楊錦波

（江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

機(jī)械式蒸汽再壓縮（MVR）是一種能源節(jié)約工藝，能夠?qū)⒄舭l(fā)后的二次蒸汽潛熱回收再利用，具有顯著的節(jié)能效果及更好的經(jīng)濟(jì)效益[1］。其核心是將蒸發(fā)釜體內(nèi)部物料蒸發(fā)出的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后升高壓力、溫度，增加熱焓，然后輸送到蒸發(fā)器的換熱器中再利用，使物料始終維持在沸騰狀態(tài)。相對(duì)于傳統(tǒng)的硫酸銅蒸發(fā)模式，MVR能夠充分利用蒸發(fā)余熱對(duì)電解液進(jìn)行升溫處理，既可以減少不必要的熱能浪費(fèi)，又可以節(jié)約對(duì)蒸發(fā)余熱降溫處理的成本。

2 傳統(tǒng)單效蒸發(fā)處理銅電解廢液工藝

江西銅業(yè)貴溪冶煉廠電解車間的硫酸銅工序，原使用傳統(tǒng)單效蒸發(fā)工藝處理銅電解廢液。通過(guò)裝液泵將含銅較高的電解液輸送至真空蒸發(fā)釜體內(nèi)（水噴射真空機(jī)組持續(xù)制造真空，使電解液的沸點(diǎn)降低），再經(jīng)強(qiáng)制泵從釜體中輸送至板式換熱器，使電解液與蒸汽完成熱交換，再次循環(huán)至蒸發(fā)釜。如此不斷地將電解液循環(huán)加溫，達(dá)到蒸發(fā)水分、增加電解液中硫酸銅濃度的目的。傳統(tǒng)單效蒸發(fā)設(shè)備在運(yùn)行中主要存在以下問(wèn)題：

（1）蒸汽消耗大。蒸發(fā)系統(tǒng)蒸汽消耗大，產(chǎn)生大量的蒸汽冷凝水和高溫蒸發(fā)水，需要通過(guò)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫處理，造成熱能浪費(fèi)。龐大的循環(huán)水系統(tǒng)本身的運(yùn)行也需要消耗大量成本。

（2）水系統(tǒng)難以平衡。由于大量冷凝水和工藝熱水的產(chǎn)生，導(dǎo)致水系統(tǒng)無(wú)法平衡，需要經(jīng)動(dòng)力系統(tǒng)輸送至廢水系統(tǒng)開路，造成水資源的浪費(fèi)。

基于提升蒸發(fā)系統(tǒng)處理能力和節(jié)能減排的需要，有必要考慮在硫酸銅工序使用更為先進(jìn)的真空蒸發(fā)技術(shù)和裝備來(lái)降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，減少新水用量，簡(jiǎn)化生產(chǎn)操作，改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

3 MVR處理銅電解廢液工藝

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)主要由進(jìn)料泵、出料泵、板式換熱器、羅茨蒸汽壓縮機(jī)、三級(jí)預(yù)熱換熱器、真空泵、蒸發(fā)器釜體、氣液分離器及PLC控制系統(tǒng)等設(shè)備組成（工藝流程見(jiàn)圖1）。壓縮機(jī)和各輸送點(diǎn)均裝有相對(duì)應(yīng)的壓力、溫度、流量、電動(dòng)閥等裝置。PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了MVR系統(tǒng)的連續(xù)控制、順序控制、邏輯控制、數(shù)據(jù)采集等功能。通過(guò)控制界面可遠(yuǎn)程控制壓縮機(jī)頻率、閥門開度、物料和蒸汽流量，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度和壓力的目的[2］，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制蒸發(fā)、開停機(jī)等操作。MVR系統(tǒng)設(shè)置了自我保護(hù)程序，過(guò)載時(shí)會(huì)有報(bào)警顯示和自動(dòng)停機(jī)等動(dòng)作，為系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定順行提供了保障。

圖1 MVR工藝流程圖

羅茨蒸汽壓縮機(jī)是MVR系統(tǒng)的核心設(shè)備，其核心技術(shù)是對(duì)蒸發(fā)釜體內(nèi)電解液的二次蒸汽的利用。羅茨蒸汽壓縮機(jī)的運(yùn)行效果直接關(guān)系到蒸發(fā)結(jié)晶所需的濃縮料液質(zhì)量[3］。二次蒸汽經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后，升高了溫度，增大了壓力，增加了熱焓。經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮的二次蒸汽再輸送至換熱器加熱物料。羅茨蒸汽壓縮機(jī)可靠性高，操作維護(hù)方便，動(dòng)力平衡性好，對(duì)含硫酸銅較高的電解液具有良好的適應(yīng)性[4］。

MVR蒸發(fā)電解液，其原理是電解液經(jīng)換熱器預(yù)熱升溫后送至蒸發(fā)器。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器將蒸發(fā)室內(nèi)部的電解液再蒸發(fā)，從而與換熱器之間不斷循環(huán)加熱。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器主要是憑借循環(huán)泵這一外力促使液體產(chǎn)生循環(huán)。循環(huán)液體在流經(jīng)熱交換器的過(guò)程中被加熱，使電解液始終處于沸騰狀態(tài)[5］。加熱后的蒸汽會(huì)冷凝進(jìn)入凝水罐。冷凝水被循環(huán)泵抽取，再經(jīng)預(yù)熱和電解液換熱后排出MVR系統(tǒng)。系統(tǒng)會(huì)利用外部蒸汽將經(jīng)過(guò)前兩級(jí)預(yù)熱后的電解液溫度提升至90℃左右，使電解液進(jìn)入釜體后有更好的蒸發(fā)效果。

4 MVR和傳統(tǒng)單效蒸發(fā)的實(shí)際應(yīng)用能耗分析

4.1 電能分析對(duì)比

消耗的電量按每天處理300m3、每天蒸發(fā)150m3熱水、蒸發(fā)效率50%計(jì)算，傳統(tǒng)單效蒸發(fā)和MVR蒸發(fā)耗電量分別見(jiàn)表1和表2。

傳統(tǒng)單效蒸發(fā)工藝1d的耗電量為5647kW·h，每蒸發(fā)1t水消耗電量為37.65kW·h。

MVR蒸發(fā)工藝1d耗電量為10589kW·h，每蒸發(fā)1t水消耗電量為70.59kW·h。

由表1、表2對(duì)比結(jié)果說(shuō)明，電解凈液使用MVR蒸發(fā)工藝每蒸發(fā)1t水耗電量是傳統(tǒng)單效蒸發(fā)工藝的1.87倍。MVR蒸發(fā)工藝耗電量增加的原因是該工藝依靠將電能轉(zhuǎn)化為壓縮機(jī)的機(jī)械能，再對(duì)二次蒸汽做功，以提高蒸汽的熱焓值。

表1 傳統(tǒng)單效蒸發(fā)用電

表2 MVR蒸發(fā)用電

4.2 蒸汽核算分析

消耗的蒸汽按每天處理300m3，每天蒸發(fā)150m3熱水，蒸發(fā)效率50%計(jì)算。

常規(guī)單效真空蒸發(fā)：一是將電解液從55℃左右加熱至85℃左右，二是電解液在85℃左右汽化形成蒸汽，傳統(tǒng)蒸發(fā)蒸汽消耗量見(jiàn)表3。常規(guī)蒸發(fā)1t水在理想情況下消耗蒸汽量約1.28t，同時(shí)產(chǎn)生大量的冷凝水。

表3 傳統(tǒng)蒸汽用量

MVR蒸發(fā)用蒸汽過(guò)程為：前期開機(jī)時(shí)和單效真空蒸發(fā)一樣，電解液溫度升溫到85℃左右汽化。正常運(yùn)行后（預(yù)熱時(shí)間約6h），蒸發(fā)釜體內(nèi)電解液蒸發(fā)的蒸汽輸送至壓縮機(jī)壓縮，蒸汽壓力、溫度升高（溫度110℃以上，壓力16kPa左右），熱焓增加，然后由壓縮機(jī)輸送至蒸發(fā)釜體換熱器再次加熱電解液，使電解液始終處于沸騰狀態(tài)。加熱蒸汽本身則冷凝成水并匯集到凝水罐再輸送至預(yù)熱器對(duì)電解液進(jìn)行預(yù)加熱。MVR設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，外部蒸汽主要用于將已預(yù)加熱的電解液從70℃左右再加熱至85℃以上。蒸發(fā)所需汽化熱由壓縮機(jī)壓縮二次蒸汽提供，可減少蒸汽用量。MVR蒸發(fā)蒸汽消耗量見(jiàn)表4。

表4 MVR蒸汽用量

MVR蒸發(fā)1t水理論上消耗蒸汽0.0587t。目前通過(guò)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，累積消耗蒸汽量為29.69t，電解液處理量為588m3，蒸發(fā)效率為50%，1t水的蒸汽單耗約為0.101t。

表3、表4對(duì)比結(jié)果表明，傳統(tǒng)單效蒸發(fā)1t水需蒸汽1.2765t，而使用MVR設(shè)備蒸發(fā)1t水僅需蒸汽0.101t，MVR蒸發(fā)節(jié)能優(yōu)勢(shì)非常顯著。

4.3 日運(yùn)行能耗成本分析

運(yùn)行MVR蒸發(fā)系統(tǒng)，每蒸發(fā)1t水節(jié)約成本183.04元，每天處理量300m3電解液，平均可節(jié)約27456元/d。新增設(shè)備年維護(hù)運(yùn)行成本約50萬(wàn)元，則每年可節(jié)約856萬(wàn)元左右（按330d計(jì)算）。使用MVR設(shè)備蒸發(fā)1t水只需0.101t蒸汽，較傳統(tǒng)單效蒸發(fā)1t水需蒸汽1.28t具有明顯優(yōu)勢(shì)，特別是當(dāng)蒸汽單價(jià)較高時(shí)，MVR技術(shù)更具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

MVR工藝和傳統(tǒng)單效蒸發(fā)工藝每蒸發(fā)1t水的成本對(duì)比見(jiàn)表5（蒸汽單價(jià)按170元/t計(jì)，電單價(jià)按0.51元/kW·h計(jì))。

表5 MVR和傳統(tǒng)單效蒸發(fā)成本對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

MVR硫酸銅蒸發(fā)系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)硫酸銅蒸發(fā)模式更有利于蒸發(fā)濃縮硫酸銅，是蒸發(fā)濃縮硫酸銅工藝上的一大進(jìn)步。該技術(shù)不僅可降低能耗，同時(shí)可節(jié)約大量生產(chǎn)成本，尤其是其良好的濃縮效果對(duì)廢水零排放具有很大的幫助[6］。MVR硫酸銅蒸發(fā)系統(tǒng)較傳統(tǒng)硫酸銅蒸發(fā)設(shè)備表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化了工藝，節(jié)約了生產(chǎn)能耗，具有較高的推廣價(jià)值。