氯化鈣儲(chǔ)槽蒸發(fā)器二次蒸汽的回收利用

孫新德，代善樂，姜 杰，石信平

(青島堿業(yè)發(fā)展有限公司，山東 青島 266043)

1 氯化鈣生產(chǎn)中蒸汽回收利用現(xiàn)狀

我公司的氯化鈣蒸發(fā)主要是采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器、升降膜及儲(chǔ)槽組合進(jìn)行，使氯化鈣溶液濃度從36%升至42%、60%及71%，升膜的二次蒸汽得到了應(yīng)用，可以做到不外排；但是降膜及儲(chǔ)槽蒸發(fā)產(chǎn)生的約3 t/h的二次蒸汽由于其中含有微量的鹽酸及氯化鈣腐蝕較強(qiáng)，普通8 mm厚的鋼管用4年就會(huì)被腐蝕透，而且是常壓蒸汽，缺少推動(dòng)力，一直難以利用。氯化鈣蒸發(fā)流程如圖1。

圖1 氯化鈣蒸發(fā)工藝流程圖

2 外排蒸汽回收方案分析

2.1 外排蒸汽量的計(jì)算

按照年產(chǎn)10萬t 77%氯化鈣計(jì)算，每年生產(chǎn)8 000 h，降膜處的鈣液濃度為60%，儲(chǔ)槽處的鈣液濃度為71%，這樣降膜及儲(chǔ)槽處的蒸汽蒸出量為100 000/8 000×77(1/60-1/71)=2.47 t/h?？紤]到汽液分離器出沒有閥門控制，經(jīng)計(jì)算，在壓力0.05 MPa的情況下，DN100的管道，會(huì)有約1 t/h的蒸汽進(jìn)入降膜，這樣共有約3.47 t/h的常壓過熱水蒸汽從儲(chǔ)槽排空管進(jìn)入到大氣中。

2.2 解決的思路

1)外排乏汽的品位低，可以用來加熱溫度低于80 ℃的介質(zhì)，或者將乏汽壓縮(MVR)提高熱源的溫度。經(jīng)過綜合考慮，不考慮MVR蒸汽壓縮，因?yàn)樾枰罅侩娏?，價(jià)格高；另一方面該蒸汽具有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)壓縮機(jī)的材質(zhì)要求很嚴(yán)，造價(jià)及將來的維護(hù)會(huì)難度較高。

2)解決乏汽中微量鹽酸氣的腐蝕問題。有兩種方案可供選擇：一個(gè)是利用耐腐蝕的鈦材裝置；另一個(gè)是對(duì)有腐蝕性的蒸汽進(jìn)行處置，使其腐蝕性降低，從而降低裝置的選擇難度。

2.3 比較適合的方案

2.3.1 加熱50 ℃的鈣液

采用鈦材質(zhì)設(shè)備，用外排的蒸汽來加熱進(jìn)入效體蒸發(fā)器的50 ℃鈣液，由于溫差達(dá)到“至少20 ℃以上”的要求，可以采用列管式換熱器，也可以采用高效的鈦板換熱器，在此采用鈦板換熱器來計(jì)算。

2.3.2 預(yù)熱的流化氣

流化氣指的是在氯化鈣在由71%濃度提升到77%的過程中，需要用160～180 ℃的熱空氣，在流化床中，將片狀或粒狀的氯化鈣固體進(jìn)一步脫水，這個(gè)干燥用的熱空氣，在此稱為流化氣。

考慮到傳熱溫差較小，耐腐蝕的鈦制翅片換熱器價(jià)格較高，在此建議采用高效的浸鋅鋼串片橢圓管換熱器來作為換熱設(shè)備，在蒸汽側(cè)利用噴堿性水霧的辦法來降低蒸汽中的鹽酸腐蝕以及降低蒸汽溫度，減輕冷凝水對(duì)設(shè)備的腐蝕。

利用這部分蒸汽的流程見圖2。

圖2 氯化鈣儲(chǔ)槽蒸發(fā)器二次蒸汽回收利用流程圖

3 詳細(xì)工藝、設(shè)備計(jì)算

3.1 加熱鈣液的設(shè)備選型

3.1.1 鈦板換熱器選型

進(jìn)效體鈣液的濃度36.5%，溫度50 ℃，比熱0.61 kcal/kg，密度1.320 t/m3,水在70 ℃的汽化潛熱560 kcal/kg。

進(jìn)效體鈣液的量：100 000/8 000×77%/36.5%=26.4 t/h ，即26.4/1.32=20 m3/h。

鈦板的換熱系數(shù)取600 kcal/(h·℃)。

設(shè)定將來預(yù)熱后的鈣液溫度為90 ℃，傳熱溫差dt1=100-90=10 ℃，傳熱溫差dt2=100-50=50 ℃，dtm=(dt2-dt1)/[ln(dt2/dt1)]=24.8 ℃。

需要的熱量為：

Q=Cp×m×dt=0.61×26.4×1 000×(90-50)=644 160 kcal/h。

需要的鈦板換熱面積為：

A=Q/K/dtm=644 160/600/24.8=43.3 m2。

考慮到裕量A′=1.1 A=48 m2。

可以利用的外排蒸汽量為：644 160/560=1 150 kg/h。

經(jīng)咨詢鈦板換熱器廠家，建議采用面積80 m2的，水蒸汽流量1 000～1 500 kg/h，液體流量20～25 m3/h的，板縫隙2 mm的鈦板換熱器，液體側(cè)阻力0.05 MPa，氣體側(cè)阻力10 kPa。

3.1.2 不凝氣風(fēng)機(jī)選型

為了可以將常壓的水蒸汽從排氣管抽過來，一方面利用引風(fēng)機(jī)，但是更多的是水蒸汽在換熱板間冷凝形成的負(fù)壓將水蒸汽抽引過來；為了防止水蒸汽里微量的不凝氣累積，選用不凝氣風(fēng)機(jī)來將其源源不斷地往外抽取。

這樣選擇流量120 m3/h、額定真空13 kPa、功率1 kW的RB-750型環(huán)形鼓引風(fēng)機(jī)，來抽取不凝氣。

3.2 預(yù)熱流化氣的設(shè)備選型

3.2.1 翅片換熱器選型

流化風(fēng)流量50 000 Nm3/h，比熱0.25 kcal/kg，密度1.2 kg/m3，入口年平均溫度15 ℃，設(shè)定換熱后的空氣溫度為85 ℃。

翅片的換熱系數(shù)取20 kcal/(h·℃)。

流化氣側(cè)的傳熱溫差dt1=100-85=15 ℃，傳熱溫差dt2=100-15=85 ℃，dtm=(dt2-dt1)/[ln(dt2/dt1)]=40.36 ℃。

需要的熱量為：

Q=Cp×m×dt=0.25×1.2×50 000×(85-15)=1 050 000 kcal/h。

需要的翅片換熱面積為：

A=Q/K/dtm=1 050 000/20/40.36=1 300 m2。

考慮到裕量A′=1.1 A=1430 m2。

可以利用的外排蒸汽量為：1 050 000/560=1 875 kg/h。

由于翅片換熱器體積大，熱損失高，取10%的熱量損失，則需要的常壓蒸汽量為：1875×1.1=2 063 kg/h。

由于是在原來翅片的基礎(chǔ)上再增加該設(shè)備，阻力會(huì)增加，因此能否在不更換風(fēng)機(jī)的前提下，采用更高效的換熱器。

我公司現(xiàn)有的翅片換熱器一般間距為2.5 mm，翅片間距小，阻力大，換熱效率高,1 500 m2的翅片換熱器阻力為600 Pa；3.2 mm的翅片間距大，阻力小，換熱效率低，在條件允許的情況下盡量選擇翅片間距小的換熱器，以充分利用空間。現(xiàn)有風(fēng)機(jī)有些偏大，風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)閥沒有全開，有一些壓頭可以利用，為此對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)閥阻力進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，以下為測(cè)量結(jié)果。

表1 鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)閥阻力測(cè)量

從測(cè)量結(jié)果可以看出，鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)閥開度在50%左右，其阻力大小為1 600 Pa以上，如果全開可以提供1600 Pa以上的壓頭，遠(yuǎn)大于600 Pa，因此選擇2.5 mm的翅片沒有問題。

3.2.2 噴堿性水霧設(shè)備選擇

經(jīng)測(cè)定外排蒸汽的冷凝水pH為5～7，對(duì)鋼鐵設(shè)備的腐蝕性很強(qiáng)，為此要將其pH提升到9～9.5，外排蒸汽的溫度約為160 ℃，也加劇了對(duì)鋼鐵設(shè)備的腐蝕，同時(shí)對(duì)換熱設(shè)備的換熱也不利，因此，建議將此溫度降至110～120 ℃。

經(jīng)計(jì)算，需要噴水降溫的水量約為100 L/h,加入的氫氧化鈉量為0.05 kg/h,這樣可以采用普通不銹鋼泵頭的隔膜泵來作為動(dòng)力，選擇合適的噴頭在管道內(nèi)噴霧降溫。

3.2.3 不凝氣風(fēng)機(jī)選型

流化氣加熱翅片同樣是利用常溫風(fēng)的低溫，使管外水蒸汽冷凝形成真空，將水蒸汽引過來。由于沒有了阻力較大的鈦板，而翅片的管程截面積很大，阻力很小，需要不凝氣風(fēng)機(jī)的壓頭，根據(jù)計(jì)算可以選擇2～3 kPa。

這樣選擇流量220 m3/h、額定真空3 kPa、功率0.75 kW的CX-750不銹鋼引風(fēng)機(jī)，來抽取不凝氣。

4 效益計(jì)算

氯化鈣生產(chǎn)外排總蒸汽量為3 470 kg/h，可以利用的外排常壓蒸汽量為1 150+2 063=3 213 kg/h，剩余257 kg/h；而抽取不凝氣需要消耗蒸汽340 m3/h，即340×0.59=201 kg/h，這樣最終剩余257-201=56 kg/h，理論上可以利用外排的二次蒸汽。

鈦板處節(jié)約蒸汽為1 150 kg/h，由于該處的蒸發(fā)工藝為兩效蒸發(fā)，因此折算成生蒸汽的量1 150/1.8=639 kg/h。

翅片換熱器處節(jié)約蒸汽為1 875 kg/h，由于該處的蒸發(fā)工藝為單效蒸發(fā)，因此折算成生蒸汽的量不變。這樣折算成節(jié)約生蒸汽的量為639+1 875=2 514 kg/h，則氯化鈣的單位產(chǎn)品(t)蒸汽消耗可以降低：2 514/(100 000/8 000)=201 kg/t。蒸汽價(jià)格200元/t,則單位產(chǎn)品可以節(jié)約價(jià)值：201/1 000×200=40.4元/t。

每年蒸汽節(jié)約價(jià)值為40.4×10=404萬元。

這樣扣除掉投入后的純收益為：404-30=374萬元/年。

5 結(jié) 語

氯化鈣生產(chǎn)過程中存在較多的乏汽及高溫冷凝水，如何采用較好的工藝及適合的設(shè)備來合理利用，是一個(gè)長(zhǎng)期的課題，我公司一直在這方面做著各種的嘗試。