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全国烧碱技术年会投稿--MVR装置在全卤制碱生产中的运行总结

作者:闫成林 段成义 胡洪铭浏览次数: 日期:2016年7月11日 11:05

 

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
  重庆市映天辉氯碱化工有限公司(以下简称映天辉)在国内首次将MVR技术应用到全卤制碱工艺中。MVR装置于2011年底建成投运,生产规模为淡盐水处理能力135m3/h,蒸发水能力60t/h,对应15万吨/年离子膜烧碱生产能力。映天辉现有氯碱产能为10万吨/年,2012年实际生产用卤比97%,基本实现了全卤制碱。
  2 技术简介[1]
  2.1 技术原理
机械蒸汽再压缩技术,简称MVR(mechanical bapor recompression),俗称热泵技术,是重新利用蒸发浓缩过程产生的二次蒸汽的冷凝潜热,从而减少蒸发浓缩过程对外供能源需求的一项先进节能技术[2]。其工作原理是将低温位的二次蒸汽经蒸汽再压缩机压缩,以提高压力、温度和热焓,然后再进入蒸发器冷凝供热,以充分利用二次蒸汽的潜热。这样,原来要排放的废蒸汽就得到了充分利用,既回收了其潜热,提高了热效率,又可回收蒸汽冷凝液。MVR装置除开车启动外,正常运行时整个蒸发过程基本无需补充生蒸汽,只消耗电力,其能源利用效率相当于20效蒸发。
  2.2 流程简图

 
图一:MVR工艺流程简图


  2.3 流程简述
   (1)盐水系统
   来自不同工序的淡盐水在中间槽混合后,通过泵送往预热器进行预热,并在泵出口加入少量亚硫酸钠,保证不含游离氯;淡盐水与蒸汽冷凝液、浓盐水并联换热后,进入降膜蒸发器进行蒸发,为保证盐水浓度达到310g/l,再送往强制循环蒸发器进行蒸发。达到浓度的浓盐水与淡盐水、卤水换热后,进入过滤精盐水储槽。
   (2)生蒸汽系统
   MVR装置系统开车时,需通过加热室加入生蒸汽将蒸发器内的淡盐水升温,以产生二次蒸汽,供蒸发系统循环利用。系统产生的二次蒸汽达到平衡后,关闭生蒸汽阀门,停止生蒸汽的使用。此外,当进料盐水温度过低时,需要补充一点生蒸汽;当进料负荷由低负荷向高负荷调整时,需根据温度变化情况而短暂补充生蒸汽。
   (3)二次蒸汽系统
在淡盐水浓缩过程中,降膜蒸发器和强制循环蒸发器内同时产生的二次蒸汽,经除沫器后进入二次蒸汽洗涤器,通过蒸汽洗涤,使进入压缩机的二次蒸汽含盐量低于10ppm并达到饱和状态,以确保蒸汽压缩机长周期安全稳定运行。最后,二次蒸汽经蒸汽压缩机第一级和第二级加压升温,进入降膜蒸发器和强制循环蒸发器加热室冷凝加热,通过热量交换将热量传递给蒸发器的淡盐水,供淡盐水蒸发产生二次蒸汽,实现二次蒸汽的回收利用。

  3 运行情况
  3.1 工艺方面
  (1)工艺指标
  分别录取了满负荷(表一)、低负荷(表二)、正常负荷(表三)三种工况下各10小时的运行数据。

表一 满负荷下的运行数据


表二 低负荷下的运行数据

表三 正常负荷下的运行数据

  (2)数据分析
  根据装置运行工艺指标,分别对生产能力、浓盐水浓度、蒸汽冷凝液质量、生蒸汽消耗、电耗等数据进行分析,得出运行情况量结论。

表四 满负荷下运行数据分析



表五 低负荷下运行数据分析

表六 正常负荷下运行数据分析

  3.2 设备方面
  (1)蒸汽风机
  运行稳定。现实行错峰运行,启停频繁,风机运行良好。2012年没有任何维修。风机采用风冷降温,但在气温较高时,温度有一定的上升,后增加了一台风冷机。
  (2)降膜蒸发装置
  降膜蒸发装置运行较好。采用孔式分流板进行液体分布,分布非常均匀,采用独特的循环设计和除沫设计,未出现蒸发效率下降和蒸发列管干管等现象。
  (3)强制循环蒸发装置
又称为结晶蒸发器,其作用主要是防止结晶和保证浓盐水浓度。运行基本正常,在后期,出现了局部渗漏的情况,被很快解决。
  (4)蒸汽洗涤装置
  主要作用是提高二次蒸汽汽质量和消除过热。多喷头的层级设计,循环洗涤定量排放,运行效果较好,其直观反应是蒸汽冷凝液电导率低。
  (5)板式换热装置
  共4台板式换热装置,热源是蒸汽冷凝液和浓盐水。被加热介质为淡盐水的两台板式换热器运行良好。被加热介质为卤水的两台板式换热器易结垢,每月需清洗一次,其原因是卤水杂质含量较高。
  3.3 自控方面
  MVR装置由DCS进行控制,现简述几个重要控制点运行情况:
  (1)负荷调节控制
  按照设计,MVR装置可根据生产要求,在系统负荷、风机转速、生蒸汽流量、进料温度、出料浓度等指标发生变化时,实现全智能自动调节运行状态。但这是一个理想的控制方案,在实际运行中,一般情况下都需通过计算机进行人工干预。
  (2)风机联锁
  风机配备有一套复杂而合理的联锁系统,这也是安全运行的需要。在超低负荷运行时,控制要求非常严格,特别是二次汽量极小时,容易造成风机连锁停车,实现保护功能。
  (3)游离氯控制
  实际运行时,浓盐水是直接进入二次盐水,对游离氯控制要求较高。2012年的运行中,出现过一次超标的情况。建议在浓盐水处再增加一个游离氯监测点和浓盐水分流自动切换装置,超标就返回一次盐水。
  3.4 经济方面
  以2012年实际离子膜烧碱产量7.5万吨、用卤比97%为计算基准,以2011年掺卤25%为计算基础年。
  (1)盐耗降低
  使用精制盐时,因存在运输、贮存和化盐等环节的损耗,生产1吨离子膜烧碱需耗1.54t折百盐。使用全卤制碱,管道输送,为封闭系统,生产1吨离子膜烧碱只耗1.48t折百盐。2012年因盐耗降低节约成本约90万元。
  (2)卤盐价差
  2012年因卤盐价差节约原料成本约1598万元。
  (3)节约过量精制剂
  MVR装置浓缩出来的浓盐水除开停车和定期返回一次盐水外,其它时间都直接进入过滤精盐水储槽。按照过量精制剂指标计算,2012年节约过量烧碱约50吨,过量碳酸钠约140吨,节约过量精制剂成本约42万元。
  (4)回收蒸汽冷凝液
  2012年共回收蒸汽冷凝液19万方,按2元/方计算,节约成本约38万元。
  (5)错峰用电
  MVR装置的主要能耗为电,由于设计负荷大于现在的生产负荷,装置所在地区实行阶梯电价,古可以实行错峰运行。2012年错峰用电节约成本约80万元。
  (6)卤水质量带来的精制剂成本增加
  卤水中的钙1300mg/l、镁600 mg/l、硫酸根6g/l,给一次精制、膜法脱硝带来了成本增加。2012年增加成本约353万元。
  (7)MVR的运行成本
  主要是电和蒸汽的消耗。2012年耗电668.8万度,耗蒸汽2660吨,折合成本约454万元。
  综合以上的效益和成本,在不计算固定资产折旧的情况下,2012年全卤制碱相对于2011年掺卤25%节约成本约1041万元。
  4 问题讨论
  4.1 浓盐水返回一次盐水与直接进入二次盐水
  (1)现在的运行情况
  MVR装置出来的浓盐水与卤水进行换热,然后送入过滤精盐水储槽,直接进入二次精制处理。开停车时,MVR装置出来的浓盐水返回化盐池,进行一次精制处理。
  (2)直接进入二次盐水分析
  MVR装置出来的浓盐水直接进入二次盐水。优点是可以节约一次盐水过量精制剂费用,并使一次盐水处理量减半。缺点是一次盐水由盐水精制变为卤水精制,如果卤水质量不好,不便于盐水处理;离子富集由一次盐水的大循环变为了二次盐水的小循环,二次盐水工序处理不掉的离子富集更明显;特别是浓盐水中的游离氯要出净,不然会对二次盐水螯合树脂造成影响,风险较大。此外,浓盐水与卤水间接换热,极易结垢,影响卤水温度。
  (3)返回一次盐水分析
  MVR装置出来的浓盐水返回化盐池,与原来淡盐水返回化盐池一样,优点一是直接加热卤水,温度可控;二是稀释卤水杂质指标,便于一次盐水处理;三是实现盐水大循环,可以去除一部分富集杂质,特别是对盐水中游离氯有把控装置。缺点是“干净”的盐水和“脏”的卤水混合,增加了一次盐水的处理量,使过量精制剂用量增加。
  (4)讨论结果
  其实这主要是经济性与风险性的权衡问题,直接进入二次盐水可以取得较好的经济效益,但风险较大;返回一次盐水风险较低,但会丧失部分经济效益。按照价值理论,方案的选择取决于企业对生产装置运行效果的综合评判。在实际运行中,我们采用了两种方案相结合的方法,即开停车风险较大的时段,返回一次盐水,并根据离子富集周期,定期将浓盐水返回一次盐水,其它时段都将浓盐水送入过滤精盐水储槽。
  4.2 蒸汽冷凝液的回收
  (1)实际运行情况
  正常运行时,蒸汽冷凝液通过与淡盐水、卤水、循环水分别换热后,进入脱盐水工序的混床,处理后作为脱盐水使用。开停车时,蒸汽冷凝液作为循环水的补充水回用。2012年下半年进行了技改,在二次盐水工序增加了蒸汽冷凝液缓冲槽,螯合树脂塔再生用的脱盐水直接由此缓冲槽提供,多余的蒸汽冷凝液再送往脱盐水工序。
  (2)蒸汽冷凝液回收分析
  MVR装置出来的蒸汽冷凝液质量好,本可以直接作为纯水用,但考虑到电解用纯水要求较高,为防止碱中含盐高,所以蒸汽冷凝液还是进入脱盐水的后处理工艺。后来通过对纯水用途的分解,采用了一个经济的回收利用方案,对纯水含盐要求不高的螯合树脂塔再生工序直接用蒸汽冷凝液,对纯水含盐要求高的才送回脱盐水后处理工序。
  MVR装置有少部分为碳钢设备,在开停车时对蒸汽冷凝液含铁有影响,在实际运行中,就发现过一次开车的冷凝液变红,所以这一部分冷凝液不能进入脱盐水系统,可以送往循环水系统或直接排放。
  (3)讨论结果
  蒸汽冷凝液应示其质量充分回用,保证其经济性。
  4.3 原卤的质量控制和一次盐水处理
  (1)实际运行情况
  由于重庆长寿盐卤开采为新井,溶腔还不够稳定,卤水质量较差,主要指标为:
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    总铵    8ppm
  影响最大的一是Mg2+。一次盐水处理工艺采用的是凯膜工艺,预处理的设计能力没有考虑这么大,严重时预处理出来的Mg2+还有200ppm,只有通过大循环的方式来降低Mg2+含量,这样使凯膜的处理能力下降一半,也使凯膜酸洗频繁。
其次是SO42-。膜法脱硝装置由原来的1/3脱硝变为了现在的全脱硝,如果SO42-过高时,处理能力还略显不够。在2012年6月,通过技改,将脱硝能力增加了一倍。
  (2)原卤质量控制和一次盐水处理分析
原卤质量直接影响到运行的经济性,质量差,精制剂用量多,成本就高。其次是对一次盐水处理装置的影响,对于已有氯碱装置,一次盐水处理由原来的盐水精制变成了卤水精制,预处理系统、盐泥系统能力将不足,需要通过改造来满足要求;对于新建氯碱装置,在设计时就应考虑适应卤水精制的工艺和设备,预处理系统可以用凯膜的新型预处理器或采用陶瓷膜工艺。
  (3)讨论结果
  原卤质量波动虽然不对MVR装置产生直接影响,但影响一次盐水处理系统。如果原卤质量太差,建议在原卤生产企业先作简单的预处理。
  4.4 卤水加热方式
  (1)实际运行情况
  一次盐水工序要求盐水温度60℃。卤水通过与MVR装置出来的浓盐水和蒸汽冷凝液进行换热。卤水在60℃极易结垢,需要1个月清洗一次板换来达到一次盐水温度的要求。
  (2)卤水加热方式分析
  卤水采用间接换热的方式加热,易结垢这个问题一直没得到很好的解决,如果用浓盐水与卤水混合直接加热,又会出现前述返回一次盐水的经济损失。
  (3)讨论结果
  现在更多的期望是换热设备的改进和除垢工艺的改进,换热设备能很好的拆装清洗,有针对卤水的再线除垢工艺,那就能很好的解决此问题。
  4.5 错峰运行
  (1)实际运行情况
    MVR装置每天在低谷电价和平谷电价时段运行,其它时段保持盐水循环,停风机。
  (2)错峰运行分析
    错峰运行需要满足了几个条件:一是所在地区实行的是阶梯电价;二是MVR装置设计负荷较大,有足够的能力错峰;三是有足够容量的淡盐水储槽,便于在不同时段调整运行负荷。高峰电价时,风机停止运行,系统不蒸发,但盐水循环泵运行,维持系统温度和防止结晶。正常生产时,卤水是通过浓盐水和蒸汽冷凝液来加热,MVR装置停运后,需要在换热器引入蒸汽进行加热。
  (3)讨论结果
  依据错峰运行的条件和特点,建立淡盐水储量、一次盐水能力、MVR运行能力、阶梯电价等的数学模型,根据不同的指标选择不同的运行模式。
  4.6 MVR装置的优化运行
  (1)实际运行情况
  脱氯淡盐水经过脱硝后直接进入MVR装置进行浓缩,在卤水浓度大于300g/l时,浓盐水浓度控制在300g/l左右;卤水浓度低于300g/l时,浓盐水浓度控制在300g/l以上,与卤水浓度相匹配。控制手段是先将风机调整到提高转速无明显变化为止,最后调整生蒸汽量来满足浓盐水浓度要求。
  (2)MVR装置的优化运行分析
  如果淡盐水进料浓度在170g/l时,不存在蒸汽消耗,浓盐水浓度直接通过调整风机转速就能满足要求。但实际运行时,进料浓度达到了200g/l,造成二次汽量不足,需要补充少量生蒸汽才能达到浓盐水的浓度要求。由于浓盐水中含有较高的硫酸盐和氯酸盐,特别是硫酸盐随着温度和浓度的增高,将使溶液沸点升高,要达到盐水浓度要求需要更多的能量且有结晶的风险。
  (3)讨论结果
  应根据实际运行数据和一些约束条件,建立卤水浓度、淡盐水浓度、浓盐水浓度、蒸汽消耗、电消耗的数学模型,得出在不同的条件下最优的运行指标。
  5 结论
  映天辉2012年MVR装置实际运行情况表明,该技术成熟可靠,装置运行正常,经济效益明显,社会能耗降低,MVR技术应用和装置建设是成功的,建议在全卤制碱行业中推广。同时,MVR技术的应用是一个系统工程,在原料质量、前处理、后处理、能量利用等方面需要综合考虑,因地制宜地进行方案选择和装置建设,使之在全卤制碱中的应用更加完善,并进一步推广应用到其它盐类物质的蒸发浓缩工艺中去。

  参考文献:
  【1】闫成林,胡洪铭,机械蒸汽再压缩(MVR)技术在全卤制碱工艺中的应用,中国氯碱,20011(10):9-11。
  【2】李树生,吴宗生,滩田饱和卤水机械式蒸汽再压缩蒸发工艺研究,盐业与化工,第38卷第一期2009(1):18-20。
 

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