烧碱装置能源优化研究及应用

烧碱装置能源优化研究及应用

王陆银

新疆圣雄氯碱有限公司

摘要：烧碱产能、产量居世界首位，已成为名副其实的氯碱生产大国。氯碱行业作为重要的基础化工原材料行业，是传统的高耗能行业，在当前市场竞争日益激烈的环境下，低碳发展、节能减排、提高能源效率和产业结构调整是行业“十四五”可持续发展的重要课题。与此同时，烧碱生产的节能新技术，新装备，新工艺等也日益成熟，在行业内新建装置和改造装置中广泛应用。

关键词：烧碱装置；能源优化；应用

烧碱装置包括一次盐水工序、电解工序（包含二次盐水精制、淡盐水脱氯）、氯氢处理工序（包含废气处理）、50%碱蒸发工序、液氯工序、氯化氢合成工序等。其中一次盐水工序采用钡法脱硝工艺；电解工序采用北化机公司ZMBCH-2.7型高电流密度电解槽，共6台，运行电流密度4.5kA/m2，每吨烧碱直流电耗性能保证值为2153.00kW·h，单台电解槽产能1.67万t/a，整流变一拖二形式；氯气输送机采用意大利纳氏泵；蒸发工序采用瑞士博特三效蒸发技术；氯化氢合成采用4台热水合成炉工艺技术。

1存在的问题

1.1高直流功耗

电解槽是库能化工2004年建设的烧碱厂的核心设备，是ZMBCH-2.7型高电流密度电解槽。工作电流密度为4.5kA/m2。当膜电流效率为≥94%，每吨烧碱的直流电耗为：≤2153.00kW·H（性能保证值）。

标准行业的电解槽节能新技术采用膜电极距离技术。当工作电流密度为4.5kA/m2时，膜电流效率为≥94%，每吨烧碱的直流电耗为：≤2030.00kW·H（性能保证值）。

如果采用新的节能技术，每吨烧碱的直流电耗可减少123.00kW·H。

1.2高交流功耗

原整流系统已运行十多年，设备老化，控制技术落后，改造效率93%。

与同行业平均值相比，交流电耗比同行业平均水平（约68kW·h/t100%naoh）高3%，增加了企业的运营成本。

1.3能量回收效率低

烧碱装置运行期间产生大量氢气。除用于生产盐酸的少量氢气外，其余大部分富氢（约2000m3/h，纯度99%）被排放，这不仅浪费了能源，还增加了生产成本；需要配备燃烧富氢的锅炉系统，以充分燃烧多余的氢来产生蒸汽，以满足烧碱厂生产工艺的需要。剩余氢气充分利用后，不仅带来可观的经济效益，而且氢气燃烧后的废气不会对环境产生任何影响。回收的热量可以降低热利用成本并增加效益。

1.4氯化氢合成炉自动化程度低

公司氯化氢合成工艺配备四台氯化氢合成热水器，用于生产氯化氢气体，满足10万吨PVC装置的氯化氢气体、工业盐酸和食品级盐酸的要求。氯化氢合成过程中产生的大量热量通过循环冷却水排出，在冷却塔中冷却后回收，造成热源浪费，增加生产成本。此外，氯化氢合成炉由点火棒点火，与手动胶管连接非常危险，密闭炉腔内的氢气容易发生爆炸事故。

对于标准的烧碱清洁生产技术，采用先进的副产品蒸汽氯化氢合成炉代替热水器。

2烧碱装置能源优化应用措施

2.1大力推行变频调速控制技术

变频器通过改变定子电源频率从而改变电动机的转速是一种非常理想的节电控制设备其节电效果显著。烧碱生产中离心泵应用极为广泛是主要的耗能设备由于离心泵的选型一般根据额定工况来选择其中输送介质、流量、扬程是选泵的重要参数因此在离心泵选型时一般以满足生产的最大工况为依据计算有效功率再结合泵的效率得到轴功率。考虑到电动机的安全运行电动机功率的选择一般比轴功率大10％～25％具体视轴功率大小而定电动机额定功率的选择都偏大。再加上离心泵的操作特点必定有一部分电能消耗于无用功。新建装置使用变频控制技术可以省掉部分调节阀及管件的费用以10万ｔ／ａ烧碱装置计算仅电费至少节约100万元／ａ以上（不包括管件阀门费用避免了二次改造产生的费用）与老装置相比其节能优势明显。企业应根据自身的实际情况对于被控参数需控制在一定值如稳定液位、压力和流量等的控制在这种控制场合均可以考虑采用变频调速控制来代替调节阀控制使控制参数更加优化稳定运行维护成本更低。

2.2采用节能技术降低消耗

在烧碱生产中电解槽耗电占烧碱生产总成本的70％以上如何降低电耗直接关系到生产成本。在目前全国节能降耗的大趋势下零极距电解槽不仅比高电流密度电解槽降低电耗约100ｋＷ·ｈ／ｔ而且在同等生产规模的装置中零极距电解槽占地面积大大减小生产成本明显降低目前已成为新建或扩建企业节能降耗的首选工艺。

2.3能源回收效率低

烧碱装置运行时产生大量的氢气，除少部分氢气用于生产盐酸外，剩余大部分的富氢气（约2000m3/h、纯度为99%）被全部排放，既浪费了能源又增加了生产成本；配备燃烧富氢气锅炉系统将多余的氢气充分燃烧产生蒸汽满足烧碱装置生产工艺的需求十分必要。多余的氢气充分利用以后不仅带来了可观的经济效益，而且氢气燃烧后的尾气排放不会对环境造成任何影响，回收的热量可降低热能利用成本，增加效益。

2.4氯化氢合成炉自动化程度低

公司氯化氢合成工艺配备4台氯化氢合成热水器，用于生产氯化氢气体，满足10万吨PVC装置的氯化氢气体、工业盐酸和食品级盐酸的要求。氯化氢合成过程中产生的大量热量通过循环冷却水排出，在冷却塔中冷却后回收，造成热源浪费，增加生产成本。此外，氯化氢合成炉由点火棒点火，与手动胶管连接非常危险，密闭炉腔内的氢气容易发生爆炸事故。

对于标准的烧碱清洁生产技术，采用先进的副产品蒸汽氯化氢合成炉代替热水器。

2.5氯气压缩机耗电量大，维护费用高

该公司的氯气压缩机是两台纳氏泵氯气压缩机。压缩机组的最大氯处理能力为66000 T/A。氯压缩机的设计氯输送能力为2328 m3/h，已运行10年。目前，单台氯气压缩机的处理能力仅能达到5.2万t/a，氯气处理能力降低，电耗高，维护成本高。

2.6氯水的回收和利用

烧碱厂的氯水主要来自氯处理过程中的氯洗塔和氯冷却器，以及电解过程中从氯盐水换热器、真空泵和脱氯冷凝器排放的氯水。氯水集中回用至电解过程中的氯水收集罐，泵入脱氯塔，与淡盐水一起脱氯回收；同时，氯水也可通过泵送至乙炔站，以制备清洁岗位的次氯酸钠溶液。

结论

公司通过近几年紧紧围绕公司提出的“技改增效”措施，认真查找装置与同行业，与烧碱清洁生产标准存在的差距，对10万t/a烧碱装置现有能源状况进行优化研究及实施技术改造。项目实施后，提升了装置的本质安全，提升了氯化氢装置的自动化控制水平，尤其从富裕氢气的回收利用、氯化氢合成炉的余热利用、50%碱蒸发工序的二次冷凝水的循环再利用等几个方面，极大地降低了烧碱装置的能耗，提升了烧碱的节能效果及盈利能力，增强了公司整体盈利能力和抗风险能力。

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