制鹽蒸發(fā)冷凝水綜合回收利用

周中旭，彭建強(qiáng)，崔 政

(1.重慶湘渝鹽化有限責(zé)任公司，重慶 萬州 404000；2.重慶三峽學(xué)院，重慶 萬州 404000)

2020年我國正式提出二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是國家生態(tài)環(huán)境高標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措，對低位熱源的回收利用亦成為各個化工企業(yè)亟待解決的問題。

重慶湘渝鹽化有限責(zé)任公司系全國大型的井礦鹽和聯(lián)堿生產(chǎn)基地，國家大型加碘食用鹽定點生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)純堿70萬t、氯化銨70萬t、真空制鹽120萬t(其中食用鹽30萬t)。在2021年配套熱電鍋爐化水反滲透裝置改造中，采用回收制鹽蒸發(fā)冷凝水(溫度約50～52 ℃)低位熱源，代替原0.5 MPa飽和蒸汽作脫鹽水反滲透裝置進(jìn)水板式換熱器加熱熱源，取得了較好效果，現(xiàn)將相關(guān)利用情況總結(jié)如下。

1 項目可行性分析

1.1 制鹽多效蒸發(fā)冷凝水低位熱源情況

公司制鹽生產(chǎn)過程中，采用多效蒸發(fā)真空制鹽工藝。通過五效蒸發(fā)，一效采用飽和蒸汽加熱，通過真空抽吸使效體鹵水隨著壓強(qiáng)的降低，其沸點也隨之降低，從而產(chǎn)生溫度遞度，形成傳熱推動力；不斷加熱鹵水，不斷收集上效二次蒸汽作為下一效的熱源，實現(xiàn)蒸汽的多次利用，末效在接近絕對真空條件下讓各蒸發(fā)器內(nèi)鹵水中水不斷地汽化除去，形成鹵水的過飽和狀態(tài)，使鹽不斷地結(jié)晶析出；同時五效蒸發(fā)鹵水產(chǎn)生的二次蒸發(fā)冷凝水收集后經(jīng)在線監(jiān)測排放口直接外排。

經(jīng)衡算，冷凝水量約350～400 t/h(按目前120萬t/a制鹽產(chǎn)能計)，溫度約52～54 ℃，蒸發(fā)冷凝水直接外排，低位熱源損失較大，與國家目前大力推行的節(jié)能降碳政策相悖。

針對低位熱源的利用，可采用熱泵(如溴化鋰)回收作熱源或冷源，因該制鹽蒸發(fā)冷凝水溫度較低，應(yīng)用于溴化鋰熱泵時需配套使用高品位蒸汽，熱回收效率低，難以在工業(yè)應(yīng)用中得到使用。

1.2 熱電鍋爐化水反滲透裝置加熱熱源使用情況

公司熱電鍋爐采用反滲透膜裝置生產(chǎn)一級脫鹽水，配套有一套120 t/h及兩套150 t/h反滲透系統(tǒng)。根據(jù)反滲透膜特性，反滲透膜產(chǎn)水率、除鹽率與溫度有關(guān)，其運行最佳溫度為20～25 ℃，公司地處長江邊，冬季一次水溫度在11～15 ℃范圍。為確保反滲透裝置正常運行，原采用列管式換熱器，以0.5 MPa飽和蒸汽作熱源，對反滲透膜裝置進(jìn)水進(jìn)行加熱處理。按鍋爐化水系統(tǒng)RO反滲透裝置75%回收率計，配套420 t/h反滲透裝置預(yù)處理水量約560 t/h，消耗的蒸汽量較大，具體計算如下：

按最大產(chǎn)能一次水量560 m3/h，平均溫度從13 ℃升高至23 ℃計，13 ℃、23 ℃熱水焓值分別為55.18 kJ/kg、97.02 kJ/kg，則加熱所需的熱焓為：

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

0.5 MPa(表壓)飽和蒸汽熱焓值為2 756.4k J/kg，經(jīng)換熱后冷凝水溫度按35 ℃計，對應(yīng)熱焓值為147.17 kJ/kg，則飽和蒸汽消耗量為：

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

1.3 熱量衡算可行

目前RO預(yù)處理一次水量約450 m3/h，經(jīng)熱冷凝水加熱平均溫差約10 ℃，制鹽熱冷凝水溫差約20 ℃，根據(jù)熱平衡計算，制鹽蒸發(fā)冷凝水流量約：(450×10)/20=225 m3/h，按最大產(chǎn)能一次水量560 m3/h計，制鹽蒸發(fā)冷凝水量約：(560×10)/20=280 m3/h，制鹽蒸發(fā)冷凝水量能完全滿足目前產(chǎn)能需求，且有較大富裕量。因此，將制鹽蒸發(fā)冷凝水低位熱源代替原0.5 MPa飽和蒸汽作反滲透裝置進(jìn)水板式換熱器加熱熱源在理論上是可行的。

1.4 壓力匹配可行

本項目中，板式換熱器冷熱源體側(cè)的設(shè)計壓力均為1.60 MPa，配套冷凝水泵揚程為35 m，一次水運行壓力為0.3～0.4 MPa，配套設(shè)備設(shè)計壓力值能滿足生產(chǎn)運行要求。

1.5 冷凝水化學(xué)組成可行

根據(jù)日常分析，蒸汽冷凝水成分中氯離子的平均濃度為150 mg/L，最高185 mg/L，最低107 mg/L，不含重金屬離子和有毒有害物質(zhì)，水質(zhì)安全，不會對反滲透水、地下水和周邊水源產(chǎn)生污染，完全可以作為反滲透水加熱熱源使用。換熱后該冷凝水收集后按原流程經(jīng)在線監(jiān)測排放口直接外排。

2 制鹽蒸發(fā)冷凝水利用及設(shè)備選型

2.1 制鹽蒸發(fā)冷凝水利用工藝流程

通過冷凝水泵將制鹽多效蒸發(fā)冷凝水從冷凝水貯罐送至板式換熱器熱相側(cè)，與冷相側(cè)一次水逆向換熱，經(jīng)熱量回收后送在線排口外排，RO反滲透系統(tǒng)預(yù)處理一次水經(jīng)加熱后進(jìn)反滲透裝置。板式換熱器熱相進(jìn)口設(shè)置儀表自動調(diào)節(jié)閥，根據(jù)冷相出口溫度調(diào)節(jié)熱冷凝水進(jìn)水閥門開啟度。

圖1 制鹽蒸發(fā)冷凝水利用工藝流程圖

2.2 換熱器選型

經(jīng)對比工程中常見的幾種換熱器，在本項目中換熱器采用板式換熱器。其換熱器的換熱效率高，傳熱系數(shù)比同工況的管式換熱器高2～3倍左右，在介質(zhì)為50 ℃熱源工作狀態(tài)下熱損失較小，熱回收率可高達(dá)近90%；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊且占地面積小，在相同壓力損失情況下，占地面積為管式換熱器的40%左右；在介質(zhì)良好的情況下使用壽命長，運行穩(wěn)定。 板式換熱器參數(shù)如表1所示。

表1 型號：SLW25L-1.6-300-E板式換熱器參數(shù)

3 使用效果分析

3.1 裝置運行效果

裝置于2021年10月下旬投運，投運后，在滿足一次水運行量約450 t/h情況下，經(jīng)制鹽蒸發(fā)冷凝水(熱相)加熱，一次水(冷相)出口溫度可達(dá)到20～25 ℃(平均提溫約10 ℃) ，工藝指標(biāo)完全滿足生產(chǎn)要求。

3.2 設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)

制鹽蒸發(fā)冷凝水綜合回收利用工藝中主要設(shè)備有板式換熱器、離心泵、調(diào)節(jié)閥、溫度單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)、閥門、管道等，日常運行維護(hù)中需定期對板式換熱器進(jìn)行清洗，防止板片積垢?？刹扇∷蓜訅壕o螺栓松開板束，卸下板片進(jìn)行機(jī)械清洗；運行中應(yīng)保持工藝參數(shù)的穩(wěn)定， 特別注意對蒸發(fā)冷凝水的成分分析，防止氯離子過高帶來對設(shè)備和管道的腐蝕，尤其是要防止板式換熱器腐蝕穿管，造成鍋爐給水的污染。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

按目前產(chǎn)能實際一次水量450 m3/h，平均溫度從13 ℃升高至23 ℃計，裝置運行時間按每年5個月計，節(jié)約標(biāo)煤641.9×30×5×24=2 310.8 t。

4 結(jié) 語

本項目立足于制鹽行業(yè)的現(xiàn)狀，對低位熱源進(jìn)行有效利用，將72萬t/a鹽堿聯(lián)產(chǎn)的制鹽蒸發(fā)冷凝水低位熱源代替原0.5 MPa飽和蒸汽，作為反滲透裝置進(jìn)水板式換熱器加熱熱源，目前項目運行穩(wěn)定，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，且綜合回收利用的冷凝水對環(huán)境無污染。