電解系統(tǒng)燒堿熱量的利用

張建君

（濟(jì)寧中銀電化有限公司，山東 濟(jì)寧272500）

濟(jì)寧中銀電化有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中銀電化”）作為氯堿企業(yè)，節(jié)能降耗是趨勢(shì)，氯堿生產(chǎn)裝置中存在著大量的熱量交換工程， 有的用循環(huán)水降溫冷卻，有的設(shè)備使用5～35 ℃的水降溫。尤其是離子膜電解產(chǎn)生高溫?zé)龎A，在送至儲(chǔ)罐之前，為了減少高溫?zé)龎A對(duì)管道和儲(chǔ)罐的腐蝕， 需要通過板式換熱器與循環(huán)水間接換熱，將88 ℃燒堿降溫至45±5 ℃，過程中存在著大量的熱量交換。

離子膜電解槽在生產(chǎn)過程中，陰極液（以下稱為“循環(huán)堿”）需要循環(huán)打入電解槽，根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的情況調(diào)整，需要在進(jìn)入電解槽之前，向循環(huán)堿管道中加入脫鹽水，控制進(jìn)槽堿濃度。因?yàn)榧尤氲拿擕}水的溫度是室溫，所以與循環(huán)堿混合后，需要用蒸汽加熱到90 ℃左右。 在電解裝置的生產(chǎn)系統(tǒng)中，存在這種熱量交換情況，電解出來的燒堿需要循環(huán)水進(jìn)行降溫，浪費(fèi)了燒堿的熱量又增加了循環(huán)水系統(tǒng)的功耗，而去電解槽的脫鹽水需要蒸汽加熱， 無形中增加了生產(chǎn)成本。

中銀電化擁有30 萬t/a 離子膜燒堿裝置， 通過改造，降低過程中蒸汽的用量，使用高溫?zé)龎A加熱去循環(huán)堿的脫鹽水，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的技改目標(biāo)。

1 工藝改造

電解裝置陰極液（溫度為85±2 ℃）循環(huán)槽出口分兩路，一路經(jīng)成品堿板換降溫后去成品堿罐，另一路作為循環(huán)堿與脫鹽水（常溫）混合后，通過循環(huán)堿換熱器（用低壓蒸汽0.4 MPa）加熱后，維持循環(huán)堿溫度為90 ℃，送到各個(gè)電槽的分歧管處，再分配到每個(gè)單元槽陰極室。

原工藝為脫鹽水與循環(huán)堿先混合后用蒸汽加熱， 工藝改造后為混合前單獨(dú)對(duì)脫鹽水加熱后，熱源為電解槽產(chǎn)生的高溫?zé)龎A。 將電解燒堿換熱系統(tǒng)進(jìn)行改造， 在原有的換熱器之前串聯(lián)一個(gè)新的板式換熱器，加熱脫鹽水，加熱后的脫鹽水溫度能到70～85 ℃，然后與循環(huán)堿進(jìn)行混合，根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的調(diào)整，再通過循環(huán)堿換熱器繼續(xù)加熱到所需溫度，根據(jù)目前生產(chǎn)情況，電解裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，脫鹽水能夠加熱到85 ℃，滿足循環(huán)堿去電解槽的溫度，可以實(shí)現(xiàn)蒸汽零使用的目標(biāo)。 電解系統(tǒng)燒堿余熱利用示意圖見圖1。

圖1 電解系統(tǒng)燒堿余熱利用示意圖

第一級(jí)換熱后的燒堿溫度為55～65 ℃， 不能滿足工藝指標(biāo)（45±5 ℃），必須通過第二級(jí)換熱器才能繼續(xù)冷卻，因?yàn)樯婕皟煞N物料的進(jìn)出，必須對(duì)燒堿、脫鹽水管道阻力進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，確保裝置運(yùn)行正常，不能因?yàn)槭茏栌绊懮a(chǎn)或者改造失敗。

為了防止燒堿冷卻器泄漏后， 堿液進(jìn)入并污染脫鹽水系統(tǒng)，影響電解槽的正常運(yùn)行。高溫?zé)龎A要選用鎳材質(zhì)的板式換熱器以及鎳管道， 閥門選用鋼襯四氟材質(zhì)。 脫鹽水管線、法蘭、閥門全部使用不銹鋼（304/316L）材質(zhì)，確保脫鹽水無污染進(jìn)入電解槽。

2 數(shù)據(jù)核算

改造完成后， 第一級(jí)板式換熱器增加了燒堿側(cè)的阻力為8.7 kPa， 增加的管道阻力約為4.4 kPa，完全符合陰極液泵的揚(yáng)程余量范圍。

根據(jù)生產(chǎn)工藝，電槽電流為16 kA，脫鹽水總流量為40 m3/h。 每小時(shí)約生產(chǎn)32%的燒堿110 t。

脫鹽水從室溫（15 ℃）升高至85 ℃需要吸收的熱量為Q1=cmΔt1=4.18×40×103×70=11.7×106（kJ）。

燒堿從88 ℃降低至45 ℃需要放出的熱量為Q2=cmΔt2=3.61×110×103×43=17.1×106（kJ）。

由熱量數(shù)據(jù)計(jì)算可以得出， 燒堿余熱改造是可行的。

表1 成品堿板式換熱器冷、熱介質(zhì)的操作條件以及壓力計(jì)算

3 效益分析

改造完成后， 電解系統(tǒng)預(yù)熱脫鹽水的流程正常運(yùn)行。滿負(fù)荷時(shí)，經(jīng)加熱后的純水溫度85 ℃，換熱后的燒堿溫度為60～65 ℃。 去電解槽循環(huán)堿的加熱蒸汽可以全部關(guān)閉， 較改造之前， 平均降低蒸汽用量1.7 t/h。按照成本核算，每噸蒸汽約148 元，每小時(shí)節(jié)約240 元，如果全年運(yùn)行正常，共計(jì)節(jié)約生產(chǎn)成本為190 萬元，而本次工藝改造的全部投資費(fèi)用為45萬，其中管道、安裝費(fèi)用13 萬，兩臺(tái)鎳材質(zhì)的板式換熱器費(fèi)用32 萬。

4 結(jié)語

中銀電化采用的是氯工程的零極距電解槽，通過不斷改造和優(yōu)化操作工藝， 充分利用燒堿潛在熱能， 代替蒸汽加熱， 從而減少蒸汽消耗產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。在生產(chǎn)裝置高負(fù)荷的情況下，能夠滿足循環(huán)堿和脫鹽水混合去電解槽的溫度， 可以實(shí)現(xiàn)蒸汽零使用的目標(biāo)， 獲取節(jié)能的目的。 一級(jí)成品堿降溫后仍為55 ℃，仍存在利用價(jià)值，可以考慮繼續(xù)回收降耗。