蒸吸系統(tǒng)余熱回收與利用

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(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山　063305)

1　流程及現(xiàn)狀

我公司采用低真空蒸餾、高真空蒸餾兩種蒸餾工藝。傳統(tǒng)的低真空蒸餾技術(shù)用于母液蒸氨，利用石灰乳將母液中固定銨轉(zhuǎn)化為游離氨，通過蒸汽加熱將游離氨進(jìn)行分離，蒸餾塔頂出氣經(jīng)過螺旋板換熱器閉路水冷卻后氨氣進(jìn)入低真空吸收塔。淡氨鹽水在低真空吸收塔內(nèi)與蒸餾來氣逆流接觸吸氨后進(jìn)入氨鹽水澄清桶，經(jīng)泵加壓送至氨鹽水鈦板換熱器通過閉路水冷卻后送至儲桶。螺旋板換熱器、氨鹽水鈦板換熱器經(jīng)閉路水換熱后，回水返回淡水涼水塔降溫后循環(huán)使用。

高真空蒸餾技術(shù)用于處理含氨冷凝液，冷凝液不再串入母液系統(tǒng)。含氨冷凝液進(jìn)入高真空蒸餾塔內(nèi)通過蒸汽加熱將游離氨進(jìn)行分離，提高系統(tǒng)真空度降低溶液沸點(diǎn)，使溶液內(nèi)的氨在較低溫度下?lián)]發(fā)、分離，有效降低蒸餾蒸汽消耗，塔底回收廢淡液用于重堿洗滌，顯著減少脫鹽水用量。塔頂出氣經(jīng)氨冷器開路水冷卻后進(jìn)入高真空吸收塔。淡氨鹽水在高真空吸收塔內(nèi)吸氨，經(jīng)塔內(nèi)水箱冷卻后淡氨鹽水送至低真空吸收塔內(nèi)繼續(xù)吸氨，制備合格的氨鹽水供碳化工序使用。一、二期高真空系統(tǒng)開路水、三期高真空系統(tǒng)閉路水換熱升溫后分別進(jìn)入淡水涼水塔降溫后循環(huán)使用。圖1為氨鹽水冷卻示意圖。

圖1　氨鹽水冷卻示意圖

2　工藝流程改造

2.1　改造可行性分析

母液蒸餾過程中蒸餾塔塔頂出氣溫度84～88 ℃，冷卻后60～65 ℃，母液總氨含75.65 kg/m3,母液量1 650 m3/h、氨氣比熱容2.112 kJ/(kg·K)，按照蒸餾過程氨全部分離、氨氣由86 ℃冷卻至62.5 ℃計(jì)算，低溫余熱約22 527 kJ/t堿。含氨冷凝液高真空蒸餾過程塔頂出氣溫度55.7 ℃，冷卻后出氣溫度53 ℃，冷凝液含氨102 kg/m3、冷凝液量170 m3/h，按照蒸餾過程氨全部分離計(jì)算，低溫余熱約359 kJ/t堿。

高真空吸收過程中，淡氨鹽水游離氨濃度由15 tt上升至40 tt，淡氨鹽水量1 700 m3/h，NH3+H2O=NH3·H2O+35 237 kJ/kmol，吸氨過程放出反應(yīng)熱約272 285 kJ/t堿；熱氨鹽水溫度由63 ℃冷卻至45 ℃，熱氨鹽水比熱容、密度均參照水計(jì)算，低溫余熱約465 120 kJ/t堿。

蒸餾塔螺旋板換熱器水量約2 200 m3/h，氨鹽水鈦板換熱器水量約2 700 m3/h，高真空蒸餾系統(tǒng)換熱器水量約2 100 m3/h，如果將上述過程全部用于海水冷卻，可提升海水溫度7.14 ℃，海水經(jīng)涼水塔與冷空氣換熱、蒸發(fā)放出熱量后冷卻循環(huán)使用，涼水塔蒸發(fā)系數(shù)按照0.0012計(jì)算，增加海水蒸發(fā)量60 m3/h，進(jìn)一步濃縮海水，增大海水用量。(熱量衡算過程未考慮水蒸汽冷凝、淡氨鹽水吸收二氧化碳及換熱過程熱量損失等問題)

氨鹽水鈦板換熱器、高真空吸收塔水箱、高真空吸收塔氨冷器內(nèi)部材質(zhì)均為鈦材質(zhì)，材料鈦對氯具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，能夠承受濃海水的腐蝕。我公司實(shí)施濃海水綜合利用項(xiàng)目后，低真空吸收塔、碳化塔部分換熱器改為濃海水冷卻，換熱效果良好，技術(shù)日益成熟。參照前期成功改造經(jīng)驗(yàn)，對蒸吸工序部分冷卻設(shè)備應(yīng)用濃海水取代淡水作為冷卻介質(zhì)。

2.2　改造必要性

1)氨鹽水鈦板換熱器、三期高真空系統(tǒng)均使用閉路水進(jìn)行冷卻，閉路水中需加入緩釋阻垢劑，生產(chǎn)成本較高。

2)低溫季節(jié)海水循環(huán)系統(tǒng)負(fù)荷低，循環(huán)海水溫度低，海水循環(huán)系統(tǒng)蒸發(fā)量下降，循環(huán)海水濃度低，回收海水鹽量減少。

3)蒸餾、吸收過程換熱升溫后冷卻水經(jīng)涼水塔降溫后循環(huán)使用。循環(huán)水在填料間與冷空氣換熱及蒸發(fā)帶走熱量，從而達(dá)到降低循環(huán)水溫度的作用，循環(huán)水在降溫過程中存在部分蒸發(fā)損失及飄散損失，造成部分淡水資源浪費(fèi)。淡水資源日益緊張并嚴(yán)格限制開采數(shù)量，淡水消耗將成為制約純堿生產(chǎn)的瓶頸。

因此實(shí)施濃海水替代淡水進(jìn)行冷卻顯得尤為必要。

2.3　改造方案

自鈣業(yè)海水循環(huán)泵站增設(shè)DN700循環(huán)上水、DN700回水總管至重堿界區(qū)主馬路北側(cè)，分支主管線一(DN600)沿界區(qū)中部管廊與氨鹽水鈦板循環(huán)海水供回水管道相連，并設(shè)置與碳化循環(huán)海水連通管。分支主管二(DN600)與高真空一、二、三期系統(tǒng)供回水循環(huán)主管道相連，斷開原一二期開路及三期閉路供回水主管。固定氨冷卻器及三期高真空鈦板換熱器改用閉路水。新增循環(huán)海水總管及分支主管均采用316L材質(zhì)。供水總管設(shè)置溫度表、壓力表、流量計(jì)，回水總管設(shè)置溫度表、壓力表，各項(xiàng)參數(shù)引入DCS操作系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

分別自東、西兩側(cè)循環(huán)海水主管道向鈦板換熱器引海水進(jìn)回水總管。熱氨鹽水鈦板換熱器增設(shè)海水循環(huán)冷卻分支管線、閥門。新增碳鋼管道上水、回水DN400主管道，DN250分支管道，其中回水支管采用鋼襯PO管道，主管DN400蝶閥，分支手動(dòng)DN250蝶閥，閥板全部為316L不銹鋼。7#、9#鈦板安裝上水DN250調(diào)節(jié)閥；進(jìn)水總管安裝流量計(jì)及溫度計(jì)。

圖2　改造后熱氨鹽水冷卻示意圖

2.4　持續(xù)優(yōu)化

對高真空吸收塔水箱、氨冷器進(jìn)水流程進(jìn)行優(yōu)化，將兩段進(jìn)水改為一段進(jìn)水，提高換熱面積利用率，保障換熱效果。高真空系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)水管道及閥門依然利用原有碳鋼材質(zhì)，耐海水腐蝕性能較差，下步將逐步進(jìn)行材質(zhì)更換。

3　效益測算

1)回收原鹽效益計(jì)算：

濃海水全年蒸發(fā)損失總量45.1萬m3，飄散損失總量1.3萬m3。

節(jié)省原鹽折百量：45.1×10 000×13.5/20×58.5/1 000=17 808 t/a

折合實(shí)物原鹽量：17 808/0.938=18 985 t/a

節(jié)省實(shí)物原鹽效益：152×18 985/10 000=288.57萬元/年

2)補(bǔ)充濃海水費(fèi)用：0.21×(45.1+1.3)=9.74萬元/年

3)增加灰乳用量6 551 m3/年：

165/64×6 551×2.5/10 000=4.22萬元

4)設(shè)備折舊：1680×(1-5%)/14=114萬元

5)設(shè)備維護(hù)費(fèi)用：20萬元/年

6)綜合效益：288.57-9.74-114-20=140.61萬元

4　總　結(jié)

項(xiàng)目改造完成后，應(yīng)用濃海水進(jìn)行冷卻能夠滿足蒸餾、吸收系統(tǒng)冷量要求，中間產(chǎn)品質(zhì)量合格，工況平穩(wěn)。利用蒸餾、吸收系統(tǒng)低溫余熱提高海水溫度，增大海水蒸發(fā)量、提高海水濃度，進(jìn)一步回收海水鹽分，降低純堿生產(chǎn)原鹽消耗。

目前碳化反應(yīng)過程下段水箱、蒸餾部分螺旋板換熱器、煅燒過程爐氣換熱器、重灰化合水換熱器、壓縮機(jī)冷卻器、熱廢淡液鈦板換熱器等仍使用淡水冷卻，下步不斷探索實(shí)施海水冷卻，進(jìn)一步提高濃海水利用率，減少淡水使用量，節(jié)約淡水資源。