七效真空制鹽工藝

姚立勇，鐘雄旺

(中鹽長江鹽化有限公司，湖北 應(yīng)城 432405)

1 前言

真空制鹽作為低值大噸位高耗能產(chǎn)品，隨著國家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格以及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，節(jié)能降耗的重要性、緊迫性不言而喻。工藝是節(jié)能降耗的前提，工藝的先進(jìn)程度直接決定了制鹽裝置的能耗水平，采用先進(jìn)的工藝當(dāng)為首選。

2 制鹽工藝的比較

目前井礦鹽的生產(chǎn)主要采用MVR和ME二種工藝，目前國內(nèi)ME工藝占絕大多數(shù)，而MVR工藝雖然起步較晚，但發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2.1 MVR工藝

MVR是蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù)(Mechanical Vapor Recompression)的簡稱，亦稱熱泵技術(shù)。熱泵是利用載熱工質(zhì)，從低溫處吸取熱量，并在高溫處放出熱量，它是目前世界上最節(jié)省一次能源的供熱系統(tǒng)。多效蒸發(fā)時，末效產(chǎn)生的二次蒸汽含有大量的熱量，但由于溫度低而無法利用，必須耗用大量的冷卻水進(jìn)行冷凝，限制了熱效率的提高。而熱泵通過機(jī)械壓縮，將低溫的二次蒸汽升壓升溫并重復(fù)利用，故沒有末效二次蒸汽的大量熱能無法利用之弊端，綜合能耗極低，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的機(jī)械壓縮式熱泵蒸發(fā)，其一次能源利用率高于八效蒸發(fā)，特別適合水電豐沛電價(jià)低廉地區(qū)，對于環(huán)保要求極嚴(yán)或政策不允許建設(shè)鍋爐的地區(qū)更是唯一選擇。但熱泵的應(yīng)用亦受多種因素的制約，一是投資較大，一般較多效蒸發(fā)高10%以上(若關(guān)鍵設(shè)備壓縮機(jī)等采用國產(chǎn)則可大大降低投資)，且對于部分地區(qū)特別是缺電地區(qū)項(xiàng)目批復(fù)困難。二是能源價(jià)格的約束，壓縮式熱泵是以消耗一定量的電能為前提，電能和燃料的比價(jià)對熱泵的應(yīng)用影響很大。能耗低但運(yùn)行費(fèi)用不一定低，只有當(dāng)單位煤價(jià)(或汽價(jià))/單位電價(jià)≥K(不同的工藝，不同的效數(shù)等K值不同)時，采用MVR工藝才更經(jīng)濟(jì)。而隨著化石能源的逐漸減少并趨枯竭，熱泵應(yīng)用的前景光明。現(xiàn)在更有直接用蒸汽驅(qū)動的技術(shù)，由于減少了熱電轉(zhuǎn)換的浪費(fèi)，熱效率更高。三是原料鹵水的影響，對于石膏型鹵水，鹵水凈化后，精鹵中除了NaCl外，雜質(zhì)含量極微，無需排出大量的母液，故熱效率很高。而對于芒硝型鹵水，由于精鹵中還含有較多的Na2SO4，故必須配套鹽硝分離系統(tǒng)即300系統(tǒng)。因?yàn)?00系統(tǒng)消耗較高，從而使得整套裝置熱效率降低，且鹵水中芒硝含量越高，300系統(tǒng)的比例就越大，整套裝置熱效率就越低。

2.2 ME工藝

多效真空蒸發(fā)(簡稱ME)工藝是生蒸汽供首效蒸發(fā)用，各效產(chǎn)生的二次蒸汽(末效除外)供下一效再次利用，最后末效產(chǎn)生的低溫、低壓、大比容的二次蒸汽無法利用，通過冷卻水冷凝成水而排除出系統(tǒng)，維持正常生產(chǎn)，所以它的特點(diǎn)是蒸汽多次利用，提高了熱經(jīng)濟(jì)，由于它不需要如MVR技術(shù)裝置中的大功率電動機(jī)，所以它的耗電量比MVR技術(shù)的耗電量低得多。目前世界上采用MVR技術(shù)生產(chǎn)精制鹽要比采用ME技術(shù)要多，但多效真空蒸發(fā)制鹽仍為國內(nèi)制鹽業(yè)的主流，其中在用最多的真空制鹽工藝是五效，也有部分廠家仍在使用四效，近些年新建或改造項(xiàng)目采用六效的逐漸多了起來。從四效改為五效蒸發(fā)，熱效率提高近20%(以前許多教科書書上介紹的都是四效改為五效時，節(jié)約熱能只增加10%，由五效改為六效時，只多節(jié)約3.7%)，而眾多廠家的生產(chǎn)實(shí)際證明，盡管不同廠家采用的工藝和節(jié)能措施不盡相同，使得熱效率提高的幅度不同，但四效改為五效熱效率提高16%以上是沒有問題的。而五效改六效可節(jié)能13%以上，節(jié)能潛力巨大。由于NaCl溶液的沸點(diǎn)升較高，受限于生蒸汽壓力(一般不大于0.4 MPa(G))及真空度(受環(huán)境影響極大)，通常多效真空制鹽效數(shù)最多六效。

3 七效真空制鹽

近些年，隨著國家環(huán)保政策和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，一些企業(yè)的鍋爐被迫關(guān)?；蝈仩t建設(shè)項(xiàng)目得不到批復(fù)，只得使用外部供汽及大電，較大幅度地推高了企業(yè)的生產(chǎn)成本，進(jìn)一步節(jié)能降耗尤為必要。由于外部供汽的壓力較高，進(jìn)入首效前還必須增設(shè)減溫減壓裝置，造成了高品位熱能的浪費(fèi)，為此七效真空制鹽應(yīng)運(yùn)而生。正常情況下是增設(shè)高溫高壓的首效，原有的六個效基本不動，通過工藝計(jì)算，七效較六效汽耗下降10%以上，效益可觀。下面以改造一套60萬t/a的六效真空制鹽生產(chǎn)裝置為例。

(1)投資利息與折舊。新增Ⅰ效投資額1 000萬元，則年利息47.5萬元(年利率按4.75%計(jì)取)，年折舊額=1 000×95%/10 a=95萬元。

利息+折舊=142.5萬元

(2)消耗。七效與六效相比，產(chǎn)量不變，汽耗下降約60 kg/t，汽價(jià)按180元/t計(jì)取。電按增加一臺循環(huán)泵電機(jī)250 kW，年運(yùn)行時間7 800 h計(jì)，電價(jià)取0.7元/kW·h。則有

汽費(fèi)，-60×0.18×60=-648萬元

電費(fèi)，250×0.8×0.7×7 800=109.2萬元

(3)運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)。-648+142.5+109.2=-396.3萬元，即年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約396.3萬元。

從上述分析可以看出，七效改造投資省，效益高，對具備條件的企業(yè)不失為一個好的技改項(xiàng)目。但由于我國使用多效真空制鹽廠家眾多，經(jīng)過數(shù)十年的生產(chǎn)實(shí)踐和技術(shù)進(jìn)步，許多企業(yè)和制鹽人形成了一些固化思維，其中非常普遍的一條就是“多效真空制鹽要盡可能做到熱電平衡”，均采用熱電聯(lián)產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中盡量追求熱電平衡，而且四效生產(chǎn)做到熱電平衡是很容易的。但也有少數(shù)企業(yè)由于對真空系統(tǒng)重視不夠，冷卻水溫高，冷卻水量小，在夏季末效料溫高達(dá)70 ℃左右，加之循環(huán)泵流量不足、提壓增產(chǎn)等因素，甚至四效生產(chǎn)都做不到熱電平衡，有數(shù)家企業(yè)將四效改為三效，1 t原煤(18 840.6 kJ左右)連3 t鹽都產(chǎn)不到。

隨著工藝、設(shè)備、材料和控制等的技術(shù)進(jìn)步，以及煤炭價(jià)格的不斷上漲，五效乃至六效逐步被人們所接受并形成今日之主流。顯然效數(shù)的增多必然會導(dǎo)致生蒸汽壓力的提高以及用汽量的減少，四效生產(chǎn)時的熱電平衡被打破，雖然通過加大換熱面積、加大循環(huán)量、提高真空度等諸多措施尚可實(shí)現(xiàn)五效生產(chǎn)時的熱電平衡，但再增加效數(shù)并實(shí)現(xiàn)熱電平衡就不可能了。根據(jù)理論和多家企業(yè)的改造實(shí)際(七效尚無)，按當(dāng)前煤電價(jià)格粗略測算(不同的工藝、不同的鹵水成分會有差異)，從四效開始，每增加一效噸鹽用電成本約增加2元，但由于汽耗的降低，汽電綜合成本反而會依次下降約16元、9元和6元，故多效改造是非常必要的。

4 總結(jié)

目前我國已有數(shù)家企業(yè)采用外部供熱方式生產(chǎn)，也有企業(yè)即使是自產(chǎn)蒸汽仍采用較高壓力(0.5 MPa(G)～0.55 MPa(G))生產(chǎn)，加之真空技術(shù)及設(shè)備的進(jìn)步，這就為七效改造創(chuàng)造了條件。隨著煤價(jià)、汽價(jià)的上升，七效生產(chǎn)大有可為。