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        電解系統(tǒng)燒堿熱量的利用

        2021-08-26 00:59:02張建君
        中國氯堿 2021年7期

        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(以下簡稱“中銀電化”)作為氯堿企業(yè),節(jié)能降耗是趨勢,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,在送至儲罐之前,為了減少高溫?zé)龎A對管道和儲罐的腐蝕, 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。因為加入的脫鹽水的溫度是室溫,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 ℃,送到各個電槽的分歧管處,再分配到每個單元槽陰極室。

        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對脫鹽水加熱后,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,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 ℃),必須通過第二級換熱器才能繼續(xù)冷卻,因為涉及兩種物料的進(jìn)出,必須對燒堿、脫鹽水管道阻力進(jìn)行準(zhǔn)確計算,確保裝置運行正常,不能因為受阻影響生產(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行。滿負(fù)荷時,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,每小時節(jié)約240 元,如果全年運行正常,共計節(jié)約生產(chǎn)成本為190 萬元,而本次工藝改造的全部投資費用為45萬,其中管道、安裝費用13 萬,兩臺鎳材質(zhì)的板式換熱器費用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, 可以實現(xiàn)蒸汽零使用的目標(biāo), 獲取節(jié)能的目的。 一級成品堿降溫后仍為55 ℃,仍存在利用價值,可以考慮繼續(xù)回收降耗。

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