氯化鉀生產(chǎn)綜合能耗分析及對(duì)策

雷炳蓮，陳美嶺

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，國家鹽湖資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，青海省鹽湖資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 格爾木 816099)

1 前言

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“公司”)是我國最大的鉀肥生產(chǎn)基地，現(xiàn)有500萬t/a鉀肥生產(chǎn)能力，擁有多套氯化鉀生產(chǎn)線。氯化鉀生產(chǎn)工藝不同，其能源消耗情況也不盡相同。隨著國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于氯化鉀產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)，氯化鉀產(chǎn)能和產(chǎn)量迅速增加。氯化鉀生產(chǎn)技術(shù)裝備水平和能源利用效率參差不齊，節(jié)能形式嚴(yán)峻，因此，如何提升能源使用率，并提高公司能源使用管理水平，促進(jìn)公司綠色低碳健康發(fā)展勢(shì)在必行。

2 氯化鉀生產(chǎn)工藝技術(shù)概述

公司以鹵水為原料生產(chǎn)氯化鉀的方法主要有四種：一是以旱采鹽湖光鹵石為原料的冷結(jié)晶正浮選法；二是以深水鹽田光鹵石為原料的反浮選冷結(jié)晶法,三是以分解液為原料的兌鹵冷結(jié)晶法；四是將鉀石鹽礦用循環(huán)母液加熱到90 ℃以上進(jìn)行溶浸，氯化鉀全部溶解于溶液中，絕大部分的氯化鈉仍以固體存在，經(jīng)離心分離后除去；澄清的氯化鉀飽和液經(jīng)真空冷卻結(jié)晶出氯化鉀產(chǎn)品的氯化鉀熱溶結(jié)晶法。

2.1 冷結(jié)晶—正浮選工藝

冷結(jié)晶—正浮選工藝是在冷分解—正浮選工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，該工藝的主要適用對(duì)象是旱采光鹵石原礦。其基本流程如下：原礦經(jīng)加礦裝置通過皮帶進(jìn)入破碎機(jī)，將其中大塊原礦破碎，使整體粒度處于2 cm以下；然后通過皮帶進(jìn)入結(jié)晶器，在結(jié)晶器中與淡水、精鉀母液、尾鹽水在攪拌的作用下混合、分解、結(jié)晶，得到的固相為人造鉀石鹽的料漿；料漿通過渣漿泵送至調(diào)和槽，在調(diào)和槽與鹽酸十八胺2#油等藥劑混合均勻后進(jìn)入浮選裝置，通過浮選裝置將人造鉀石鹽中的氯化鉀與氯化鈉初步分離，氯化鉀(夾帶部分氯化鈉)以泡沫形式處于浮選機(jī)表層被刮出，氯化鈉(包含部分未被浮選起的氯化鉀)則隨著浮選機(jī)底流排出系統(tǒng)；泡沫形式的氯化鉀經(jīng)帶機(jī)脫去夾帶母液，即為粗鉀濾餅；粗鉀濾餅進(jìn)入再漿洗滌槽與淡水在攪拌的作用下成為料漿，在該過程中粗鉀濾餅夾帶的大部分固相氯化鈉轉(zhuǎn)入液相，被稱為再漿洗滌；再漿洗滌料漿經(jīng)離心機(jī)脫去液相，即可得到離心成品；離心成品再經(jīng)干燥、包裝得到最終產(chǎn)品。

2.2 反浮選—冷結(jié)晶工藝

反浮選—冷結(jié)晶生產(chǎn)工藝原鹵通過輸鹵泵站將鹵水引入鈉鹽池，使其蒸發(fā)至接近光鹵石飽和點(diǎn)，導(dǎo)入調(diào)節(jié)池；繼續(xù)攤曬達(dá)到光鹵石飽和點(diǎn)后，導(dǎo)入光鹵石池析出光鹵石礦，用水采船將光鹵石池中的光鹵石礦采集輸送至原礦振動(dòng)篩，經(jīng)篩選后的光鹵石礦送入原礦濃密機(jī)，經(jīng)濃縮后輸送到浮選生產(chǎn)工序進(jìn)行除鈉，浮選后的低鈉光鹵石礦漿經(jīng)濃縮后進(jìn)行固液分離，把固相低鈉光鹵石送至冷結(jié)晶工序，將低鈉光鹵石進(jìn)行分解、結(jié)晶，得到品位較高的粗鉀，粗鉀經(jīng)調(diào)漿洗滌工序精制后，得到高品位氯化鉀，最后到烘干系統(tǒng)、包裝。

2.3 熱溶—結(jié)晶法工藝

鹽田光鹵石礦經(jīng)由機(jī)械采收和汽車運(yùn)輸?shù)郊庸S原礦堆場(chǎng)堆放，光鹵石礦再經(jīng)運(yùn)輸車運(yùn)至原礦給料倉，螺旋給料機(jī)給料，由皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至立軸錐式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，破碎后的光鹵石礦由皮帶運(yùn)輸機(jī)送至分解槽在常溫下溶解，經(jīng)水平帶式過濾機(jī)固液分離后，液相通過輸鹵渠送至鹽田，固相人造鉀石鹽由皮帶運(yùn)輸機(jī)經(jīng)計(jì)量后輸送至一級(jí)熱溶槽中，按比例加入混合母液進(jìn)行溶解。從熱溶槽溢流出來的料漿流入濃密機(jī)中沉降增稠，濃密機(jī)中物料溫度保持在93 ℃±2 ℃，溢流流入精鉀液槽，用離心泵定量地輸送至結(jié)晶器真空冷卻結(jié)晶。濃密機(jī)底流料漿經(jīng)渣漿泵輸送至旋流分離器進(jìn)行固液分離，含固態(tài)氯化鈉渣漿流入鹽渣高位槽，再自流入離心機(jī)進(jìn)行分離，鹽渣經(jīng)洗滌后由皮帶輸送機(jī)輸出裝車、外運(yùn)堆放。旋流分離器清液、洗滌母液、離心母液與換熱后的精鉀母液和水并入離心母液中間槽形成混合母液，經(jīng)換熱器升溫至98 ℃后送至一級(jí)熱溶槽中熱溶。結(jié)晶器采用三臺(tái)串聯(lián)，來自精鉀液槽的氯化鉀飽和母液加至一級(jí)結(jié)晶器，每級(jí)結(jié)晶都出料、料漿從底部排出，和清液一起進(jìn)入二級(jí)結(jié)晶器，經(jīng)過再次降溫后，進(jìn)入三級(jí)結(jié)晶器，三級(jí)結(jié)晶器的上部溢流進(jìn)入低溫循環(huán)母液槽。晶漿輸送至旋流分離器中，經(jīng)濃縮增稠后，旋流分離器的輕相和離心機(jī)液相一起進(jìn)入低溫循環(huán)母液槽，用離心泵輸送至二級(jí)結(jié)晶器頂部進(jìn)行逆流冷卻，回收余熱后進(jìn)入二級(jí)熱井，再用熱井泵輸送至一級(jí)結(jié)晶器頂部進(jìn)行逆流冷卻，回收余熱后進(jìn)入一級(jí)熱井，用一級(jí)熱井泵輸送至母液加熱器升溫后進(jìn)入熱溶槽溶解鉀石鹽礦。旋流分離器重相進(jìn)去成品中間槽，自流至成品離心機(jī)，經(jīng)固液分離后，濕氯化鉀產(chǎn)品由皮帶輸送機(jī)輸送至干燥包裝。

2.4 兌鹵—冷結(jié)晶工藝

使鉀肥生產(chǎn)流程本身產(chǎn)生的分解液和尾鹽水用泵打入E點(diǎn)(氯化鉀、氯化鈉和光鹵石共飽)池，攤曬至氯化鈉、氯化鉀、光鹵石共飽，同時(shí)將老鹵引入老鹵池?cái)倳裰两咏柡颓衣然c與光鹵石共飽和(F點(diǎn)母液池)。

將E、F鹵水用泵按比例泵入鹵水反應(yīng)器中開始兌鹵，析出光鹵石和少量的氯化鈉，經(jīng)溢流增濃并排出部分細(xì)晶氯化鈉后，底流泵入濃密機(jī)進(jìn)行濃密，溢流和兌鹵器的溢流泵入鹽田攤曬二段光鹵石，底流泵入半成品高位槽，其濃度為40%～50%，由半成品高位槽給半成品離心機(jī)供料進(jìn)行脫水不，母液返回濃密機(jī)，回收穿濾部分的光鹵石，脫水后得到中間產(chǎn)品低鈉光鹵石。用低鈉光鹵石和M12母液(高鎂母液)按比例調(diào)漿，調(diào)槳后泵入結(jié)晶器進(jìn)行冷分解結(jié)晶，溢流分解液排入E點(diǎn)母液池循環(huán)使用，底流泵入濃密機(jī)濃縮，濃密機(jī)溢流液導(dǎo)入E點(diǎn)母液池?cái)倳裱h(huán)使用，底流固液比達(dá)到25%左右時(shí)通過高位槽進(jìn)入產(chǎn)品離心機(jī)，脫水后得到濕氯化鉀，干燥包裝得到成品氯化鉀。

3 現(xiàn)有能耗計(jì)算方法

3.1 氯化鉀綜合能耗計(jì)算

氯化鉀綜合能耗就是企業(yè)在報(bào)告期內(nèi)生產(chǎn)氯化鉀產(chǎn)品的生產(chǎn)活動(dòng)總用能量。包括生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)的各種能源消耗量，不包括與生產(chǎn)無關(guān)的用于生活目的的能源、基建用能、外銷能源和回收自用的能源。

氯化鉀產(chǎn)品的綜合能耗按公式(1)計(jì)算：

E=Ezi+Eji

(1)

式中：E——氯化鉀產(chǎn)品的綜合能耗，噸標(biāo)準(zhǔn)煤；Ezi——氯化鉀產(chǎn)品的直接綜合能耗，噸標(biāo)準(zhǔn)煤；Eji——氯化鉀產(chǎn)品的間接綜合能耗，噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

3.2 氯化鉀單位產(chǎn)量綜合能耗

氯化鉀單位產(chǎn)量綜合能耗按(2)式計(jì)算：

(2)

式中：Ee——氯化鉀單位產(chǎn)量綜合能耗，千克標(biāo)準(zhǔn)煤/t；M——氯化鉀產(chǎn)品產(chǎn)量，t。

4 氯化鉀產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗數(shù)據(jù)分析

4.1 氯化鉀產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗現(xiàn)狀

隨著鹽湖資源開采量的規(guī)?；图s化，察爾汗鹽湖鉀礦資源中的晶間鹵水逐年下降和減少，公司為了合理開采鉀資源，提高資源利用率，采用了“固液轉(zhuǎn)化、驅(qū)動(dòng)開采、循環(huán)利用”的固液轉(zhuǎn)化專有技術(shù)，并通過挖潛擴(kuò)能，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)產(chǎn)能。

隨著公司氯化鉀產(chǎn)量的不斷提高，氯化鉀生產(chǎn)能源消費(fèi)也逐年提高。表1和表2分別反映了公司四種工藝氯化鉀單位產(chǎn)品綜合能耗和各類能源使用在綜合能耗中的占比變化。由表1可以看出2017年～2020年公司氯化鉀產(chǎn)品單位產(chǎn)品綜合能耗除兌鹵工藝外大致逐年上升。從表2可以看出天然氣、煤、蒸汽的用量逐年上升，其中煤和蒸汽的消耗量上升幅度更大。

表1 2017年～2020年四種工藝單位產(chǎn)品綜合能耗Tab.1 Comprehensive energy consumption per unit product of four processes in 2017～2020

表2 2017年～2020年四種工藝能源消費(fèi)占比Tab.2 Proportion of energy consumption of four processes in 2017～2020 %

4.2 氯化鉀產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗分析

(1)由于近年來察爾汗礦區(qū)開采的鹵水主要以低品位固體鉀礦固液轉(zhuǎn)化的鹵水為主，鹵水鹵質(zhì)較晶間鹵水鹵質(zhì)發(fā)生了較大的變化：一是鹵水中的氯化鉀含量由最初2.8%以上到固液轉(zhuǎn)化后鹵水中氯化鉀含量1.6%出現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)；二是鹵水中的氯化鈉含量由最初4%以下上升到固液轉(zhuǎn)化后氯化鈉含量8%左右；由于鹵水中氯化鉀含量的下降和氯化鈉含量的上升導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)難度進(jìn)一步加大，最終使得氯化鉀產(chǎn)品單位產(chǎn)品綜合能耗上升。

(2)氯化鉀生產(chǎn)裝置涉及多臺(tái)套機(jī)電設(shè)備，導(dǎo)致電能消耗量過高。隨著資源含量的變化，機(jī)電類設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)也隨之加大了運(yùn)轉(zhuǎn)率，電能消耗也成上升趨勢(shì)。

(3)為進(jìn)一步提升產(chǎn)品品質(zhì)，公司在氯化鉀產(chǎn)品出廠水分上加大研究力度，將水分含量由原來小于2%降至小于0.5%，期間，產(chǎn)品干燥系統(tǒng)天然氣、煤、蒸汽使用量上升，進(jìn)一步加大了能耗。

(4)相比較而言，兌鹵工藝能耗有所下降，主要原因在于氯化鉀產(chǎn)品主含量(K2O)由60%提升至62%，天然氣用量減少。但該工藝產(chǎn)能低，非公司主要生產(chǎn)工藝技術(shù)。

5 對(duì)策措施及建議

1)加強(qiáng)礦區(qū)鹵水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過資源高效利用及綠色溶礦技術(shù)等開采技術(shù)的研究，構(gòu)建智慧鹽湖體系，結(jié)合資源可持續(xù)利用發(fā)展規(guī)劃，以打造世界級(jí)鹽湖產(chǎn)業(yè)基地為依托，進(jìn)一步落實(shí)資源開采和利用效率，科學(xué)合理地控制能源消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗管理目標(biāo)。

2)加快先進(jìn)工業(yè)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，建立節(jié)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范線。學(xué)習(xí)借鑒國內(nèi)外節(jié)能減排先進(jìn)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和思路，加強(qiáng)節(jié)能共性技術(shù)問題研究和先進(jìn)節(jié)能技術(shù)研究應(yīng)用，采用高新節(jié)能技術(shù)改造傳統(tǒng)高耗能產(chǎn)業(yè)工藝設(shè)備。

3)加大科技創(chuàng)新力度，加大節(jié)能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣資金投入，逐步增加節(jié)能技術(shù)研發(fā)資金投入比重。采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”、“以獎(jiǎng)促補(bǔ)”方式，抓好技改項(xiàng)目的實(shí)施，加快對(duì)落后技術(shù)設(shè)備的技術(shù)改造，逐步淘汰高耗能落后機(jī)電設(shè)備，提升機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率，降低電能消耗。

4)進(jìn)一步落實(shí)能源管理體系ISO 50001要求，創(chuàng)新管制機(jī)制，提升公司全員節(jié)能意識(shí)，形成全員節(jié)能降耗的良好范圍，加快節(jié)能減排技術(shù)服務(wù)體系建設(shè)，對(duì)企業(yè)應(yīng)用大、節(jié)能潛力大、需求帶動(dòng)效應(yīng)明顯的，加快其相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用及推廣，打造公司節(jié)能降耗新的制高點(diǎn)。

5)積極探索節(jié)能降耗新途徑，建立節(jié)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范線。如通過加大公司電力系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，減少電力系統(tǒng)線損等，從各能源消耗點(diǎn)著手，優(yōu)化升級(jí)現(xiàn)有管理措施。

6)依托區(qū)域內(nèi)新能源、新材料發(fā)展規(guī)劃，推動(dòng)光電、風(fēng)電、清潔能源等新能源就地消耗和產(chǎn)能轉(zhuǎn)化，降低能源消耗，推動(dòng)綠色制造。