脱盐水加热改造工程方案比较*

黄玉

（中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺113006）

脱盐水加热改造工程方案比较*

黄玉

（中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺113006）

通过抚顺某化工厂加热系统设计方案对比，分析总结各种加热方案的优点和不足，结合实际情况做针对性的分析，最大限度地减少生水脱盐系统中的热量消耗，对生水进行有效的除盐处理，使蒸汽热源得以充分利用，达到节约水源，降低生产能耗的目的。

加热温度；脱盐水；再生液；运行费用

温度在脱盐水离子交换系统中的作用非常重要，如果温度达不到要求，将使离子交换器无法达到正常工况点。为保证脱盐水离子交换系统在寒冷季节正常工作，须对脱盐水系统进行加热。但加热方案有多种，如何优化设计方案，既充分利用现有设施，又能节省运行费用，提高经济效益，就需要设计人员认真思考并解决的问题。

1 热源及加热方式

脱盐水再生时一般温度要求在15～40℃。由于工程所处地区的室外计算温度较低，冬季又是需要热负荷最大的季节，基于生产的重要性，采用汽水换热系统。以0.6 MPa表压的装置余热蒸汽作为脱盐水加热热源。采用表面式换热系统和混合式换热系统两种加热方式,前一种因设备材质及制作方式不同，换热效率有所不同，后一种水加热器无论设备制作方式如何，换热效率均为100%[1]。

2 加热方案

2.1 加热方案1

将生水及再生液全部加热至15℃。2.1.1 生水平均水温

表1 月份水温平均值Table 1 Monthaverage watertemperature

制取脱盐水的生水来自净化水站，其水温在15℃（以t2表示）以下的寒冷季节时间为6个月（以上年11月起至下年4月底），具体月份水温平均值见表1。

这6个月生水的自然平均温度为（10+8+5+5+8 +13）/6=8.2（以t1，℃表示）。

2.1.2 生水量

腈纶化工厂全年的生水量（脱盐水用）约为1 0 38 616 t。则6个月的脱盐水用生水量为1 038 616 t/2=519 308 t（以G1表示）。

2.1.3 加热方式

采用厂区现有的表面式汽水换热系统。

2.1.4 蒸汽消耗量[2]

式中：C—水的比热4.19，kJ/（kg·℃）；

i—蒸汽的焓2 758，kJ/kg。

蒸汽凝结水的出口温度与被加热水的入口温差Δt按6℃考虑。

2.2 加热方案2

将生水加热至12℃。将再生液加热至30℃。

2.2.1 水温对树脂再生的影响

脱盐水系统树脂再生时一般要求温度在15～40℃。生水的温度对树脂的交换容量影响有限，但再生液的温度对树脂再生过程影响较大。当再生液的温度降低时，由于水的粘度上升，再生液的流速相应降低。再生液温度对再生流速的影响，其实质是对再生液粘度的影响。

2.2.2 再生液水温与水粘度的关系

这里把温度对再生液粘度的影响，视为温度对水粘度的影响。因为再生液一般为酸、碱的稀溶液，用水的粘度数据，不会对再生液动力粘度带来大的误差。

水在正常压力下，不同温度的动力粘度可以用下面的经验公式计算[3]：

式中：ν—动力粘度，（N·s）；

t—水温，℃。

不同温度下水的动力粘度见表2。

表2 不同温度下水的动力粘度Table 2 Kinetic viscosity of wateratdifferenttemperature

从表2中看出，当水温从5℃变化到30℃时，水的动力粘度几乎降低了一半，也就是说，在同一个体系中，再生液的自身流动阻力降低了一半。

如果树脂层的高度、树脂的平均颗粒直径、逆流再生的流速不变，那么由于水温的改变，会引起再生液粘度的改变。换句话说，再生液的温度比较高时，允许采用比较高的再生流速，而再生液的温度比较低时，则只能采用比较低的再生流速。而较低的再生流速，必然影响脱盐水量的产出。

将树脂床再生时所用的一级水（配置再生液的水）水温，加热提高至30℃，同时将生水加热至12℃（以t4表示），而不是15℃，这样既可使树脂再生效果得到提高，又可以节约大量的加热蒸汽，因为一般再生液的水量仅为生水水量的1%左右。

2.2.3 生水平均水温

以不低于12℃的要求为限，生水需要有5个月的加热期（全年有5个月的生水平均温度低于12℃）。5个月生水的平均温度为（10+8+5+5+8）/5=7.2 (以t3，℃表示)。

2.2.4 生水量

5个月脱盐水用生水量为519 308 t×5/6=432 756 t（以G2表示)。

2.2.5 再生液量

现有脱盐水站的树脂床直径为2 m，再生流速为5 m/h，再生时间为40 min，再生一次树脂床需再生液量为 0.25πD2×5×40/60=0.25×3.14×22× 5×40/60=10.5。6个月再生床子数为720次，6个月再生液总量为10.5 t/次×720次=7 560 t。脱盐水再生液工作流量按10 m3/h设计。

2.2.6 加热方式

（1）根据目前脱盐水系统的运行情况来看，汽水混合式加热具有运行效率高、调节性好等优点。因此对于小流量再生液换热器采用蒸汽喷射装置。蒸汽喷射装置（汽水混合）换热器加热再生液，既可以提高换热效率，又可以代替加压泵，节水省电。

（2）将生水由平均7.2℃加热至12℃，蒸汽加热器仍使用厂区现有的表面式汽水换热系统。

2.2.7 蒸汽消耗量

（1）再生液由平均8.2℃加热至30℃

消耗蒸汽量：7 560×1 000×（30-8.2）×4.19/（2 758-4.19×30）=262 335。

（2）生水由平均7.2℃加热至12℃

消耗蒸汽量（加热5个月）：

式中：C—水的比热4.19 kJ/（kg·℃）；

i—蒸汽的焓，2 758 kJ/kg。

表面式换热器蒸汽凝结水的出口温度与被加热水的入口温差Δt按6℃考虑。

2.3 蒸汽喷射器设备布置

由于蒸汽喷射器占地面积很小，可以沿墙体设支架敷设于现有水泵间，无须改变原有厂房已有的设备布置。安装形式见图1。

3 方案比较

3.1 加热运行对比

加热运行对比见表3。

表3 加热运行对比表Table 3 Heating running contrasttable

3.2 运行方案优缺点分析

2种方案的差别主要在于被加热介质选择及温度控制。

从表3中看出，方案1采用整体加热至15℃，不用增加新的设备及安装投资，系统运行稳定，但蒸汽耗量大，运行费用较大，能效比较低。

图1 脱盐水加热系统图Fig.1 Desaltedwaterheating system

在方案2中，适当降低生水的加热温度，提高树脂再生液的温度，可大大降低蒸汽消耗量。而采用蒸汽喷射装置为再生液加热，由蒸汽动能提供水压动力，可减少电能消耗。费用方面，方案2增加投资19万元，但方案2的蒸汽运行费用较低，能效比高。

4 结论

改造后，随着设备系统运行，方案2比方案1每年可节约蒸汽量2 067 t，折合价值16.5万/a。

从工程总费用角度考虑，以工程寿命一般为15～20年计，扣除初投资19万元，方案2比方案1可节约247～330万元。同时对节酸、节碱、节能也大有益处。

综合比较，方案2在本工程中具有比较大的优势，是最适合本工程要求的方案。

[1]章熙民，任泽霈.传热学[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]马仲元.供热工程[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3]赵振兴，何建京.水力学[M].北京：清华大学出版社，2005.

Schemes Comparison of Heating System for Desalted Water Reconstruction Project

HUANGYu
（ChinaHuanqiuContracting＆Engineering Co.，Liaoning BranchCompany，Liaoning Fushun113006，China）

By comparison of design schemes for the heating system of a chemical plant in Fushun，advantages and shortcomings of each heating schemes were analyzed and summarized.Based on practical situation，pertinent analysis was carried out to decrease energy consumption of raw waterdesalting system as much as possible.The raw waterwas desalted effectively and steam thermal source was utilized sufficiently to reach the destination of watersaving and decreasing energy consumption.

Heating temperature；Desaltedwater；Regeneratedliquid；Operationcost

TQ085

A

1671-0460（2010）04-0428-03

2010-06-24

黄 玉（1960-），男，高级工程师，1985年毕业于沈阳建筑大学供热通风与空调制冷专业，现任中国寰球工程公司辽宁分公司暖通空调专业审核人。电话：0413-7593164，E-mail：hyhn_@163.com。