降低水、電、氣和蒸汽消耗的研究

丘永桂，鄔葦蕭，李毅，程玉進，魏昭輝

(安徽華塑股份有限公司，安徽 滁州 233200)

安徽華塑股份有限公司(以下簡稱安徽華塑)下屬的機械動力廠和熱電廠為其他生產裝置提供水、電、氣和蒸汽。機械動力廠主要提供水和氣，水主要包括工業水、消防水、循環水和脫鹽水，氣主要包括壓縮空氣、氮氣和儀表空氣。熱電廠主要提供蒸汽和電。以下分別從水、電、氣和蒸汽4種不同的物料和介質進行研究，分析存在的問題并制定改進措施。

1 水

研究水的消耗問題，首先需要從水的制備、使用及水平衡等方面進行系統研究和分析。安徽華塑水的制備和使用見圖1。

圖1 水的制備和使用Fig.1 Preparation and use of water

1.1 水系統存在的問題

近期，國家和地方對水資源的利用提出了更嚴格的要求：國家財政部、稅務總局及水利部于2016年5月9日印發了《水資源稅改革試點暫行辦法》，對超計劃或者超定額取用水從高制定稅額標準，從而提高水資源的利用率和降低水資源的過度消耗。企業對水資源的利用將面臨更加嚴峻的形勢，迫使企業在水的排放方面做出改變。安徽華塑通過對水平衡的全面梳理、分析和研究，發現主要存在以下問題。

(1)項目建設期未考慮各循環水站排污水的回收，同時由于原水中氯離子濃度波動較大(最大達到140 mg/L),高氯離子濃度對換熱設備或管道造成腐蝕，循環水裝置無法進行高濃縮倍率運行(正常濃縮倍率控制在2～3倍)，造成約400 m3/h的循環水排水無法合理回收。

(2)因機械動力廠回用水池淤泥沉積及清液回用泵故障，凈水器產生的約430 m3/h反洗排泥沙水未能進行有效回收，增加了取水量和裝置電耗。

(3)目前，處理能力為600 m3/h的凈水器有6套，但由于使用壽命等原因，大多數時間有1臺凈水器在檢修和維護，其他5臺凈水器的總制水能力也只有2 500 m3/h；單臺取水泵的流量為1 700 m3/h，當用水量超過2 500 m3/h時就需要同時開啟2臺取水泵(總流量為3 400 m3/h)，而取水泵沒有變頻裝置，造成約900 m3/h的取水未能進入凈水器，只能直接排放，造成水資源的浪費和電耗的增加。

(4)脫鹽水站反洗水和一級反滲透濃水未能有效回收。

(5)送到脫鹽水站的冷凝液因溫度、濁度和電導率的波動問題，機械動力廠只能部分回收，仍有近150 m3/h的水未能有效回收。

(6)PVC離心母液處理后因COD值偏高且波動較大，未能全部回收利用。

(7)電石廠循環水噴淋排污水未能有效回收。

1.2 處理措施

通過對不同種類的水進行水平衡和水質分的析研究，按照分質、分類回收的原則采取以下措施進行技術改造。

(1)循環水排污水。

安徽華塑在機械動力廠新建了1套400 m3/h的中水回用裝置，主要回收來自機械動力廠、氯堿廠、熱電廠的循環水裝置的排污水，產水用于脫鹽水站的補充水，以減少中壓工業水的補充量。同時，制定了中水回用考核標準，嚴格要求各廠對循環水排污水進行回收利用。

對于電石廠的閉式循環水噴淋排污水，則將其用作冷卻塔填料的沖洗水，以降低減少工業水用量。

(2)凈水站反洗排泥沙水。

對凈水站產生的430 m3/h反洗排泥沙水進行回收，回收水進入機械動力廠回用池，經清水泵返回至凈水器入口，以減少取水量。

(3)取水泵的改造。

對取水泵進行變頻改造，通過用水量來自動調節取水泵的流量，并根據工業水池液位來控制取水泵的開啟臺數。

(4)脫鹽水站反洗水。

利用前期鋪設的回收管線，與反洗排泥沙水技改項目一并考慮，清理出回用水池，恢復清水泵，將其回用至凈水器入口。

(5)脫鹽水站反洗濃水。

制定反洗濃水反滲透技改方案，可回收50%的濃水(約100 m3/h)，剩下的濃水返回鹽礦采鹵。

(6)冷凝液。

送到脫鹽水站的冷凝液包括潔凈冷凝液(氯堿廠低壓及中壓蒸汽冷凝液、食堂空調冷凝液)、含鹽冷凝液(來自真空制鹽裝置)和含堿冷凝液(來自燒堿蒸發裝置)。脫鹽水站冷凝液原處理工藝為：潔凈冷凝液采用混床處理，含鹽冷凝液和含堿冷凝液采用反滲透膜處理。從水質分析結果來看，處理裝置無法達到設計效果，主要有以下2方面原因。

①溫度的影響。

混床要求進水溫度為35～40 ℃，而潔凈冷凝液經換熱后溫度仍為50～60 ℃[1]，過高的水溫會對混床樹脂造成不利影響；反滲透膜要求進水溫度≤35 ℃，而含鹽冷凝液經換熱后溫度仍為50～60 ℃，過高的水溫會對反滲透膜的正常運行造成不利影響。

②水質的影響。

影響冷凝液回收的主要因素是濁度、電導率、pH值和Cl-。脫鹽水站要求進混床的水質指標為：pH值7～8，濁度≤0.5 NTU，電導率≤10 μS/cm，Cl-≤15 mg/L。安徽華塑經過取樣分析，發現潔凈冷凝液的水質不穩定，波動較大，水質超標的次數較多，因此潔凈冷凝液無法直接進入混床。pH值超標的主要原因是熱電廠鍋爐水的pH值控制在9.2～9.6。濁度和電導率超標的原因可能是蒸汽在輸送換熱的過程中發生介質泄漏或管道銹蝕。

一級反滲透膜要求進水水質為濁度≤0.5 NTU、Cl-質量濃度≤200 mg/L，而含鹽冷凝液的濁度為0.42～0.6 NTU，Cl-質量濃度為160～230 mg/L，水質經常超標。

改進措施：冷凝液經換熱后加入原水箱，與原水進一步換熱后進入多介質裝置和超濾裝置以降低濁度。該措施的缺點是冷凝液的回收量受原水溫度的影響較大。冬季氣溫低，原水的溫度低，可回收的冷凝液較多；夏季氣溫高，原水的溫度高，可回收的冷凝液較少。在目前的情況下，不能回收的冷凝液在Cl-濃度不超標的情況下補充至工業水池。

(7)PVC離心母液。

PVC離心母液的COD值隨季節波動較大，夏季約為40×10-6，冬季最高為80×10-6，水量約為120 m3/h。安徽華塑的處理方案是將PVC離心母液回用至循環水站。為達到全部回收PVC離心母液的目的，安徽華塑正在與相關單位研究PVC離心母液的深度處理方案。

1.3 節水措施實施后的最終目標

通過以上節水措施的實施，最終目標是使機械動力廠的取水量由目前的2 500 m3/h降低至1 800 m3/h，盡量只開啟1臺取水泵，降低園區水和電能的消耗，實現廢水的循環回收利用和零排放，有效緩解用水量超標征收水資源稅帶來的壓力。

2 電

按照用途電分為工藝電和動力電。工藝電主要用于電石冶煉和鹽水電解，2部分電量占安徽華塑總發電量的75%～80%；動力電包括各裝置動力設備用電，占總發電量的20%～25%。從2016年開始，華塑安徽華塑已經將年度電耗下降1%作為12項增收節支項目并納入考核，以下從工藝電和動力電分別分析存在的問題及改進措施。

2.1 存在的問題

2.1.1 工藝電

(1)電石工藝電。

影響電石工藝電消耗的因素較多，且爐內反應過程相對較復雜，以下從進爐原料和工藝操作等影響因素進行分析。

①生石灰。

雜質影響：生石灰中的雜質主要有氧化硅、氧化鐵、氧化鎂和氧化鋁等，雜質質量分數每增加1百分點，則生產1 t電石就增加電耗25 kW·h。

生燒的影響：生燒是指在煅燒石灰石時未達到燒結溫度，會導致生石灰中含有較多的石灰石；在電石冶煉過程中，生石灰中含有的石灰石會分解為生石灰，從而消耗一定的電能。

生石灰風化的影響：在生石灰的儲存過程中，會吸收空氣中的水分而風化生成熟石灰；在電石冶煉過程中，熟石灰會分解生成生石灰從而消耗一定的電能。

②炭材。

水分的影響：一方面，炭材中的水分受熱變成高溫的水蒸氣逸出，會消耗一部分電能；另一方面，水蒸氣與碳反應生成一氧化碳和氫氣，也會消耗一部分電能。據統計，炭材含水質量分數增加1百分點，則多消耗電能11.8 kW·h。

揮發分的影響：實踐證明，在電石爐內有10%～15%的揮發分被分解和碳化，揮發分質量分數每增加1百分點，則生產1 t電石將增加電耗3 kW·h。

③電石爐的操作。

主要是明弧操作會產生大量的熱量損失，若有5%～7%的生石灰逸出，則生產1 t電石有200 kW·h的電能損失。

(2)電解槽工藝電[2]。

導致電解槽直流電耗升高的主要因素為：①離子膜的性能下降，造成陰極效率下降，槽電壓上升；②陰陽電極涂層脫落。

2.1.2 動力電

影響動力電消耗的因素較多，主要包括以下3方面。

(1)各生產裝置水和氣的無序和超標使用、跑冒滴漏等造成機械動力廠生產負荷增大，電耗增加。

(2)用電設備空轉，造成有用功降低，電耗增加。

(3)生產運行不穩定，設備啟停頻繁，造成電耗上升。

2.2 改進措施

(1)工藝電。

①對于電石爐工藝電，嚴格進廠原料的質量管理和石灰窯、炭干窯的工藝控制，確保入爐原料質量在指標控制范圍之內，對電石爐操作制定嚴格的控制措施，減少明弧操作。

②對于電解槽工藝電，在電解槽離子膜接近使用壽命，且在不停產的情況下，更換離子膜；為防止陰陽極涂層脫落，需要定期對陰陽極涂層有效成分的含量進行檢測(一般陰極涂層有效成分的含量下降較快)，可以采取優先更換陰極的方法。

(2)動力電。

①嚴控各生產裝置水、氣的使用情況，杜絕跑冒滴漏現象，并進行嚴格的考核。

②禁止設備空轉，一旦發現空轉情況將對相關人員進行通報處理。

③加強設備巡檢、維護和工藝操作，使設備處于穩定、高效率的狀態。

2.3 節電措施制定后的完成情況

安徽華塑自制定年度電耗下降1%的目標以來，逐月分析上個月節電任務完成情況，有針對性地制定節電措施，加強管控，效果明顯，基本完成了年度節電目標。

3 蒸汽

安徽華塑的蒸汽有熱電廠鍋爐生產的中壓(1.1 MPa)和低壓蒸汽(0.4 MPa)，主要為化工裝置提供熱源或用于物料汽提及外送。其中，低壓蒸汽占使用量的85%～90%，中壓蒸汽占10%～15%。

3.1 主要影響因素

(1)蒸汽輸送管線和沿途疏水閥組泄漏，保溫層脫落后未進行修復。

(2)化工換熱設備因結垢而使換熱效率下降。

(3)對于燒堿和鹽水蒸發器，真空度控制得較低，不凝性氣體不能及時排放，蒸發產生的二次蒸汽未進行余熱利用等。

(4)對于真空制鹽、制芒硝和PVC樹脂的干燥器，濕餅的水含量過高，冷凝水未及時排放等。

(5)對于PVC汽提塔，物料易在塔盤死角處結塊，將塔盤孔堵塞，影響換熱效率。

3.2 改進措施

(1)加強蒸汽輸送管線的巡檢，發現有漏點則及時堵漏，對脫落的保溫層及時進行修復。

(2)及時檢測化工換熱設備進出口物料的溫差，發現結垢或堵塞則及時進行清理。

(3)加強蒸發器的操作控制，提高其真空度，及時排放不凝氣體。

(4)降低干燥器入口漿料的水含量，及時排放冷凝水。

(5)及時清理PVC汽提塔塔盤中的結塊。

(6)回收利用余熱，如對氯化氫合成爐、水泥窯等進行副產蒸汽技術改造；副產蒸汽并網后，可降低蒸汽消耗30 t/h。

4 氣

氣主要包括壓縮空氣、氮氣和儀表空氣，其生產和使用路徑見圖2。

圖2 氣的生產和使用路徑Fig.2 Production and use path of air

壓縮空氣主要用于物料氣力輸送、除塵器反吹、管道吹掃等，儀表氣主要為各類氣動調節閥提供氣源，氮氣主要用于易燃氣體管道吹掃、除塵器反吹、物料斗提和鏈板機及灰倉的壓力保護、氣力輸送等。

4.1 主要影響因素

(1)由于管理不到位，造成輸送管線漏氣。

(2)在氣的使用過程中無節制排放，人為造成浪費。

(3)聯鎖排空閥壓力設置偏低，造成排空量偏大。

(4)保護裝置的氮氣壓力設置偏高，造成氮氣排放量偏大。

4.2 改進措施

從上述4個主要影響因素可以看出，要降低用氣量，主要是從管理的角度來降低消耗：①加強輸送管線的巡檢和維護；②加強對員工的培訓，并對用氣量進行考核，杜絕無節制排放；③合理設置保護裝置和排空閥的壓力。

5 結語

降低公用工程消耗和動力消耗，既是國家政策的要求，也是安徽華塑增收節支的需要。只有對影響消耗的因素進行系統性地研究和分析，才能制定出有針對性的措施，其中最重要的還是要加強管理，無論是原料質量控制、操作控制、參數設定、設備巡檢，還是更深層次的技術改造和創新，都需要員工提高降耗的意識并在各自的崗位扎實開展工作，才能取得更好的工作效果。

[參考文獻]

[1] 邵青，龍賀云，安鼎年.水處理及循環再利用技術[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2] 程殿斌，程伯森，施孝奎.離子膜制堿生產技術[M].北京：化學工業出版社,1998.