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11

2016

-

07

全國燒堿技術(shù)年會投稿--MVR裝置在全鹵制堿生產(chǎn)中的運行總結(jié)

作者：

 

The MVR device in full Stewed alkali production in the Operation Summary

　　Abstract: Introduced the Chongqing City, Hui Ying-day chlor-alkali the run the the situation of the Chemical Co., Ltd.-MVR device in the in the the alkali production of the full-Stewed, summed up the successful experience, analysis of the problem of the existence of the the, To investigate the the affect the of the the factors that of the MVR device and and wholly-Stewed alkali and response measures.
    Key Words: MVR device, Full Stewed alkali is, Crafts, Equipment, Self-control, Problem

　　1 前言
　　重慶市映天輝氯堿化工有限公司（以下簡稱映天輝）在國內(nèi)首次將MVR技術(shù)應(yīng)用到全鹵制堿工藝中。MVR裝置于2011年底建成投運，生產(chǎn)規(guī)模為淡鹽水處理能力135m3/h，蒸發(fā)水能力60t/h，對應(yīng)15萬噸/年離子膜燒堿生產(chǎn)能力。映天輝現(xiàn)有氯堿產(chǎn)能為10萬噸/年，2012年實際生產(chǎn)用鹵比97%，基本實現(xiàn)了全鹵制堿。
　　2 技術(shù)簡介[1]
　　2.1 技術(shù)原理
機械蒸汽再壓縮技術(shù)，簡稱MVR（mechanical bapor recompression），俗稱熱泵技術(shù)，是重新利用蒸發(fā)濃縮過程產(chǎn)生的二次蒸汽的冷凝潛熱，從而減少蒸發(fā)濃縮過程對外供能源需求的一項先進節(jié)能技術(shù)[2]。其工作原理是將低溫位的二次蒸汽經(jīng)蒸汽再壓縮機壓縮，以提高壓力、溫度和熱焓，然后再進入蒸發(fā)器冷凝供熱，以充分利用二次蒸汽的潛熱。這樣，原來要排放的廢蒸汽就得到了充分利用，既回收了其潛熱，提高了熱效率，又可回收蒸汽冷凝液。MVR裝置除開車啟動外，正常運行時整個蒸發(fā)過程基本無需補充生蒸汽，只消耗電力，其能源利用效率相當(dāng)于20效蒸發(fā)。
　　2.2 流程簡圖

 1
圖一：MVR工藝流程簡圖


　　2.3 流程簡述
   （1）鹽水系統(tǒng)
   來自不同工序的淡鹽水在中間槽混合后，通過泵送往預(yù)熱器進行預(yù)熱，并在泵出口加入少量亞硫酸鈉，保證不含游離氯；淡鹽水與蒸汽冷凝液、濃鹽水并聯(lián)換熱后，進入降膜蒸發(fā)器進行蒸發(fā)，為保證鹽水濃度達到310g/l，再送往強制循環(huán)蒸發(fā)器進行蒸發(fā)。達到濃度的濃鹽水與淡鹽水、鹵水換熱后，進入過濾精鹽水儲槽。
   （2）生蒸汽系統(tǒng)
   MVR裝置系統(tǒng)開車時，需通過加熱室加入生蒸汽將蒸發(fā)器內(nèi)的淡鹽水升溫，以產(chǎn)生二次蒸汽，供蒸發(fā)系統(tǒng)循環(huán)利用。系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽達到平衡后，關(guān)閉生蒸汽閥門，停止生蒸汽的使用。此外，當(dāng)進料鹽水溫度過低時，需要補充一點生蒸汽；當(dāng)進料負(fù)荷由低負(fù)荷向高負(fù)荷調(diào)整時，需根據(jù)溫度變化情況而短暫補充生蒸汽。
   （3）二次蒸汽系統(tǒng)
在淡鹽水濃縮過程中，降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)同時產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)除沫器后進入二次蒸汽洗滌器，通過蒸汽洗滌，使進入壓縮機的二次蒸汽含鹽量低于10ppm并達到飽和狀態(tài)，以確保蒸汽壓縮機長周期安全穩(wěn)定運行。最后，二次蒸汽經(jīng)蒸汽壓縮機第一級和第二級加壓升溫，進入降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器加熱室冷凝加熱，通過熱量交換將熱量傳遞給蒸發(fā)器的淡鹽水，供淡鹽水蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，實現(xiàn)二次蒸汽的回收利用。

　　3 運行情況
　　3.1 工藝方面
　　（1）工藝指標(biāo)
　　分別錄取了滿負(fù)荷（表一）、低負(fù)荷（表二）、正常負(fù)荷（表三）三種工況下各10小時的運行數(shù)據(jù)。

表一 滿負(fù)荷下的運行數(shù)據(jù)
2

表二 低負(fù)荷下的運行數(shù)據(jù)
3
表三 正常負(fù)荷下的運行數(shù)據(jù)
4

　　（2）數(shù)據(jù)分析
　　根據(jù)裝置運行工藝指標(biāo)，分別對生產(chǎn)能力、濃鹽水濃度、蒸汽冷凝液質(zhì)量、生蒸汽消耗、電耗等數(shù)據(jù)進行分析，得出運行情況量結(jié)論。

表四 滿負(fù)荷下運行數(shù)據(jù)分析


8
表五 低負(fù)荷下運行數(shù)據(jù)分析
6
表六 正常負(fù)荷下運行數(shù)據(jù)分析
7

　　3.2 設(shè)備方面
　　（1）蒸汽風(fēng)機
　　運行穩(wěn)定。現(xiàn)實行錯峰運行，啟停頻繁，風(fēng)機運行良好。2012年沒有任何維修。風(fēng)機采用風(fēng)冷降溫，但在氣溫較高時，溫度有一定的上升，后增加了一臺風(fēng)冷機。
　　（2）降膜蒸發(fā)裝置
　　降膜蒸發(fā)裝置運行較好。采用孔式分流板進行液體分布，分布非常均勻，采用獨特的循環(huán)設(shè)計和除沫設(shè)計，未出現(xiàn)蒸發(fā)效率下降和蒸發(fā)列管干管等現(xiàn)象。
　　（3）強制循環(huán)蒸發(fā)裝置
又稱為結(jié)晶蒸發(fā)器，其作用主要是防止結(jié)晶和保證濃鹽水濃度。運行基本正常，在后期，出現(xiàn)了局部滲漏的情況，被很快解決。
　　（4）蒸汽洗滌裝置
　　主要作用是提高二次蒸汽汽質(zhì)量和消除過熱。多噴頭的層級設(shè)計，循環(huán)洗滌定量排放，運行效果較好，其直觀反應(yīng)是蒸汽冷凝液電導(dǎo)率低。
　　（5）板式換熱裝置
　　共4臺板式換熱裝置，熱源是蒸汽冷凝液和濃鹽水。被加熱介質(zhì)為淡鹽水的兩臺板式換熱器運行良好。被加熱介質(zhì)為鹵水的兩臺板式換熱器易結(jié)垢，每月需清洗一次，其原因是鹵水雜質(zhì)含量較高。
　　3.3 自控方面
　　MVR裝置由DCS進行控制，現(xiàn)簡述幾個重要控制點運行情況：
　　（1）負(fù)荷調(diào)節(jié)控制
　　按照設(shè)計，MVR裝置可根據(jù)生產(chǎn)要求，在系統(tǒng)負(fù)荷、風(fēng)機轉(zhuǎn)速、生蒸汽流量、進料溫度、出料濃度等指標(biāo)發(fā)生變化時，實現(xiàn)全智能自動調(diào)節(jié)運行狀態(tài)。但這是一個理想的控制方案，在實際運行中，一般情況下都需通過計算機進行人工干預(yù)。
　　（2）風(fēng)機聯(lián)鎖
　　風(fēng)機配備有一套復(fù)雜而合理的聯(lián)鎖系統(tǒng)，這也是安全運行的需要。在超低負(fù)荷運行時，控制要求非常嚴(yán)格，特別是二次汽量極小時，容易造成風(fēng)機連鎖停車，實現(xiàn)保護功能。
　　（3）游離氯控制
　　實際運行時，濃鹽水是直接進入二次鹽水，對游離氯控制要求較高。2012年的運行中，出現(xiàn)過一次超標(biāo)的情況。建議在濃鹽水處再增加一個游離氯監(jiān)測點和濃鹽水分流自動切換裝置，超標(biāo)就返回一次鹽水。
　　3.4 經(jīng)濟方面
　　以2012年實際離子膜燒堿產(chǎn)量7.5萬噸、用鹵比97%為計算基準(zhǔn)，以2011年摻鹵25%為計算基礎(chǔ)年。
　　（1）鹽耗降低
　　使用精制鹽時，因存在運輸、貯存和化鹽等環(huán)節(jié)的損耗，生產(chǎn)1噸離子膜燒堿需耗1.54t折百鹽。使用全鹵制堿，管道輸送，為封閉系統(tǒng)，生產(chǎn)1噸離子膜燒堿只耗1.48t折百鹽。2012年因鹽耗降低節(jié)約成本約90萬元。
　　（2）鹵鹽價差
　　2012年因鹵鹽價差節(jié)約原料成本約1598萬元。
　　（3）節(jié)約過量精制劑
　　MVR裝置濃縮出來的濃鹽水除開停車和定期返回一次鹽水外，其它時間都直接進入過濾精鹽水儲槽。按照過量精制劑指標(biāo)計算，2012年節(jié)約過量燒堿約50噸，過量碳酸鈉約140噸，節(jié)約過量精制劑成本約42萬元。
　　（4）回收蒸汽冷凝液
　　2012年共回收蒸汽冷凝液19萬方，按2元/方計算，節(jié)約成本約38萬元。
　　（5）錯峰用電
　　MVR裝置的主要能耗為電，由于設(shè)計負(fù)荷大于現(xiàn)在的生產(chǎn)負(fù)荷，裝置所在地區(qū)實行階梯電價，古可以實行錯峰運行。2012年錯峰用電節(jié)約成本約80萬元。
　　（6）鹵水質(zhì)量帶來的精制劑成本增加
　　鹵水中的鈣1300mg/l、鎂600 mg/l、硫酸根6g/l，給一次精制、膜法脫硝帶來了成本增加。2012年增加成本約353萬元。
　　（7）MVR的運行成本
　　主要是電和蒸汽的消耗。2012年耗電668.8萬度，耗蒸汽2660噸，折合成本約454萬元。
　　綜合以上的效益和成本，在不計算固定資產(chǎn)折舊的情況下，2012年全鹵制堿相對于2011年摻鹵25%節(jié)約成本約1041萬元。
　　4 問題討論
　　4.1 濃鹽水返回一次鹽水與直接進入二次鹽水
　　（1）現(xiàn)在的運行情況
　　MVR裝置出來的濃鹽水與鹵水進行換熱，然后送入過濾精鹽水儲槽，直接進入二次精制處理。開停車時，MVR裝置出來的濃鹽水返回化鹽池，進行一次精制處理。
　　（2）直接進入二次鹽水分析
　　MVR裝置出來的濃鹽水直接進入二次鹽水。優(yōu)點是可以節(jié)約一次鹽水過量精制劑費用，并使一次鹽水處理量減半。缺點是一次鹽水由鹽水精制變?yōu)辂u水精制，如果鹵水質(zhì)量不好，不便于鹽水處理；離子富集由一次鹽水的大循環(huán)變?yōu)榱硕嘻}水的小循環(huán)，二次鹽水工序處理不掉的離子富集更明顯；特別是濃鹽水中的游離氯要出凈，不然會對二次鹽水螯合樹脂造成影響，風(fēng)險較大。此外，濃鹽水與鹵水間接換熱，極易結(jié)垢，影響鹵水溫度。
　　（3）返回一次鹽水分析
　　MVR裝置出來的濃鹽水返回化鹽池，與原來淡鹽水返回化鹽池一樣，優(yōu)點一是直接加熱鹵水，溫度可控；二是稀釋鹵水雜質(zhì)指標(biāo)，便于一次鹽水處理；三是實現(xiàn)鹽水大循環(huán)，可以去除一部分富集雜質(zhì)，特別是對鹽水中游離氯有把控裝置。缺點是“干凈”的鹽水和“臟”的鹵水混合，增加了一次鹽水的處理量，使過量精制劑用量增加。
　　（4）討論結(jié)果
　　其實這主要是經(jīng)濟性與風(fēng)險性的權(quán)衡問題，直接進入二次鹽水可以取得較好的經(jīng)濟效益，但風(fēng)險較大；返回一次鹽水風(fēng)險較低，但會喪失部分經(jīng)濟效益。按照價值理論，方案的選擇取決于企業(yè)對生產(chǎn)裝置運行效果的綜合評判。在實際運行中，我們采用了兩種方案相結(jié)合的方法，即開停車風(fēng)險較大的時段，返回一次鹽水，并根據(jù)離子富集周期，定期將濃鹽水返回一次鹽水，其它時段都將濃鹽水送入過濾精鹽水儲槽。
　　4.2 蒸汽冷凝液的回收
　?。?）實際運行情況
　　正常運行時，蒸汽冷凝液通過與淡鹽水、鹵水、循環(huán)水分別換熱后，進入脫鹽水工序的混床，處理后作為脫鹽水使用。開停車時，蒸汽冷凝液作為循環(huán)水的補充水回用。2012年下半年進行了技改，在二次鹽水工序增加了蒸汽冷凝液緩沖槽，螯合樹脂塔再生用的脫鹽水直接由此緩沖槽提供，多余的蒸汽冷凝液再送往脫鹽水工序。
　　（2）蒸汽冷凝液回收分析
　　MVR裝置出來的蒸汽冷凝液質(zhì)量好，本可以直接作為純水用，但考慮到電解用純水要求較高，為防止堿中含鹽高，所以蒸汽冷凝液還是進入脫鹽水的后處理工藝。后來通過對純水用途的分解，采用了一個經(jīng)濟的回收利用方案，對純水含鹽要求不高的螯合樹脂塔再生工序直接用蒸汽冷凝液，對純水含鹽要求高的才送回脫鹽水后處理工序。
　　MVR裝置有少部分為碳鋼設(shè)備，在開停車時對蒸汽冷凝液含鐵有影響，在實際運行中，就發(fā)現(xiàn)過一次開車的冷凝液變紅，所以這一部分冷凝液不能進入脫鹽水系統(tǒng)，可以送往循環(huán)水系統(tǒng)或直接排放。
　　（3）討論結(jié)果
　　蒸汽冷凝液應(yīng)示其質(zhì)量充分回用，保證其經(jīng)濟性。
　　4.3 原鹵的質(zhì)量控制和一次鹽水處理
　　（1）實際運行情況
　　由于重慶長壽鹽鹵開采為新井，溶腔還不夠穩(wěn)定，鹵水質(zhì)量較差，主要指標(biāo)為：
NaCl　　　300g/l　　　　 Ca2+　　　　1300mg/l
Mg2+　　　600mg/l　　　　SO42-　　　 6g/l                   
Fe　　　　6.8ppm　　　　 Al　　　　　5ppm
Mn　　　　0.7ppm　　　　 Ni　　　　　0.5ppm
SiO2　　　50ppm　　　　  Ba　　　　　7ppm
I　　　　 0.06ppm　　　　總銨　　　　8ppm
　　影響最大的一是Mg2+。一次鹽水處理工藝采用的是凱膜工藝，預(yù)處理的設(shè)計能力沒有考慮這么大，嚴(yán)重時預(yù)處理出來的Mg2+還有200ppm，只有通過大循環(huán)的方式來降低Mg2+含量，這樣使凱膜的處理能力下降一半，也使凱膜酸洗頻繁。
其次是SO42-。膜法脫硝裝置由原來的1/3脫硝變?yōu)榱爽F(xiàn)在的全脫硝，如果SO42-過高時，處理能力還略顯不夠。在2012年6月，通過技改，將脫硝能力增加了一倍。
　　（2）原鹵質(zhì)量控制和一次鹽水處理分析
原鹵質(zhì)量直接影響到運行的經(jīng)濟性，質(zhì)量差，精制劑用量多，成本就高。其次是對一次鹽水處理裝置的影響，對于已有氯堿裝置，一次鹽水處理由原來的鹽水精制變成了鹵水精制，預(yù)處理系統(tǒng)、鹽泥系統(tǒng)能力將不足，需要通過改造來滿足要求；對于新建氯堿裝置，在設(shè)計時就應(yīng)考慮適應(yīng)鹵水精制的工藝和設(shè)備，預(yù)處理系統(tǒng)可以用凱膜的新型預(yù)處理器或采用陶瓷膜工藝。
　　（3）討論結(jié)果
　　原鹵質(zhì)量波動雖然不對MVR裝置產(chǎn)生直接影響，但影響一次鹽水處理系統(tǒng)。如果原鹵質(zhì)量太差，建議在原鹵生產(chǎn)企業(yè)先作簡單的預(yù)處理。
　　4.4 鹵水加熱方式
　　（1）實際運行情況
　　一次鹽水工序要求鹽水溫度60℃。鹵水通過與MVR裝置出來的濃鹽水和蒸汽冷凝液進行換熱。鹵水在60℃極易結(jié)垢，需要1個月清洗一次板換來達到一次鹽水溫度的要求。
　　（2）鹵水加熱方式分析
　　鹵水采用間接換熱的方式加熱，易結(jié)垢這個問題一直沒得到很好的解決，如果用濃鹽水與鹵水混合直接加熱，又會出現(xiàn)前述返回一次鹽水的經(jīng)濟損失。
　　（3）討論結(jié)果
　　現(xiàn)在更多的期望是換熱設(shè)備的改進和除垢工藝的改進，換熱設(shè)備能很好的拆裝清洗，有針對鹵水的再線除垢工藝，那就能很好的解決此問題。
　　4.5 錯峰運行
　　（1）實際運行情況
    MVR裝置每天在低谷電價和平谷電價時段運行，其它時段保持鹽水循環(huán)，停風(fēng)機。
　　（2）錯峰運行分析
    錯峰運行需要滿足了幾個條件：一是所在地區(qū)實行的是階梯電價；二是MVR裝置設(shè)計負(fù)荷較大，有足夠的能力錯峰；三是有足夠容量的淡鹽水儲槽，便于在不同時段調(diào)整運行負(fù)荷。高峰電價時，風(fēng)機停止運行，系統(tǒng)不蒸發(fā)，但鹽水循環(huán)泵運行，維持系統(tǒng)溫度和防止結(jié)晶。正常生產(chǎn)時，鹵水是通過濃鹽水和蒸汽冷凝液來加熱，MVR裝置停運后，需要在換熱器引入蒸汽進行加熱。
　　（3）討論結(jié)果
　　依據(jù)錯峰運行的條件和特點，建立淡鹽水儲量、一次鹽水能力、MVR運行能力、階梯電價等的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)不同的指標(biāo)選擇不同的運行模式。
　　4.6 MVR裝置的優(yōu)化運行
　　（1）實際運行情況
　　脫氯淡鹽水經(jīng)過脫硝后直接進入MVR裝置進行濃縮，在鹵水濃度大于300g/l時，濃鹽水濃度控制在300g/l左右；鹵水濃度低于300g/l時，濃鹽水濃度控制在300g/l以上，與鹵水濃度相匹配?？刂剖侄问窍葘L(fēng)機調(diào)整到提高轉(zhuǎn)速無明顯變化為止，最后調(diào)整生蒸汽量來滿足濃鹽水濃度要求。
　　（2）MVR裝置的優(yōu)化運行分析
　　如果淡鹽水進料濃度在170g/l時，不存在蒸汽消耗，濃鹽水濃度直接通過調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速就能滿足要求。但實際運行時，進料濃度達到了200g/l，造成二次汽量不足，需要補充少量生蒸汽才能達到濃鹽水的濃度要求。由于濃鹽水中含有較高的硫酸鹽和氯酸鹽，特別是硫酸鹽隨著溫度和濃度的增高，將使溶液沸點升高，要達到鹽水濃度要求需要更多的能量且有結(jié)晶的風(fēng)險。
　　（3）討論結(jié)果
　　應(yīng)根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)和一些約束條件，建立鹵水濃度、淡鹽水濃度、濃鹽水濃度、蒸汽消耗、電消耗的數(shù)學(xué)模型，得出在不同的條件下最優(yōu)的運行指標(biāo)。
　　5 結(jié)論
　　映天輝2012年MVR裝置實際運行情況表明，該技術(shù)成熟可靠，裝置運行正常，經(jīng)濟效益明顯，社會能耗降低，MVR技術(shù)應(yīng)用和裝置建設(shè)是成功的，建議在全鹵制堿行業(yè)中推廣。同時，MVR技術(shù)的應(yīng)用是一個系統(tǒng)工程，在原料質(zhì)量、前處理、后處理、能量利用等方面需要綜合考慮，因地制宜地進行方案選擇和裝置建設(shè)，使之在全鹵制堿中的應(yīng)用更加完善，并進一步推廣應(yīng)用到其它鹽類物質(zhì)的蒸發(fā)濃縮工藝中去。

　　參考文獻：
　　【1】閆成林，胡洪銘，機械蒸汽再壓縮（MVR）技術(shù)在全鹵制堿工藝中的應(yīng)用，中國氯堿，20011（10）：9-11。
　　【2】李樹生，吳宗生，灘田飽和鹵水機械式蒸汽再壓縮蒸發(fā)工藝研究，鹽業(yè)與化工，第38卷第一期2009（1）：18-20。
 

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