MVR蒸發(fā)系統(tǒng)在淡鹽水濃縮中的應(yīng)用

董文虎，孫玉堂，陳光強(qiáng)，張佳興

(營(yíng)創(chuàng)三征(營(yíng)口)精細(xì)化工有限公司，遼寧 營(yíng)口 115003)

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)在淡鹽水濃縮中的應(yīng)用

董文虎，孫玉堂，陳光強(qiáng)，張佳興

(營(yíng)創(chuàng)三征(營(yíng)口)精細(xì)化工有限公司，遼寧 營(yíng)口 115003)

淡鹽水；濃縮；機(jī)械蒸汽再壓縮

介紹了機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)技術(shù)及其應(yīng)用于淡鹽水濃縮中的工藝過(guò)程，分析了裝置運(yùn)行中存在的問(wèn)題，并提出了解決措施。

營(yíng)創(chuàng)三征(營(yíng)口)精細(xì)化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“營(yíng)創(chuàng)三征”)正在進(jìn)行第3期氯堿擴(kuò)建項(xiàng)目。項(xiàng)目建成后，燒堿產(chǎn)能將達(dá)到12萬(wàn)t/a。營(yíng)創(chuàng)三征在生產(chǎn)氯產(chǎn)品過(guò)程中，副產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%的含鹽廢水，須將其全部回用于化鹽工序。希望通過(guò)MVR(蒸汽機(jī)械再壓縮Mechanical Vapor Recompression)濃縮技術(shù)將電解淡鹽水中多余的水分蒸發(fā)分離，使?jié)饪s后鹽水中氯化鈉質(zhì)量濃度達(dá)到300 g/L，可直接進(jìn)入二次鹽水工序。

1 MVR技術(shù)

(1)MVR是指機(jī)械蒸汽再壓縮時(shí)，通過(guò)機(jī)械驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)將蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽壓縮至較高壓力，提高二次蒸汽的品質(zhì)(溫度、壓力、焓值)，進(jìn)一步得到利用。機(jī)械蒸汽再壓縮的工作原理類似于熱泵，大部分蒸汽通過(guò)電能進(jìn)行壓縮和再循環(huán)，只需很少的生蒸汽用于開(kāi)車，從而減少對(duì)外界能源的需求[1-2]，至少比傳統(tǒng)多效蒸發(fā)設(shè)備節(jié)能50%。早在20世紀(jì)60年代，德國(guó)和法國(guó)已成功地將該技術(shù)用于化工、食品、造紙、醫(yī)藥、海水淡化及污水處理等領(lǐng)域。

(2)在MVR蒸發(fā)系統(tǒng)中，淡鹽水中的水分分兩個(gè)階段去除。第一階段是在一級(jí)蒸發(fā)器內(nèi)完成，淡鹽水進(jìn)入一級(jí)蒸發(fā)器預(yù)濃縮至250～280 g/L；第二階段是在強(qiáng)制蒸發(fā)器內(nèi)完成，一級(jí)預(yù)濃縮鹽水進(jìn)入二級(jí)蒸發(fā)器后，再次濃縮至300～310 g/L。

(3)MVR系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下，遵循能量守恒的原理。生蒸汽只有在系統(tǒng)開(kāi)車前以及調(diào)整系統(tǒng)載荷時(shí)才使用。一般情況下，MVR系統(tǒng)的載荷可以通過(guò)改變熱平衡總量來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)輸入系統(tǒng)的總熱能(來(lái)自蒸汽壓縮機(jī)、進(jìn)料鹽水、各種電驅(qū)裝置等)大于輸出總熱能耗(濃縮液排放量、冷凝水流量、熱能損失等)時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)升溫，直至達(dá)到新的平衡。此時(shí)，系統(tǒng)擁有比原先更高的溫度、更大的蒸汽壓力、更大的蒸汽密度，最后進(jìn)入系統(tǒng)的蒸汽總量也隨著自動(dòng)增加。

2 MVR技術(shù)應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目背景

營(yíng)創(chuàng)三征一次鹽水生產(chǎn)能力還不能滿足氯堿擴(kuò)產(chǎn)后的鹽水需求。另外，營(yíng)創(chuàng)三征副產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%鹽水經(jīng)過(guò)凈化裝置處理后，完全達(dá)到了離子膜法燒堿生產(chǎn)所需化鹽水的質(zhì)量要求，并已成功應(yīng)用到氯堿生產(chǎn)中。凈化后，該鹽水含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅19%，而淡鹽水的進(jìn)入必將帶入過(guò)多的水量，使氯堿系統(tǒng)無(wú)法承受，因此淡鹽水的用量嚴(yán)重受限。

2013年?duì)I創(chuàng)三征決定通過(guò)MVR濃縮淡鹽水技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)：①在一次鹽水原裝置不變的情況下，能夠滿足電解裝置擴(kuò)產(chǎn)后的鹽水需求；②完成副產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%淡鹽水全部回收利用的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

蒸發(fā)水量26 t/h、處理淡鹽水量90 m3/h、進(jìn)料淡鹽水質(zhì)量濃度200～215 g/L、濃縮鹽水質(zhì)量濃度300～310 g/L、蒸汽冷凝液含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤2×10-5、操作彈性50%～100%。

2.3 工藝簡(jiǎn)述

工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 淡鹽水濃縮工藝流程簡(jiǎn)圖

Fig.1 Process flow diagram of depleted-brine concentration

(1)鹽水系統(tǒng)預(yù)熱階段。

電解后的淡鹽水一部分進(jìn)入濃縮淡鹽水儲(chǔ)槽，另一部分完成脫硝后進(jìn)入濃縮淡鹽水儲(chǔ)槽。兩部分淡鹽水混合后進(jìn)入一級(jí)蒸發(fā)器和二級(jí)蒸發(fā)器，并通過(guò)各自循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)淡鹽水在蒸發(fā)器和換熱器內(nèi)自身循環(huán)。循環(huán)建立后，須向一、二級(jí)蒸發(fā)器內(nèi)通入生蒸汽對(duì)淡鹽水進(jìn)行升溫。

(2)鹽水系統(tǒng)蒸發(fā)階段。

當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的鹽水溫度被加熱到105～108 ℃時(shí)，通過(guò)風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速至2 950～3 200 r/min。這時(shí)一、二級(jí)蒸發(fā)器的淡鹽水被大量蒸發(fā)。蒸汽經(jīng)過(guò)一、二級(jí)蒸發(fā)器內(nèi)的雙層液滴分離器(除沫器)后，進(jìn)入蒸汽洗滌塔。蒸汽在此被清洗并且通過(guò)冷凝水噴淋系統(tǒng)加濕。在蒸汽洗滌塔出口，同樣安裝了1臺(tái)液滴分離器(除沫器)，防止水分液滴進(jìn)入一級(jí)壓縮裝置的蒸汽中。為得到系統(tǒng)所需的壓力值，2臺(tái)壓縮風(fēng)機(jī)串級(jí)使用。在一級(jí)蒸汽壓縮機(jī)中，蒸汽壓縮至(1.08～1.41)×105Pa(絕壓)，得到中溫飽和蒸汽。在二級(jí)壓縮機(jī)中，蒸汽被加熱到最終溫度且壓力達(dá)到(1.42～1.86)×105Pa(絕壓)，達(dá)到蒸發(fā)器加熱蒸汽的要求。為了避免二次蒸汽過(guò)熱，采用加熱室產(chǎn)生的冷凝液對(duì)壓縮機(jī)和二次蒸汽管道進(jìn)行噴霧降溫，獲得需要的飽和蒸汽，飽和蒸汽的溫度值由蒸汽壓力換算而來(lái)。加壓和升溫后的二次蒸汽進(jìn)入一級(jí)蒸發(fā)器和二級(jí)蒸發(fā)器加熱室，蒸汽沿?fù)Q熱器加熱面流動(dòng)，最后變成冷凝水進(jìn)入冷凝水槽。通過(guò)熱量交換，將熱量傳遞給蒸發(fā)器內(nèi)的淡鹽水進(jìn)行蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽，實(shí)現(xiàn)二次蒸汽的循環(huán)利用。當(dāng)整個(gè)鹽水系統(tǒng)溫度、壓力建立平衡后，可以停止生蒸汽的加入。

(3)合格鹽水產(chǎn)出階段。

當(dāng)冷凝水儲(chǔ)罐的液位明顯升高時(shí)，說(shuō)明蒸發(fā)器已開(kāi)始工作，操作人員立即開(kāi)啟淡鹽水泵將淡鹽水打入一級(jí)蒸發(fā)器。在淡鹽水進(jìn)入一級(jí)蒸發(fā)器前，分別與蒸汽冷凝水、蒸汽洗滌水、合格濃鹽水換熱，溫度可升高到100 ℃左右，直接進(jìn)入一級(jí)蒸發(fā)器。

根據(jù)一級(jí)蒸發(fā)器液位情況調(diào)節(jié)一級(jí)蒸發(fā)器內(nèi)的鹽水進(jìn)入二級(jí)蒸發(fā)器。二級(jí)蒸發(fā)器液位升高后，通過(guò)濃鹽水泵將濃縮鹽水送出。初開(kāi)車時(shí)，鹽水濃度不會(huì)立即合格。通過(guò)密度計(jì)觀察鹽水濃度是否合格，不合格鹽水進(jìn)入淡鹽水儲(chǔ)槽。當(dāng)鹽水質(zhì)量濃度達(dá)到300～310 g/L時(shí)，通過(guò)切換閥進(jìn)入一次鹽水儲(chǔ)槽。

(4)濃鹽水產(chǎn)鹽漿階段。

當(dāng)?shù)}水處理量低于90 m3/h而蒸發(fā)量不變時(shí)，二級(jí)蒸發(fā)器內(nèi)的鹽水濃度會(huì)增大，氯化鈉晶體將不斷析出，并逐漸累積在二級(jí)蒸發(fā)器底部。為了防止結(jié)晶堵塞設(shè)備和管道，用淡鹽水將蒸發(fā)器底部的結(jié)晶沖洗到鹽漿受槽，此時(shí)開(kāi)始出鹽漿操作。通過(guò)監(jiān)測(cè)強(qiáng)制循環(huán)泵入口的鹽漿含量，保證二級(jí)蒸發(fā)器系統(tǒng)正常運(yùn)行。在蒸發(fā)器不斷有鹽析出時(shí)，濃縮液中的I2、Na2SO4、NaClO3、TOC將被富集，隨著蒸發(fā)的持續(xù)進(jìn)行，蒸發(fā)器內(nèi)的雜質(zhì)被不斷濃縮，當(dāng)濃縮倍數(shù)達(dá)到5～8倍時(shí)，通過(guò)排污管排出系統(tǒng)。這樣可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)排出少量的鹽水，除去大量雜質(zhì)的目的。但過(guò)高濃縮倍數(shù)可能引起蒸發(fā)器內(nèi)氯酸鹽量大，加大系統(tǒng)腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

3 MVR系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

MVR系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：①能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低；②占地面積小；③公用工程配套少，工程總投資少；④運(yùn)行平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高。

4 裝置運(yùn)行后出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法

(1)進(jìn)行鹽漿排放操作時(shí)，濃鹽水輸送板式換熱器經(jīng)常出現(xiàn)堵塞。原因：結(jié)晶鹽顆粒會(huì)逐漸堵塞板式換熱器通道。措施：在板式換熱器進(jìn)口配置一條淡鹽水沖洗管線。

(2)2014年3月開(kāi)車后，1#、2#風(fēng)機(jī)機(jī)殼玻璃觀察口開(kāi)裂。原因：觀察口玻璃不耐高溫。措施：更換。

(3)在2014年1月和2015年2月2#風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了2次振動(dòng)值超出連鎖值而停車的情況。原因及措施如下：①電動(dòng)機(jī)軸承和端蓋損壞，更換了電動(dòng)機(jī)軸承及壓蓋；②風(fēng)機(jī)由于密封環(huán)磨損，蒸汽進(jìn)入軸承箱內(nèi)，更換了風(fēng)機(jī)密封件；③一、二級(jí)風(fēng)機(jī)底座強(qiáng)度不夠，對(duì)一、二級(jí)風(fēng)機(jī)底座重新灌漿加固。

(4)2015年8月2#風(fēng)機(jī)葉輪損壞。①2#風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值逐漸增大到接近報(bào)警值。停車檢查的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)2#風(fēng)機(jī)的葉片開(kāi)裂(見(jiàn)圖2)。②拆卸2#風(fēng)機(jī)密封件時(shí)發(fā)現(xiàn)軸套與葉輪固定處的3個(gè)螺絲均丟失(見(jiàn)圖3)，且在2#風(fēng)機(jī)的殼內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了螺紋深陷的痕跡(見(jiàn)圖4)。

圖2 開(kāi)裂的葉片照片

圖3 軸套與葉輪固定螺絲丟失的照片

圖4 螺絲撞擊殼體痕跡的照片

措施如下：①為了防止密封處的螺絲丟失，營(yíng)創(chuàng)三征重新制作了幾個(gè)止推環(huán)，并用高溫膠將其固定，避免再次出現(xiàn)此情況。②葉輪損壞原因正在調(diào)查。③國(guó)外制作葉輪不僅價(jià)格昂貴，而且供貨周期長(zhǎng)。營(yíng)創(chuàng)三征與國(guó)內(nèi)兩家風(fēng)機(jī)廠家進(jìn)行交流，都可以按要求制作葉輪。最終選擇了陜西鼓風(fēng)機(jī)械成套有限公司制造的葉輪。改造后風(fēng)機(jī)于2016年4月21日開(kāi)始運(yùn)行，至目前，該風(fēng)機(jī)完全滿足生產(chǎn)需要(風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表1)。

表1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

MVR蒸發(fā)裝置每蒸發(fā)1 t水總耗電36 kW·h，如果電價(jià)按0.55元/(kW·h)計(jì)，采用MVR蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1 t水成本19.8元；而傳統(tǒng)三效蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1 t水耗蒸汽0.4 t，耗電18 kW·h，如果蒸汽價(jià)格按180元/t計(jì)，采用傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝，蒸發(fā)1 t水成本為81.9元，由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝運(yùn)行成本是MVR蒸發(fā)工藝的4倍多，這樣的節(jié)能效果，令當(dāng)今很多節(jié)能技術(shù)無(wú)法超越。MVR技術(shù)比較成熟，運(yùn)行成本低。但主要設(shè)備蒸汽壓縮機(jī)的質(zhì)量和性能還不能完全保證，即使進(jìn)口壓縮機(jī)也存在問(wèn)題。實(shí)際運(yùn)行證明，國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)廠家制作的葉輪也基本可以滿足生產(chǎn)需要。另外，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)廠家正嘗試用1臺(tái)風(fēng)機(jī)替代2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，隨著中國(guó)科技力量的不斷發(fā)展和中國(guó)風(fēng)機(jī)廠家的不懈努力，相信今后我國(guó)完全可以生產(chǎn)出成套的風(fēng)機(jī)設(shè)備。

[1] 閆成林，胡洪銘.機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)技術(shù)在全鹵制堿工藝中的應(yīng)用[J].中國(guó)氯堿，2011(10):9-11.

[2] 龐衛(wèi)科，林文野，戴群特，等.機(jī)械蒸汽再壓縮熱泵技術(shù)研究進(jìn)展[J].節(jié)能技術(shù).2012,30(4):312-315.

[編輯：董紅果]

Application of MVR evaporation system in concentration of depleted brine

DONGWenhu,SUNYutang,CHENGuangqiang,ZHANGJiaxing

(Ynnovate Sanzheng (Yingkou) Fine Chemical Co., Ltd., Yingkou 115003, China)

depleted brine; concentration; mechanical vapor recompression

The mechanical vapor recompression (MVR) technology and the process of depleted brine concentration by MVR were introduced. Problems existing in operation were analyzed and solutions were proposed.

董文虎(1974—)，男，工程師，畢業(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)，現(xiàn)任營(yíng)創(chuàng)三征(營(yíng)口)精細(xì)化工有限公司氯堿車間副主任，從事生產(chǎn)、設(shè)備管理工作。

2016-09-29

TQ114.15

B

1008-133X(2017)01-0037-04