氯堿生產中公用工程系統的優化運行

歐陽玉霞，郭春輝，張 錕

（山東鋁業有限公司氯堿廠，山東 淄博 255052）

山東鋁業有限公司氯堿廠自2004 年 7 月6萬t/a 離子膜裝置投產至今，企業產能不斷擴大，設備不斷更新，先后增加了溴化鋰機組、產能增大的2臺約克機組和新除害塔冷卻器等，隨著聯產氫氣的利用， 又增加了4 臺活塞式高壓氫壓機。 但是循環水、 冷水、 純水等公用工程系統仍維持原來設計能力，沒有新增。 公用工程系統高負荷運行，導致換熱器熱交換率低，氯氣、氫氣系統溫度高，設備做功增加，企業動力電耗高。 特別是高溫季節，環境溫度達40～50 ℃，受循環水、冷凍水系統的制約，氯氣系統壓力過高或者液化機組、透平機組超電流運行，企業多次降低電解槽負荷，以維持生產穩定。

目前氯堿廠沒有新增公用工程的空間， 只能在原來裝置基礎上進行改造， 通過技術改造、 優化配制、精細控制實現公用工程系統能力提升，滿足生產需求。

1 循環水系統的改造和優化

企業產能提升、產品品種增加及設備的更新等，增加了對冷媒的需求，2 至5 號氫壓機無論是循環水還是冷凍水冷卻，最終的熱量還是傳遞給循環水。用于高壓氫壓機的冷卻水在夏季高溫時溫差可達13 ℃（進 37 ℃，回 50 ℃），導致循環水冷卻塔的能力嚴重不足，在夏季循環水溫差只有3 ℃，遠小于設計之初的10 ℃。夏季時出水溫度37.0 ℃～38.0 ℃，回水溫度 40.0 ℃～41.0 ℃（總管），溫差很小，造成氯氣液化機組、冷水機組、鹽水除硝機組等電流升高。 氯水換熱器、堿液換熱器等溫度也同樣升高，影響裝置負荷率和安全運行。如何在不新增用地面積的情況下，提升循環水的循環量， 增加循環水系統的處理能力成為困擾企業的一大難題。通過同行業交流學習，決定在目前循環水池的南邊， 循環水泵廠房頂部增加3 組循環水涼水塔副塔與現有回水系統相連， 降溫后回大循環水池，達到冷卻效果。

增加3 組涼水塔（處理能力2 200 m3/臺），串聯設計，總平面尺寸24.3 m×7 m。涼水塔下端高度≥4.7 m。風筒、 填料支撐、 涼水塔壁及頂部均采用玻璃鋼材質，進水管采用UPVC 材質，填料為S 波型PVC 材質，收水器為多波160-35 型改性PVC 材質，配套風機。 整個涼水塔由H 鋼框架支撐，框架支柱穿過泵房頂部。

新的3 組塔投用后， 循環水進出水溫差最高達到12 ℃，達到設計要求，滿足了約克機組、氫氣壓縮機組、鹽水機組及各處換熱器的需求，降低了設備的動力能耗， 保障設備夏季不因排氣壓力過高造成大型電機超負荷運行，確保了生產穩定運行。

根據調度日報數據顯示，2019 年5 月1-17 日，全廠平均綜合電耗2 617.4 kW·h/t 折百堿。 17 日投用后，5 月 18 日-7 月 3 日全廠平均綜合電耗下降至 2 585 kW·h/t（折百堿），平均電耗下降了32.4 kW·h/t（折百堿）。目前每日（折百堿）產量 523 t，不含稅電價0.55 元， 則每月可節約電費27.9 萬元。且進入11 月中旬以后， 循環水3 臺22 kW 的風機可以根據氣溫優化開停，進一步降低動力單耗。

2 冷水系統優化

氯堿廠冷水系統主要設備包含一期液化崗位溴化鋰機組1 臺、二期氯處理崗位冷水機組2 臺，各配置冷水泵3 臺，正常開2 備1。 冷水系統供應兩期電解槽生產氯氣的冷卻、硫酸干燥、高壓氫氣壓縮機、低壓氫氣壓縮機、氯化氫系統，兩期冷水系統合并運行。 夏季氣溫高， 冷水機組長期處于超電流運行狀態，冷水系統溫度高，氯氣干燥效果差，硫酸單耗高。為了保證冷水機組安全運行，設備電流高時，減少高壓氫氣壓縮機開的數量，高壓氫氣充裝受影響。為了解決這個生產瓶頸，對兩期冷水系統進行隔離，根據設備與冷水系統的距離及對冷水的要求程度進行劃分，從而讓冷水系統最大程度挖潛利用。

首先利用鹽酸合成爐循環水分流一路， 代替冷水供應 2#、3#、4#、6#高壓氫壓機冷卻水， 緩解一期冷水系統壓力。 其次將一二期冷水系統隔離開單獨運行。 一期冷水系統承擔一期（6 萬t/a）裝置區域的冷水使用，如氯氣鈦冷卻器、硫酸換熱器、5# 低壓氫壓機等。 二期冷水系統承擔二期（9 萬t/a）裝置區域的冷水使用，如氯氣鈦冷卻器、硫酸換熱器及合成鹽酸系統等。

通過技術改造， 一期溴化鋰機組出水溫度由12 ℃降至 7 ℃； 二期冷水機組電流由350 A 降至245 A，月降低動力電消耗28 728 kW·h，節約成本1.58 萬元/月；二期停下一臺冷水泵30 kW，月降低動力電量 17 280 kW·h，節約成本 0.95 萬元/月；氫壓機充裝不受影響， 氫氣充裝量增加0.5 m3/d，月增加氫氣充裝量15 萬m3，合計創效16.5 萬元/月；2019 年 5 月硫酸單耗 18.32 kg/t 折百燒堿， 環比降低 11.67 kg/t 折百燒堿，降本 5.1 萬元/月，2019 年6-12 月合計降本增效189.7 萬元。

3 純水系統優化

為了降低純水消耗，減少濃縮水產水量，提高水資源利用率，制定了以下節水措施，取得了良好的效果，實現了廢水零排放的環保目標。通過組織梳理裝置區的廢水種類，確定了降低純水消耗、減少純水裝置濃排水量、減少生活用水節水措施。

（1）鹽酸冷卻水池補水水源變更

鹽酸冷卻水裝置負責鹽酸合成爐的循環水供應，之前一直用純水補水，現變更為補充灃太水，代替原來的純水，節約純水2 000 t/月，減少濃縮水產水量1 100 t/月。

（2）公用工程陰陽床、混床技術改造

使用工藝風代替純水對陰陽床進行反洗操作，節約純水120 t/月（陰、陽床各5 天反洗一次，一次用水10 t 計算）。陰陽床、混床正洗水全部回原水池，減少產生廢水量 150 t/月（50 m3/h，陽床 10 min，陰床 20 min，5 天反洗一次），合計 270 t/月，減少濃縮水產量149 t/月。

（3）兩期電解裝置、鹽水泵機封水循環利用

對兩期電解裝置、 一次鹽水崗位使用純水的泵機封水進行改造，機封水實現循環利用（二期電解裝置利用D-166 罐和P-166 泵實現，一期電解和一次鹽水崗位鋪設純水管道利用一期電解崗位純水回收泵實現循環利用），節約純水7 800 t/月，減少濃縮水產量4 290 t/月。

（4）純水裝置濃縮水回收利用

純水制備裝置原水為廠內1#深井泵供應，生產1 t 純水同時伴隨產生濃縮水0.55 t， 之前大部分濃縮水通過公用工程廢水泵打到廢水回收池， 通過泵打至礦山回收水池用于赤泥堆噴灑， 一小部分濃縮水用于化鹽系統補水。

現將純水裝置原水由1#深井泵水變更為1#深井泵水和太河水摻配使用，優化了原水水質，提高了純水裝置濃縮水的水質， 使純水裝置產生的濃縮水滿足裝置循環水系統補水需求 （之前一直由太河水補水），濃縮水通過公用工程崗位廢水泵一部分進入鹽水系統用于制備飽和食鹽水， 一部分進入大循環水池用于循環水的補水，濃縮水100%回收，實現了廢水零排放。

4 結語

在當今的經濟發展形勢下，降低能耗是企業發展的內部競爭力，只有企業深度挖潛，不斷挑戰極限，壓縮生產成本，才是企業長久生存的根本。2019年氯堿廠通過對公用工程循環水系統、 純水系統、冷水系統這3 大系統進行梳理和改造，2019年下半年全廠綜合動力電耗 238.58 kW·h/t， 同比降低10.52 kW·h/t，降低生產成本 51.70 萬元。