310A、B內(nèi)真空度達(dá)到75～80 kPa。

淡鹽水進(jìn)入脫氯真空系統(tǒng)后液相表面壓力被降低，氯氣從液相中逸出轉(zhuǎn)真空系統(tǒng)后回收送入氯氣總管。2T310A、B真空系統(tǒng)由頂部脫氯塔冷卻器2E310A、B通過脫氯真空泵機(jī)組2C319A、B產(chǎn)生真空，再經(jīng)過氣水分離器2SP1318A、B，液相氯水流往陽極液排凈槽2D280，氣相部分匯入氯氣總管。

淡鹽水出塔后加堿，由加堿pH值調(diào)節(jié)閥PHCV2314A、B控制pH值在10～11，出塔淡鹽水由脫氯鹽水泵2P314A～D送出，經(jīng)脫氯塔液位自動(dòng)調(diào)節(jié)閥LICZA2310A、B調(diào)節(jié)2T310A、B液位后，加入亞硫酸鈉溶液，除去淡鹽水中的游離氯，合格的淡鹽水送往一次鹽水化鹽崗位。

3 投資與運(yùn)行成本分析對(duì)比

3.1 投資

該項(xiàng)技術(shù)改造主要費(fèi)用如下。

(1)3臺(tái)液環(huán)泵，包括泵頭、電動(dòng)機(jī)、氣液分離器、板式換熱器、配套管道(氣、水)、配套儀表元器件、電控柜和隨機(jī)備件約為273.60萬元。

(2)管道、閥門、法蘭、緊固件、墊片、電纜架等安裝材料采購費(fèi)和機(jī)電儀管道安裝費(fèi)共計(jì)約34.33萬元。

(3)其他費(fèi)用，如設(shè)備基礎(chǔ)制作費(fèi)、動(dòng)力電纜采購費(fèi)等約18.06萬元。

綜合以上各項(xiàng)費(fèi)用，液環(huán)泵技改總費(fèi)用約為：

273.60+34.33+18.06=325.99(萬元)。

3.2 檢維修費(fèi)用分析

蒸汽噴射泵基本無須檢維修；而液環(huán)泵在前期運(yùn)行時(shí)也基本不檢維修，但后期會(huì)有相當(dāng)?shù)臋z維修成本。

根據(jù)周邊氯堿企業(yè)考察了解以及廠家提供的易損耗件進(jìn)行綜合估算，每年20萬～50萬元/臺(tái)，按10年折舊(固定資產(chǎn)最低年限)，前2年無檢維修計(jì)，平均每臺(tái)檢維修費(fèi)用平均為：

(20+50)÷2×(10-2)÷10=28(萬元/a)。

C1319A、B和2C319A、B按每年各檢修1臺(tái)計(jì)，液環(huán)泵檢維修費(fèi)用為：

28×2=56(萬元/a)。

3.3 運(yùn)行費(fèi)用分析

一、二期燒堿裝置產(chǎn)能為28萬t/a，技改前一年實(shí)際產(chǎn)能為24萬t/a，因此以下數(shù)據(jù)均按24萬t/a燒堿能力取值進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。其中蒸汽噴射泵的噸堿單耗數(shù)據(jù)、物料單價(jià)來自本文中所述氯堿企業(yè)的財(cái)務(wù)部門，液環(huán)泵的噸堿單耗數(shù)據(jù)來自同一地區(qū)的另一氯堿企業(yè)。

3.3.1 蒸汽噴射泵運(yùn)行成本分析

3.3.1.1 蒸汽成本

計(jì)算取值按燒堿產(chǎn)量24萬t/a(下同)、噸堿蒸汽單耗為0.1 t/t、蒸汽價(jià)格為203.08元/t計(jì)，則蒸汽用量為：

0.1×24萬=2.4萬(t/a)。

蒸汽成本為：

203.08×2.4=487.39(萬元/a)。

3.3.1.2 循環(huán)水運(yùn)行成本

按使用0.8 MPa的飽和蒸汽完全冷凝成水且降溫到50 ℃，進(jìn)出蒸汽冷凝器循環(huán)水溫差為8 ℃，熱效率為90%，循環(huán)水運(yùn)行費(fèi)用0.22元/t(下同)計(jì)，并查詢飽和蒸氣數(shù)據(jù)表可得0.8 MPa的飽和蒸汽溫度約為170 ℃，汽化熱為2 054 kJ/kg。不同溫度下液態(tài)水的比熱容為(4.2±0.1)kJ/(kg·K)，因?yàn)檠h(huán)水溫度一般在25 ℃，故取其比熱容為4.18 kJ/(kg·K)；而蒸汽冷凝水溫差較大，故取4.2 kJ/(kg·K)。

則循環(huán)水用量計(jì)算如下。

(1)170 ℃的水蒸氣從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液體，放出熱量為：

Q1=m1·λ。

式中：λ為汽化熱，2 054 kJ/kg；m1為飽和蒸汽的流量，2.4萬t/a=2.4×107kg/a。

Q1=2 054×2.4×107≈4.93×1010(kJ/a)。

(2)由液態(tài)水從170 ℃降溫為50 ℃，放出熱量為：

Q2=m1·Δt1·C。

其中：Δt1為液態(tài)水從170 ℃降溫為50 ℃時(shí)的溫差，K；C為水的比熱容，kJ/(kg·K)。

Q2=2.4×107×120×4.2≈1.21×1010(kJ/a)。

(3)循環(huán)水換熱的熱量為：

Q3=Q1+Q2=4.93×1010+1.21×1010=

6.14×1010(kJ/a)。

且：

Q3=m1·Δt2·η·C=m2×8×0.9×4.18。

其中：Δt2為循環(huán)水的溫差，K；η為換熱效率,%；m2為循環(huán)水量。

則：

6.14×1010=m2×8×0.9×4.18

計(jì)算得：m2≈2.04×109(t/a)。

循環(huán)水運(yùn)行費(fèi)用：

0.22元/t=2.2×10-4元/kg。

則循環(huán)水的成本為：

2.2×10-4×2.04×109=44.88萬(元/a)。

(3)蒸汽噴射泵運(yùn)行總成本為：

487.39+44.88=532.27(萬元/a)。

3.3.2 液環(huán)泵運(yùn)行成本分析[3]

3.3.2.1 用電成本

計(jì)算取值按液環(huán)泵用電單耗2 kW·h/(t·NaOH)、電價(jià)0.62元/(kW·h)計(jì)，則用電量為48萬(kW·h/a)時(shí)，用電成本為：

48×0.62=29.76(萬元/a)。

3.3.2.2 循環(huán)水運(yùn)行成本

循環(huán)水用量按1.25 t/(t·NaOH)計(jì)，則：

1.25×24=30萬(t/a)；

循環(huán)水成本為：

30×0.22=6.6萬(元/a)。

3.3.2.3 純水成本

計(jì)算取值按0.062 5 t/(t·NaOH)、純水制造成本10.7元/t計(jì)，則純水用量為：

0.062 5×24=1.50萬(t/a)。

純水費(fèi)用為：

10.7×1.50=16.05萬(元/a)。

3.3.3.4 液環(huán)泵運(yùn)行總成本

6.60+29.76+16.05+56=108.41(萬元/a)。

3.4 成本匯總比較

成本匯總?cè)绫?所示。

由表1數(shù)據(jù)可計(jì)算出該項(xiàng)改造所獲得的總經(jīng)濟(jì)效益為：

532.27-108.41=423.86(萬元/a)。

投資回收期為：

325.99÷423.86≈0.77(年)。

表1 成本匯總比較表Table 1 Cost summary and comparison 萬元/a

4 能耗比較

根據(jù)能源、能耗折算系數(shù)計(jì)算，采用等價(jià)值法進(jìn)行能耗比較如表2所示。

表2 能耗比較表Table 2 Energy consumption comparison

由表2可見：使用液環(huán)泵比使用蒸汽噴射泵更節(jié)能，節(jié)約用煤量為：

2 898.1-1 569.47=1 328.63(t/a)。

5 結(jié)語

淡鹽水系統(tǒng)真空脫氯改造項(xiàng)目自建成投運(yùn)兩年以來，除前期因機(jī)械密封品質(zhì)問題檢修更換過外，至今運(yùn)行平穩(wěn)，滿足工藝要求。就目前燒堿裝置產(chǎn)能，以及現(xiàn)階段電、汽價(jià)格核算對(duì)比，該技改項(xiàng)目既具有經(jīng)濟(jì)效益，又具有節(jié)能效益。隨著燒堿產(chǎn)能的不斷擴(kuò)展，本文中所述氯堿企業(yè)后期產(chǎn)能將擴(kuò)增至35萬t/a，其投資必隨之增大，節(jié)能效益必隨之提高。而根據(jù)目前電、汽價(jià)格趨勢來看，該項(xiàng)技術(shù)改造在今后很長一段時(shí)期內(nèi)都是氯堿企業(yè)的優(yōu)良經(jīng)濟(jì)節(jié)能項(xiàng)目。