利用二次蒸汽提高集中供热回收利用的研究

利用二次蒸汽提高集中供热回收利用的研究

在5月的“五一”期间，中国的元明粉行业发展迅速，2006年的820万吨天从2006年的820万吨转移到2008年的1000万吨。由于市场需求量有限,因此元明粉产量的增加导致同行业之间竞争激烈,使得元明粉利润空间越来越小。为提高企业在市场中的竞争力,新疆盐湖制盐有限责任公司(以下简称“公司”)对元明粉厂17万t/a元明粉生产装置的抽真空系统及化矿设备进行技术改造,使末效二次蒸汽得到利用,从根本上解决了新蒸汽化矿的生产方法,进一步提高热能的利用率。1机械蒸封平流加料改造后的生产工艺主要工序为:二次蒸汽化矿、卤水澄清、蒸发结晶、离心脱水、气流干燥、机械包装。其工艺特点:平流加料,每效蒸发后的溶液由高温高压进入低温低压,完成液由末效排出,四效真空蒸发,外加热强制循环,末效二次蒸汽与浑硝水换热,加热后的浑硝水用于化矿,提高热能的有效利用。改造后生产工艺流程见图1。2计算热的计算2.1初发酵剂复配给定条件:1)生产1000kg质量分数为100%的Na2SO4进入未效的溶液质量(F);2)进入末效溶液质量分数(w0)为38%(化验);3)末效完成液质量分数(w1)为52%(化验);4)末效二次蒸汽温度60℃(抄表)。计算公式如下:末效蒸发水量:末效二次蒸汽热量:式中:M为生产1000kgNa2SO4末效蒸发水量,kg;Q为生产1t产品末效产二次蒸汽的热量,kJ;h″为60℃二次蒸汽比焓(查饱和水蒸汽表),2608.79kJ/kg。2.2计算异矿开采的能耗2.2.1矿渣吸热及热量损耗计算给定条件:1)按1000kg质量分数为100%的Na2SO4计算;2)热量平衡以0℃计算;3)清硝液中Na2SO4质量浓度为350kg/m3(质量分数为29%)、密度为1220kg/m3、温度为55℃;4)溶液澄清期间定期排放,测算100%(质量分数,下同)十水硫酸钠矿损耗10%;5)补充水(井水)温度为15℃;6)泥渣吸热及热量损耗按清硝液所需热量的2%考虑。设:M十、M结、M冷、M补、M清水、M清分别为十水硫酸钠、结晶水、冷凝水、补充水、清硝液含水、清硝液的质量,kg;Q熔、Q冷、Q补、Q清、Q渣、Q化分别为32℃十水硫酸钠熔解热量、32℃冷凝水含热量、补水加热到32℃需要的热量、32℃清硝液加热到55℃需要的热量、矿渣吸热及损耗的热量、化矿所需的热量,单位均为kJ;h′为32℃饱和冷凝水比焓(查饱和水蒸汽表),134.04kJ/kg;c水、c清分别为水和清硝液的比热容,kJ/(kg·℃);t32为补水加热温度,32℃;t15为补水(井水)温度,15℃;t55为清硝液所需温度,55℃;R为十水硫酸钠的熔解热,kJ/kg。查无机物物理化学性质表可知:无水硫酸钠比热容为128J/(mol·℃),相对分子质量为142;十水硫酸钠相对分子质量为322,熔点为32℃,熔解热为251.01kJ/kg。比热容换算:无水硫酸钠比热128/142=0.9014kJ/(kg·℃);水的比热为4.187kJ/(kg·℃);清硝液的比热容按组分组成相加,即:(1-2.2.2化矿所需的热量生产1000kgNa2SO4产品所需的十水硫酸钠、清硝液及相关水量计算如下:计算结果M冷=392.85kg生产1000kgNa2SO4产品,化矿所需相关热量计算如下:实际生产中,每生产1t元明粉,末效产生二次蒸汽热量1848145.10kJ,而计算得到化矿所需热量为1045351.10kJ。对比可以看出,末效二次蒸汽的热量满足化矿所需热量且有富余。3真空设备的改造3.1冷凝器二次蒸汽按最小效蒸发量计算给定条件:1)进入冷凝器二次蒸汽的流量为8937kg/h;2)进入冷凝器浑硝液初始温度为52℃;3)浑硝液、冷凝液混合物的排出温度为64℃;4)浑硝液比热容为3.23kJ/(kg·℃)(可近似看成清硝液比热容);5)选择二次蒸汽流速为18m/s;6)进入冷凝器二次蒸汽的体积流量按末效蒸发量35m3/s考虑。设:G2为进入冷凝器二次蒸汽的流量,kg/h;t混为浑硝液、冷凝液混合物的排出温度,℃;t初为进入冷凝器浑硝液初始温度,℃;V为进入冷凝器二次蒸汽的体积流量,m3/s;C水为水的比热容,kJ/kg·℃;C浑为浑硝液比热容,kJ/(kg·℃);U为二次蒸汽流速,m/s;G为浑硝液流量,kg/h;D为冷凝器直径,m;L为淋水板总高,m;L0为第一块淋水板高,m。计算公式如下:浑硝液流量(由热量衡算确定):冷凝器直径(由流量公式计算):淋水板总高(其他相关数据计算省略):计算结果L=4.22m根据计算结果,选用准1600mm×5000mm×10mm多层多孔式冷凝器,浑硝液循环采用IJ300-250-400(流量570m3/h,扬程25m)化工流程泵。3.2次蒸汽管口与化矿桶连接首先保留原蒸发系统的抽真空装置(水喷射式冷凝器)作为调配,新增加的准1600mm×5000mm×10mm多层多孔式冷凝器下部蒸汽进口与末效二次蒸汽管线连接,出口与化矿桶锥底连接,且与水喷射式冷凝器并联摆放使用。IJ300-250-400化工流程泵安装化矿桶底部,进水口与化矿桶上部连接,出水口与新增的冷凝器进水口连接。多层多孔式冷凝器用于二次蒸汽与浑硝水换热,流程泵循环浑硝水,对规格为准5000mm×4550mm×10mm化矿桶进出浑硝水口及内部系统稍加改动,按工艺路线连接管线及配备阀门。改造后真空装置工艺流程图见图2。4蒸汽消耗及运行费用抽真空装置改造后,企业生产运行正常,水、电、汽消耗分别有不同程度的下降,每1t产品水耗由28m3降到20m3,电耗由45kW·h降到42.5kW·h,蒸汽消耗由1.48t降到1.1t。过去元明粉厂3台潜水泵(70kW、230m3/h2台、55kW、200m3/h1台)为厂区供水,化矿年消耗新蒸汽6.5万t,现在停用1台55kW、200m3/h潜水泵,化矿全部采用尾气(末效二次蒸汽),节约了新蒸汽,经核算节约生产费用如表1所示。由表1可知,真空装置改造后合计可节约4400840元,生产成本下降,经济效益得到提高。5进一步降低企业水、电资源消耗,本质条件优势显著,为