鹽堿聯(lián)合裝置的蒸汽綜合利用方案的探討

李瑞峰

(中國(guó)成達(dá)工程有限公司，四川成都 610041)

專論與綜述

鹽堿聯(lián)合裝置的蒸汽綜合利用方案的探討

李瑞峰

(中國(guó)成達(dá)工程有限公司，四川成都 610041)

通過(guò)對(duì)真空制鹽與聯(lián)堿裝置的全廠蒸汽平衡，探討了鹽堿聯(lián)合裝置的蒸汽綜合利用方案；分析了裝置的能耗構(gòu)成及能耗水平，推薦聯(lián)堿裝置的CO2壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式宜采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，可達(dá)到總體節(jié)能目的。

真空制鹽；制堿；蒸汽利用；透平驅(qū)動(dòng)；節(jié)能

聯(lián)堿法生產(chǎn)過(guò)程中由于母液在純堿生產(chǎn)和氯化銨生產(chǎn)過(guò)程之間循環(huán)使用，為保持生產(chǎn)系統(tǒng)的水平衡，避免系統(tǒng)的母液膨脹，要求采用固體原鹽為原料。聯(lián)堿企業(yè)為避免由于原鹽的價(jià)格頻繁波動(dòng)而造成生產(chǎn)成本的不穩(wěn)定，同時(shí)也為降低原料成本，有條件的企業(yè)則配套建設(shè)固體原鹽生產(chǎn)裝置，占據(jù)原料的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)行鹽堿聯(lián)合戰(zhàn)略。在考察國(guó)內(nèi)幾個(gè)實(shí)行鹽堿聯(lián)合的企業(yè)后發(fā)現(xiàn)，制鹽裝置與制堿裝置從規(guī)劃設(shè)計(jì)到建成后的生產(chǎn)操作管理，仍分別獨(dú)立設(shè)置，缺乏全廠的統(tǒng)一規(guī)劃，沒有進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合優(yōu)化，導(dǎo)致建設(shè)投資高和生產(chǎn)操作費(fèi)用增加的結(jié)局。

本文將從全廠蒸汽平衡出發(fā)，探討蒸汽利用方案及壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的選擇，分析裝置的能耗構(gòu)成及能耗水平，以達(dá)到降低全廠能耗的目的，希望能為鹽堿聯(lián)合企業(yè)提供參考和幫助。

1 真空制鹽與聯(lián)堿裝置的蒸汽利用方案及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

1.1 計(jì)算依據(jù)及假定條件

1.1.1 真空制鹽流程選擇

原料鹵水選取內(nèi)陸地區(qū)具有代表性的硫酸鈉型鹵水，鹵水經(jīng)預(yù)處理后用管道送至本裝置，其主要成分為NaCl、Na2SO4、鈣鎂、懸浮物等。

表1 原料鹵水組成

目前，真空制鹽蒸發(fā)工藝有三種，即：熱壓制鹽工藝；熱壓制鹽與多效真空蒸發(fā)制鹽并用工藝；多效真空蒸發(fā)制鹽工藝。其中多效真空蒸發(fā)制鹽工藝在制鹽行業(yè)普遍采用，技術(shù)成熟可靠。隨著能源的緊張，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，多效真空蒸發(fā)制鹽工藝得到廣泛使用。本文選用四效真空蒸發(fā)制鹽工藝，含硫酸鈉的制鹽母液進(jìn)入硝蒸發(fā)罐在真空下回收硫酸鈉，實(shí)現(xiàn)鹽硝聯(lián)產(chǎn)。

1.1.2 聯(lián)堿裝置流程選擇

本文選取具有代表性的常壓碳化、濃汽制堿生產(chǎn)技術(shù)。采用真空過(guò)濾重堿，自身返堿煅燒重堿制得輕質(zhì)純堿，重灰煅燒和氯化銨干燥采用沸騰流化床技術(shù)，螺桿壓縮機(jī)壓縮二氧化碳?xì)狻?/p>

1.1.3 產(chǎn)品規(guī)模及方案

根據(jù)聯(lián)堿法純堿裝置的規(guī)模效益特性以及市場(chǎng)準(zhǔn)入條件，本文選取生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)純堿和氯化銨各60萬(wàn)t，其中輕質(zhì)純堿(即輕灰)為20萬(wàn)t/a，重質(zhì)純堿(即重灰)為40萬(wàn)t/a，氯化銨產(chǎn)品全部為農(nóng)業(yè)干燥氯化銨。

真空制鹽裝置提供聯(lián)堿裝置所需固體工業(yè)鹽，不考慮外售，裝置規(guī)模按69萬(wàn)t/a工業(yè)鹽設(shè)計(jì)。

1.2 全廠蒸汽用戶及用汽等級(jí)

在國(guó)內(nèi)大型純堿企業(yè)中，采用4.0 MPa(G)級(jí)鍋爐時(shí)，全廠的蒸汽等級(jí)壓力基本可按照用戶需要分為4級(jí)，即：4.0 MPa(G)級(jí)、3.2 MPa(G)級(jí)、1.4 MPa(G)級(jí)、0.35 MPa(G)級(jí)。真空制鹽裝置供I效蒸發(fā)器的生蒸汽壓力為0.30～0.35 MPa(G)。

1.3 蒸汽利用方案分析

通過(guò)上述全廠的蒸汽用戶及用汽等級(jí)分析，聯(lián)堿裝置與真空制鹽裝置宜進(jìn)行全廠的蒸汽用能綜合研究分析，實(shí)現(xiàn)蒸汽的產(chǎn)、用多級(jí)利用，達(dá)到裝置的合理用能目的。

大型聯(lián)堿裝置均配有CO2壓縮機(jī)、真空泵和冷凍機(jī)組，其中壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式可采取蒸汽透平驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

采取電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式操作簡(jiǎn)單，維修量少，一次投資費(fèi)用低，但長(zhǎng)期操作費(fèi)用較高。

采用背壓式蒸汽透平驅(qū)動(dòng)既可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，又實(shí)現(xiàn)了蒸汽的多級(jí)利用，其背壓低壓蒸汽可送去低壓蒸汽用戶使用。但采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，且一次投資費(fèi)用較高。

因此，針對(duì)企業(yè)的具體工廠配置情況，需進(jìn)行全廠的蒸汽平衡計(jì)算，研究蒸汽的利用方案，實(shí)現(xiàn)全廠的總體用能最省，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益高。

1.4 兩種方案的全廠蒸汽平衡

電動(dòng)方案中CO2壓縮機(jī)組全部采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。

汽動(dòng)方案中的CO2壓縮機(jī)組全部采用背壓式汽輪機(jī)，背壓汽按0.45 MPa(A)設(shè)計(jì)。

通過(guò)全廠蒸汽平衡，上述兩種方案的全廠蒸汽消耗統(tǒng)計(jì)如表3(由于篇幅所限，蒸汽平衡圖此處省略)。

表3 全廠蒸汽消耗統(tǒng)計(jì)表

1.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

各工耗介質(zhì)價(jià)格按以下取值計(jì)算：

電價(jià) 0.50元/kW

汽價(jià)(中) 130元/t

汽價(jià)(低) 120元/t

蒸汽冷凝液/減溫水 10元/t

表4 蒸汽利用方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

注：1)只比較有差別的項(xiàng)目，以電動(dòng)方案為比較基準(zhǔn)0，“+”表示費(fèi)用增加，“-”表示費(fèi)用減少。 2)本表未計(jì)維修費(fèi)用、人工費(fèi)及資金占用等因素。

從表4中的比較結(jié)果可知，采用汽動(dòng)方案盡管一次性投資增加745萬(wàn)元，但每年可節(jié)約操作費(fèi)用約2 720萬(wàn)元，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，各企業(yè)和地區(qū)的工耗介質(zhì)價(jià)格不盡相同，設(shè)備檔次選擇水平也有區(qū)別，計(jì)算結(jié)果也會(huì)有所差異。

2 能耗分析

2.1 能耗指標(biāo)計(jì)算依據(jù)

各類能源折算為一次能源的單位為標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。

各類能源折算標(biāo)準(zhǔn)煤按照表5。其中，電力折算按照等價(jià)值進(jìn)行。

表5 各類能源折算標(biāo)準(zhǔn)煤的規(guī)定值

2.2 能耗計(jì)算

為了反映生產(chǎn)能耗實(shí)際水平，本計(jì)算的電力折算按照等價(jià)值計(jì)，且僅計(jì)算兩種方案有差別的能耗項(xiàng)目。

表6 能耗計(jì)算表

2.3 能耗構(gòu)成及分析

大型鹽堿聯(lián)產(chǎn)的能耗主要集中在蒸汽、電和冷卻水的消耗上。無(wú)論采用電動(dòng)方案或是汽動(dòng)方案，由于采用了蒸汽多級(jí)利用、低位熱能回收等技術(shù)，聯(lián)合裝置的單位產(chǎn)量綜合能耗指標(biāo)均可有效降低。對(duì)于采用汽動(dòng)方案，將熱負(fù)荷與驅(qū)動(dòng)功率進(jìn)行最佳搭配，實(shí)現(xiàn)熱-功結(jié)合，做到能量的綜合利用，單位產(chǎn)品能耗可降低6.29 kg標(biāo)煤/t純堿。

3 結(jié) 論

鹽堿聯(lián)合企業(yè)應(yīng)對(duì)全廠進(jìn)行綜合能耗分析研究，尤其要對(duì)用汽、用電進(jìn)行綜合評(píng)估測(cè)算，優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，對(duì)于大功率用電壓縮機(jī)組宜采用背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)揮鹽堿聯(lián)合企業(yè)的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到蒸汽的綜合利用，使全廠的能耗最省，降低操作費(fèi)用，提高綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì).電力監(jiān)管年度報(bào)告[P]，2008

[2] 大連化工研究設(shè)計(jì)院.純堿工學(xué)(第二版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004

[3] GB/T 50441-2007 石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)[S]

TQ083.4

C

1005-8370(2017)02-03-03

2016-12-12

李瑞峰，男，漢族，畢業(yè)于四川大學(xué)化工工藝與冶金專業(yè)，高級(jí)工藝工程師，主要從事純堿、燒堿等無(wú)機(jī)鹽產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)研究與設(shè)計(jì)工作，擔(dān)任中國(guó)純堿工業(yè)協(xié)會(huì)理事和技術(shù)咨詢部成員，四川省注冊(cè)投資咨詢師，四川省杰出青年工程勘察設(shè)計(jì)師，獲得中國(guó)發(fā)明專利2項(xiàng)，實(shí)用新型專利2項(xiàng)和多項(xiàng)行業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。