黃玉

（中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順113006）

脫鹽水加熱改造工程方案比較*

黃玉

（中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順113006）

通過(guò)撫順某化工廠加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對(duì)比，分析總結(jié)各種加熱方案的優(yōu)點(diǎn)和不足，結(jié)合實(shí)際情況做針對(duì)性的分析，最大限度地減少生水脫鹽系統(tǒng)中的熱量消耗，對(duì)生水進(jìn)行有效的除鹽處理，使蒸汽熱源得以充分利用，達(dá)到節(jié)約水源，降低生產(chǎn)能耗的目的。

加熱溫度；脫鹽水；再生液；運(yùn)行費(fèi)用

溫度在脫鹽水離子交換系統(tǒng)中的作用非常重要，如果溫度達(dá)不到要求，將使離子交換器無(wú)法達(dá)到正常工況點(diǎn)。為保證脫鹽水離子交換系統(tǒng)在寒冷季節(jié)正常工作，須對(duì)脫鹽水系統(tǒng)進(jìn)行加熱。但加熱方案有多種，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，既充分利用現(xiàn)有設(shè)施，又能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益，就需要設(shè)計(jì)人員認(rèn)真思考并解決的問(wèn)題。

1 熱源及加熱方式

脫鹽水再生時(shí)一般溫度要求在15～40℃。由于工程所處地區(qū)的室外計(jì)算溫度較低，冬季又是需要熱負(fù)荷最大的季節(jié)，基于生產(chǎn)的重要性，采用汽水換熱系統(tǒng)。以0.6 MPa表壓的裝置余熱蒸汽作為脫鹽水加熱熱源。采用表面式換熱系統(tǒng)和混合式換熱系統(tǒng)兩種加熱方式,前一種因設(shè)備材質(zhì)及制作方式不同，換熱效率有所不同，后一種水加熱器無(wú)論設(shè)備制作方式如何，換熱效率均為100%[1]。

2 加熱方案

2.1 加熱方案1

將生水及再生液全部加熱至15℃。2.1.1 生水平均水溫

表1 月份水溫平均值Table 1 Monthaverage watertemperature

制取脫鹽水的生水來(lái)自凈化水站，其水溫在15℃（以t2表示）以下的寒冷季節(jié)時(shí)間為6個(gè)月（以上年11月起至下年4月底），具體月份水溫平均值見表1。

這6個(gè)月生水的自然平均溫度為（10+8+5+5+8 +13）/6=8.2（以t1，℃表示）。

2.1.2 生水量

腈綸化工廠全年的生水量（脫鹽水用）約為1 0 38 616 t。則6個(gè)月的脫鹽水用生水量為1 038 616 t/2=519 308 t（以G1表示）。

2.1.3 加熱方式

采用廠區(qū)現(xiàn)有的表面式汽水換熱系統(tǒng)。

2.1.4 蒸汽消耗量[2]

式中：C—水的比熱4.19，kJ/（kg·℃）；

i—蒸汽的焓2 758，kJ/kg。

蒸汽凝結(jié)水的出口溫度與被加熱水的入口溫差Δt按6℃考慮。

2.2 加熱方案2

將生水加熱至12℃。將再生液加熱至30℃。

2.2.1 水溫對(duì)樹脂再生的影響

脫鹽水系統(tǒng)樹脂再生時(shí)一般要求溫度在15～40℃。生水的溫度對(duì)樹脂的交換容量影響有限，但再生液的溫度對(duì)樹脂再生過(guò)程影響較大。當(dāng)再生液的溫度降低時(shí)，由于水的粘度上升，再生液的流速相應(yīng)降低。再生液溫度對(duì)再生流速的影響，其實(shí)質(zhì)是對(duì)再生液粘度的影響。

2.2.2 再生液水溫與水粘度的關(guān)系

這里把溫度對(duì)再生液粘度的影響，視為溫度對(duì)水粘度的影響。因?yàn)樵偕阂话銥樗?、堿的稀溶液，用水的粘度數(shù)據(jù)，不會(huì)對(duì)再生液動(dòng)力粘度帶來(lái)大的誤差。

水在正常壓力下，不同溫度的動(dòng)力粘度可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[3]：

式中：ν—?jiǎng)恿φ扯?，（N·s）；

t—水溫，℃。

不同溫度下水的動(dòng)力粘度見表2。

表2 不同溫度下水的動(dòng)力粘度Table 2 Kinetic viscosity of wateratdifferenttemperature

從表2中看出，當(dāng)水溫從5℃變化到30℃時(shí)，水的動(dòng)力粘度幾乎降低了一半，也就是說(shuō)，在同一個(gè)體系中，再生液的自身流動(dòng)阻力降低了一半。

如果樹脂層的高度、樹脂的平均顆粒直徑、逆流再生的流速不變，那么由于水溫的改變，會(huì)引起再生液粘度的改變。換句話說(shuō)，再生液的溫度比較高時(shí)，允許采用比較高的再生流速，而再生液的溫度比較低時(shí)，則只能采用比較低的再生流速。而較低的再生流速，必然影響脫鹽水量的產(chǎn)出。

將樹脂床再生時(shí)所用的一級(jí)水（配置再生液的水）水溫，加熱提高至30℃，同時(shí)將生水加熱至12℃（以t4表示），而不是15℃，這樣既可使樹脂再生效果得到提高，又可以節(jié)約大量的加熱蒸汽，因?yàn)橐话阍偕旱乃績(jī)H為生水水量的1%左右。

2.2.3 生水平均水溫

以不低于12℃的要求為限，生水需要有5個(gè)月的加熱期（全年有5個(gè)月的生水平均溫度低于12℃）。5個(gè)月生水的平均溫度為（10+8+5+5+8）/5=7.2 (以t3，℃表示)。

2.2.4 生水量

5個(gè)月脫鹽水用生水量為519 308 t×5/6=432 756 t（以G2表示)。

2.2.5 再生液量

現(xiàn)有脫鹽水站的樹脂床直徑為2 m，再生流速為5 m/h，再生時(shí)間為40 min，再生一次樹脂床需再生液量為 0.25πD2×5×40/60=0.25×3.14×22× 5×40/60=10.5。6個(gè)月再生床子數(shù)為720次，6個(gè)月再生液總量為10.5 t/次×720次=7 560 t。脫鹽水再生液工作流量按10 m3/h設(shè)計(jì)。

2.2.6 加熱方式

（1）根據(jù)目前脫鹽水系統(tǒng)的運(yùn)行情況來(lái)看，汽水混合式加熱具有運(yùn)行效率高、調(diào)節(jié)性好等優(yōu)點(diǎn)。因此對(duì)于小流量再生液換熱器采用蒸汽噴射裝置。蒸汽噴射裝置（汽水混合）換熱器加熱再生液，既可以提高換熱效率，又可以代替加壓泵，節(jié)水省電。

（2）將生水由平均7.2℃加熱至12℃，蒸汽加熱器仍使用廠區(qū)現(xiàn)有的表面式汽水換熱系統(tǒng)。

2.2.7 蒸汽消耗量

（1）再生液由平均8.2℃加熱至30℃

消耗蒸汽量：7 560×1 000×（30-8.2）×4.19/（2 758-4.19×30）=262 335。

（2）生水由平均7.2℃加熱至12℃

消耗蒸汽量（加熱5個(gè)月）：

式中：C—水的比熱4.19 kJ/（kg·℃）；

i—蒸汽的焓，2 758 kJ/kg。

表面式換熱器蒸汽凝結(jié)水的出口溫度與被加熱水的入口溫差Δt按6℃考慮。

2.3 蒸汽噴射器設(shè)備布置

由于蒸汽噴射器占地面積很小，可以沿墻體設(shè)支架敷設(shè)于現(xiàn)有水泵間，無(wú)須改變?cè)袕S房已有的設(shè)備布置。安裝形式見圖1。

3 方案比較

3.1 加熱運(yùn)行對(duì)比

加熱運(yùn)行對(duì)比見表3。

表3 加熱運(yùn)行對(duì)比表Table 3 Heating running contrasttable

3.2 運(yùn)行方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

2種方案的差別主要在于被加熱介質(zhì)選擇及溫度控制。

從表3中看出，方案1采用整體加熱至15℃，不用增加新的設(shè)備及安裝投資，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，但蒸汽耗量大，運(yùn)行費(fèi)用較大，能效比較低。

圖1 脫鹽水加熱系統(tǒng)圖Fig.1 Desaltedwaterheating system

在方案2中，適當(dāng)降低生水的加熱溫度，提高樹脂再生液的溫度，可大大降低蒸汽消耗量。而采用蒸汽噴射裝置為再生液加熱，由蒸汽動(dòng)能提供水壓動(dòng)力，可減少電能消耗。費(fèi)用方面，方案2增加投資19萬(wàn)元，但方案2的蒸汽運(yùn)行費(fèi)用較低，能效比高。

4 結(jié)論

改造后，隨著設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行，方案2比方案1每年可節(jié)約蒸汽量2 067 t，折合價(jià)值16.5萬(wàn)/a。

從工程總費(fèi)用角度考慮，以工程壽命一般為15～20年計(jì)，扣除初投資19萬(wàn)元，方案2比方案1可節(jié)約247～330萬(wàn)元。同時(shí)對(duì)節(jié)酸、節(jié)堿、節(jié)能也大有益處。

綜合比較，方案2在本工程中具有比較大的優(yōu)勢(shì)，是最適合本工程要求的方案。

[1]章熙民，任澤霈.傳熱學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]馬仲元.供熱工程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[3]趙振興，何建京.水力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

Schemes Comparison of Heating System for Desalted Water Reconstruction Project

HUANGYu
（ChinaHuanqiuContracting＆Engineering Co.，Liaoning BranchCompany，Liaoning Fushun113006，China）

By comparison of design schemes for the heating system of a chemical plant in Fushun，advantages and shortcomings of each heating schemes were analyzed and summarized.Based on practical situation，pertinent analysis was carried out to decrease energy consumption of raw waterdesalting system as much as possible.The raw waterwas desalted effectively and steam thermal source was utilized sufficiently to reach the destination of watersaving and decreasing energy consumption.

Heating temperature；Desaltedwater；Regeneratedliquid；Operationcost

TQ085

A

1671-0460（2010）04-0428-03

2010-06-24

黃 玉（1960-），男，高級(jí)工程師，1985年畢業(yè)于沈陽(yáng)建筑大學(xué)供熱通風(fēng)與空調(diào)制冷專業(yè)，現(xiàn)任中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司暖通空調(diào)專業(yè)審核人。電話：0413-7593164，E-mail：hyhn_@163.com。