淺談熱泵制鹽技術(shù)的原理及工藝

趙玉柱

河北省滄州臨港晶山鹽業(yè)有限公司，河北 滄州 061100

制鹽業(yè)屬高耗能行業(yè)，這是大家都非常清楚的。在目前能源價格居高不下，能源價格飛速上漲的今天，企業(yè)的成本壓力越來越大。雖然鹽業(yè)科研人員在技術(shù)上不斷改革創(chuàng)新，挖潛節(jié)能降耗，制鹽技術(shù)不斷提高，但隨著能源價格不斷上漲，節(jié)能降耗、提高效益、降低成本的任務(wù)迫在眉睫。經(jīng)過多年研究和探討，熱泵制鹽技術(shù)在國內(nèi)外得到了長足發(fā)展，其工藝及熱泵壓縮機可靠性及效率方面有了質(zhì)的飛躍，國內(nèi)大型發(fā)電裝置的發(fā)電效率及環(huán)保性也得到了大幅提高，國內(nèi)蒸汽成本，電力成本發(fā)生較大變化。于是鹽業(yè)科研人員又一次將眼光投向了熱泵制鹽技術(shù)。

1 機械壓縮式熱泵原理

熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的裝置。熱泵雖然要消耗一定量的高位能，但所供給的熱量卻是消耗的高位能與吸取的低位熱量的總和。因此，采用熱泵裝置可以節(jié)約高位能。熱泵的工作原理與制冷機相同，都是按熱機的逆循環(huán)工作的。機械壓縮式熱泵工作時，首先采用生蒸汽加熱鹵水到沸點，來自蒸發(fā)器的低溫低壓二次蒸汽為壓縮機所吸入，通過壓縮機的絕熱壓縮作用，提高二次蒸汽的壓力和飽和溫度，然后送回原蒸發(fā)器的加熱室，作為加熱蒸汽使用。壓縮機在此過程中消耗一定的有用能。加熱蒸汽進入加熱室后與鹵水換熱，蒸發(fā)出水份，即二次蒸汽。二次蒸汽為壓縮機吸入，形成循環(huán)過程。

2 熱泵制鹽工藝的組成部份

根據(jù)熱泵工作原理，熱泵制鹽主要由以下幾個基本部分組成：

1）蒸發(fā)系統(tǒng)

由蒸發(fā)罐及加熱室、循環(huán)泵等組成，由于熱泵制鹽通常為單效蒸發(fā)，因此蒸發(fā)罐的直徑都很大，以60萬t/a鹽算，其蒸發(fā)罐直徑可達12m左右。加熱室面積也很大，通常取有效溫差5℃～6℃，經(jīng)測算，溫差取得越大，其熱平衡建立越困難，也就是說可能需要額外補生蒸汽。加上各種溫差損失，總的溫差有20℃左右較為合理。對壓縮機來說，其壓縮比也就在2.0左右，對壓縮機來說功耗較為合理。限于加熱室及循環(huán)泵的制造難度，通常選擇兩臺加熱室及兩臺循環(huán)泵較為合理。單套蒸發(fā)罐的生產(chǎn)能力在60萬t/a鹽及以下較為合適。

2）二次蒸汽

洗滌系統(tǒng)二次蒸汽由于會夾帶料液雖然經(jīng)過捕癎，即使是很微量也會對壓縮機葉輪造成巨大的沖擊、腐蝕、結(jié)垢。張家壩制鹽化工廠引進的我國第一套10萬t/a熱泵制鹽系統(tǒng)就曾經(jīng)發(fā)生過壓縮機轉(zhuǎn)子結(jié)垢問題。因此洗滌完全及再次除霧顯得非常重要。直接引入影響到壓縮機使用壽命及工作穩(wěn)定性。

3）蒸汽壓縮系統(tǒng)

在熱泵制鹽工藝中壓縮機通常采用開放式離心式壓縮機。離心式制冷壓縮機（centrifugalrefrigera tioncompressor）是一種速度型的壓縮機。它具有下列特點：動平衡特性好，振動小，基礎(chǔ)要求簡單；故障少、工作可靠、壽命長；機組單位制冷量的重量、體積及安裝面積??；機組的運行自動化程度高，制冷量調(diào)節(jié)范圍廣，且可連續(xù)無級調(diào)節(jié)，經(jīng)濟方便；壓縮機的一級壓力比不大，在壓力比較高時，需采用多級壓縮；壓縮負(fù)荷越大，效率越高；因此非常適合大流量蒸汽的低壓縮比壓縮。

4）壓縮蒸汽過熱度消除系統(tǒng)

二次蒸汽為壓縮機所吸入，經(jīng)壓縮機絕熱壓縮后，二次蒸汽的溫度及壓力均提高，此時壓縮后蒸汽呈過熱狀態(tài)。為減少過熱度對冷凝傳熱的不利影響，因此需要增設(shè)一過熱度消除器。

5）進罐鹵水預(yù)熱系統(tǒng)

一方面為了充分利用低位熱能，另一方面從熱平衡計算來看，進罐鹵水必須預(yù)熱到近沸點進料，否則需要額外補充二次蒸汽，系統(tǒng)熱量才能達到平衡。一套有效的預(yù)熱系統(tǒng)是保證熱泵制鹽系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。冷凝水的余熱要充分利用，母液的余熱也要充分利用。通常需要設(shè)置多級預(yù)熱措施。并且需要有備用及倒換系統(tǒng)。其材質(zhì)選用上，也主要選擇鈦材為主。

6）離心脫水干燥系統(tǒng)

對于生產(chǎn)固體鹽來說，離心脫水及干燥系統(tǒng)也是必不可少的。按照制鹽行業(yè)的經(jīng)驗，通常選擇雙級活塞推料離心機，這個機型在國內(nèi)較為成熟可靠。不需要引進。干燥系統(tǒng)通常也選擇內(nèi)熱式干燥床，熱效率很高。也無需引進。

7）冷凝水系統(tǒng)

熱泵制鹽壓縮系統(tǒng)是選用的開放式壓縮系統(tǒng)，是直接壓縮二次蒸汽，提高能源品位，同樣在加熱室的傳熱過程主要還是相變傳熱。蒸汽冷凝成水，因此冷凝水在加熱室需要及時排出。并且要充分利用冷凝水的低位熱能，也及回收高品位冷凝水。

8）生蒸汽系統(tǒng)

由于在熱泵制鹽系統(tǒng)運行初期需要投入蒸汽建立熱循環(huán)，以及為保障蒸發(fā)系統(tǒng)的熱平衡不被破壞，主要是預(yù)熱措施不到位時。保障系統(tǒng)的正常運行。還有鹽的干燥也需要蒸汽。因此需要有完善的生蒸汽系統(tǒng)。對于新系統(tǒng)來說需要新建小型鍋爐，對于老系統(tǒng)來說可充分利用原有系統(tǒng)。

9）其它系統(tǒng)

根據(jù)物料不同，通常有鹵水處理系統(tǒng)、石膏晶種法需要有石膏系統(tǒng)。含硝鹵水需要有提硝系統(tǒng)等。

3 熱泵制鹽工藝的主要技術(shù)參數(shù)的確定和熱泵制鹽技術(shù)經(jīng)濟性分析

熱泵制鹽參數(shù)的選擇需結(jié)合物料特性，主要考慮熱平衡、壓縮比、有效溫差。通常蒸汽參數(shù)的選擇以蒸發(fā)罐正壓操作為限，壓縮機的工作性能與進汽壓力及壓縮比有關(guān)。進汽壓力高，蒸汽密度較大，相對壓縮比率更低，對提高壓縮效率有利，對設(shè)備制造及材質(zhì)要求相應(yīng)提高。壓縮比越大，壓縮機效率越低，通常壓縮比取值不大于2.2。各運行參數(shù)的最終確定需要根據(jù)熱平衡試算后確定。按現(xiàn)階段的汽電成本，熱泵制鹽系統(tǒng)運行汽電費用可節(jié)約78元/t鹽以上，其效益顯而易見。根據(jù)能源價格發(fā)展趨勢，汽電成本差距越來越大，運用熱泵制鹽技術(shù)是當(dāng)前要重點研究的內(nèi)容。將熱泵制鹽技術(shù)與真空制鹽技術(shù)相接合，克服了鹽廠以往以汽定電帶來的電富余狀況，對鹽廠來說是非常有益的。

總之，熱泵制鹽技術(shù)，通過最近十多年來的發(fā)展，在國內(nèi)外運用非常普遍，技術(shù)可靠，經(jīng)濟節(jié)能，效率顯著，特別是在目前降耗節(jié)能的氛圍下，是值得大力推廣的。

[1]黃金龍.淺談制鹽工程中防腐問題的處理[J].中國井礦鹽，2001，5.

[2]石觀滸.熱壓制鹽工藝技術(shù)發(fā)展前景探析[J].中國鹽業(yè)，2005，7.