降低水、电、气和蒸汽消耗的研究

丘永桂，邬苇萧，李毅，程玉进，魏昭辉

(安徽华塑股份有限公司，安徽 滁州 233200)

安徽华塑股份有限公司(以下简称安徽华塑)下属的机械动力厂和热电厂为其他生产装置提供水、电、气和蒸汽。机械动力厂主要提供水和气，水主要包括工业水、消防水、循环水和脱盐水，气主要包括压缩空气、氮气和仪表空气。热电厂主要提供蒸汽和电。以下分别从水、电、气和蒸汽4种不同的物料和介质进行研究，分析存在的问题并制定改进措施。

1 水

研究水的消耗问题，首先需要从水的制备、使用及水平衡等方面进行系统研究和分析。安徽华塑水的制备和使用见图1。

图1 水的制备和使用Fig.1 Preparation and use of water

1.1 水系统存在的问题

近期，国家和地方对水资源的利用提出了更严格的要求：国家财政部、税务总局及水利部于2016年5月9日印发了《水资源税改革试点暂行办法》，对超计划或者超定额取用水从高制定税额标准，从而提高水资源的利用率和降低水资源的过度消耗。企业对水资源的利用将面临更加严峻的形势，迫使企业在水的排放方面做出改变。安徽华塑通过对水平衡的全面梳理、分析和研究，发现主要存在以下问题。

(1)项目建设期未考虑各循环水站排污水的回收，同时由于原水中氯离子浓度波动较大(最大达到140 mg/L),高氯离子浓度对换热设备或管道造成腐蚀，循环水装置无法进行高浓缩倍率运行(正常浓缩倍率控制在2～3倍)，造成约400 m3/h的循环水排水无法合理回收。

(2)因机械动力厂回用水池淤泥沉积及清液回用泵故障，净水器产生的约430 m3/h反洗排泥沙水未能进行有效回收，增加了取水量和装置电耗。

(3)目前，处理能力为600 m3/h的净水器有6套，但由于使用寿命等原因，大多数时间有1台净水器在检修和维护，其他5台净水器的总制水能力也只有2 500 m3/h；单台取水泵的流量为1 700 m3/h，当用水量超过2 500 m3/h时就需要同时开启2台取水泵(总流量为3 400 m3/h)，而取水泵没有变频装置，造成约900 m3/h的取水未能进入净水器，只能直接排放，造成水资源的浪费和电耗的增加。

(4)脱盐水站反洗水和一级反渗透浓水未能有效回收。

(5)送到脱盐水站的冷凝液因温度、浊度和电导率的波动问题，机械动力厂只能部分回收，仍有近150 m3/h的水未能有效回收。

(6)PVC离心母液处理后因COD值偏高且波动较大，未能全部回收利用。

(7)电石厂循环水喷淋排污水未能有效回收。

1.2 处理措施

通过对不同种类的水进行水平衡和水质分的析研究，按照分质、分类回收的原则采取以下措施进行技术改造。

(1)循环水排污水。

安徽华塑在机械动力厂新建了1套400 m3/h的中水回用装置，主要回收来自机械动力厂、氯碱厂、热电厂的循环水装置的排污水，产水用于脱盐水站的补充水，以减少中压工业水的补充量。同时，制定了中水回用考核标准，严格要求各厂对循环水排污水进行回收利用。

对于电石厂的闭式循环水喷淋排污水，则将其用作冷却塔填料的冲洗水，以降低减少工业水用量。

(2)净水站反洗排泥沙水。

对净水站产生的430 m3/h反洗排泥沙水进行回收，回收水进入机械动力厂回用池，经清水泵返回至净水器入口，以减少取水量。

(3)取水泵的改造。

对取水泵进行变频改造，通过用水量来自动调节取水泵的流量，并根据工业水池液位来控制取水泵的开启台数。

(4)脱盐水站反洗水。

利用前期铺设的回收管线，与反洗排泥沙水技改项目一并考虑，清理出回用水池，恢复清水泵，将其回用至净水器入口。

(5)脱盐水站反洗浓水。

制定反洗浓水反渗透技改方案，可回收50%的浓水(约100 m3/h)，剩下的浓水返回盐矿采卤。

(6)冷凝液。

送到脱盐水站的冷凝液包括洁净冷凝液(氯碱厂低压及中压蒸汽冷凝液、食堂空调冷凝液)、含盐冷凝液(来自真空制盐装置)和含碱冷凝液(来自烧碱蒸发装置)。脱盐水站冷凝液原处理工艺为：洁净冷凝液采用混床处理，含盐冷凝液和含碱冷凝液采用反渗透膜处理。从水质分析结果来看，处理装置无法达到设计效果，主要有以下2方面原因。

①温度的影响。

混床要求进水温度为35～40 ℃，而洁净冷凝液经换热后温度仍为50～60 ℃[1]，过高的水温会对混床树脂造成不利影响；反渗透膜要求进水温度≤35 ℃，而含盐冷凝液经换热后温度仍为50～60 ℃，过高的水温会对反渗透膜的正常运行造成不利影响。

②水质的影响。

影响冷凝液回收的主要因素是浊度、电导率、pH值和Cl-。脱盐水站要求进混床的水质指标为：pH值7～8，浊度≤0.5 NTU，电导率≤10 μS/cm，Cl-≤15 mg/L。安徽华塑经过取样分析，发现洁净冷凝液的水质不稳定，波动较大，水质超标的次数较多，因此洁净冷凝液无法直接进入混床。pH值超标的主要原因是热电厂锅炉水的pH值控制在9.2～9.6。浊度和电导率超标的原因可能是蒸汽在输送换热的过程中发生介质泄漏或管道锈蚀。

一级反渗透膜要求进水水质为浊度≤0.5 NTU、Cl-质量浓度≤200 mg/L，而含盐冷凝液的浊度为0.42～0.6 NTU，Cl-质量浓度为160～230 mg/L，水质经常超标。

改进措施：冷凝液经换热后加入原水箱，与原水进一步换热后进入多介质装置和超滤装置以降低浊度。该措施的缺点是冷凝液的回收量受原水温度的影响较大。冬季气温低，原水的温度低，可回收的冷凝液较多；夏季气温高，原水的温度高，可回收的冷凝液较少。在目前的情况下，不能回收的冷凝液在Cl-浓度不超标的情况下补充至工业水池。

(7)PVC离心母液。

PVC离心母液的COD值随季节波动较大，夏季约为40×10-6，冬季最高为80×10-6，水量约为120 m3/h。安徽华塑的处理方案是将PVC离心母液回用至循环水站。为达到全部回收PVC离心母液的目的，安徽华塑正在与相关单位研究PVC离心母液的深度处理方案。

1.3 节水措施实施后的最终目标

通过以上节水措施的实施，最终目标是使机械动力厂的取水量由目前的2 500 m3/h降低至1 800 m3/h，尽量只开启1台取水泵，降低园区水和电能的消耗，实现废水的循环回收利用和零排放，有效缓解用水量超标征收水资源税带来的压力。

2 电

按照用途电分为工艺电和动力电。工艺电主要用于电石冶炼和盐水电解，2部分电量占安徽华塑总发电量的75%～80%；动力电包括各装置动力设备用电，占总发电量的20%～25%。从2016年开始，华塑安徽华塑已经将年度电耗下降1%作为12项增收节支项目并纳入考核，以下从工艺电和动力电分别分析存在的问题及改进措施。

2.1 存在的问题

2.1.1 工艺电

(1)电石工艺电。

影响电石工艺电消耗的因素较多，且炉内反应过程相对较复杂，以下从进炉原料和工艺操作等影响因素进行分析。

①生石灰。

杂质影响：生石灰中的杂质主要有氧化硅、氧化铁、氧化镁和氧化铝等，杂质质量分数每增加1百分点，则生产1 t电石就增加电耗25 kW·h。

生烧的影响：生烧是指在煅烧石灰石时未达到烧结温度，会导致生石灰中含有较多的石灰石；在电石冶炼过程中，生石灰中含有的石灰石会分解为生石灰，从而消耗一定的电能。

生石灰风化的影响：在生石灰的储存过程中，会吸收空气中的水分而风化生成熟石灰；在电石冶炼过程中，熟石灰会分解生成生石灰从而消耗一定的电能。

②炭材。

水分的影响：一方面，炭材中的水分受热变成高温的水蒸气逸出，会消耗一部分电能；另一方面，水蒸气与碳反应生成一氧化碳和氢气，也会消耗一部分电能。据统计，炭材含水质量分数增加1百分点，则多消耗电能11.8 kW·h。

挥发分的影响：实践证明，在电石炉内有10%～15%的挥发分被分解和碳化，挥发分质量分数每增加1百分点，则生产1 t电石将增加电耗3 kW·h。

③电石炉的操作。

主要是明弧操作会产生大量的热量损失，若有5%～7%的生石灰逸出，则生产1 t电石有200 kW·h的电能损失。

(2)电解槽工艺电[2]。

导致电解槽直流电耗升高的主要因素为：①离子膜的性能下降，造成阴极效率下降，槽电压上升；②阴阳电极涂层脱落。

2.1.2 动力电

影响动力电消耗的因素较多，主要包括以下3方面。

(1)各生产装置水和气的无序和超标使用、跑冒滴漏等造成机械动力厂生产负荷增大，电耗增加。

(2)用电设备空转，造成有用功降低，电耗增加。

(3)生产运行不稳定，设备启停频繁，造成电耗上升。

2.2 改进措施

(1)工艺电。

①对于电石炉工艺电，严格进厂原料的质量管理和石灰窑、炭干窑的工艺控制，确保入炉原料质量在指标控制范围之内，对电石炉操作制定严格的控制措施，减少明弧操作。

②对于电解槽工艺电，在电解槽离子膜接近使用寿命，且在不停产的情况下，更换离子膜；为防止阴阳极涂层脱落，需要定期对阴阳极涂层有效成分的含量进行检测(一般阴极涂层有效成分的含量下降较快)，可以采取优先更换阴极的方法。

(2)动力电。

①严控各生产装置水、气的使用情况，杜绝跑冒滴漏现象，并进行严格的考核。

②禁止设备空转，一旦发现空转情况将对相关人员进行通报处理。

③加强设备巡检、维护和工艺操作，使设备处于稳定、高效率的状态。

2.3 节电措施制定后的完成情况

安徽华塑自制定年度电耗下降1%的目标以来，逐月分析上个月节电任务完成情况，有针对性地制定节电措施，加强管控，效果明显，基本完成了年度节电目标。

3 蒸汽

安徽华塑的蒸汽有热电厂锅炉生产的中压(1.1 MPa)和低压蒸汽(0.4 MPa)，主要为化工装置提供热源或用于物料汽提及外送。其中，低压蒸汽占使用量的85%～90%，中压蒸汽占10%～15%。

3.1 主要影响因素

(1)蒸汽输送管线和沿途疏水阀组泄漏，保温层脱落后未进行修复。

(2)化工换热设备因结垢而使换热效率下降。

(3)对于烧碱和盐水蒸发器，真空度控制得较低，不凝性气体不能及时排放，蒸发产生的二次蒸汽未进行余热利用等。

(4)对于真空制盐、制芒硝和PVC树脂的干燥器，湿饼的水含量过高，冷凝水未及时排放等。

(5)对于PVC汽提塔，物料易在塔盘死角处结块，将塔盘孔堵塞，影响换热效率。

3.2 改进措施

(1)加强蒸汽输送管线的巡检，发现有漏点则及时堵漏，对脱落的保温层及时进行修复。

(2)及时检测化工换热设备进出口物料的温差，发现结垢或堵塞则及时进行清理。

(3)加强蒸发器的操作控制，提高其真空度，及时排放不凝气体。

(4)降低干燥器入口浆料的水含量，及时排放冷凝水。

(5)及时清理PVC汽提塔塔盘中的结块。

(6)回收利用余热，如对氯化氢合成炉、水泥窑等进行副产蒸汽技术改造；副产蒸汽并网后，可降低蒸汽消耗30 t/h。

4 气

气主要包括压缩空气、氮气和仪表空气，其生产和使用路径见图2。

图2 气的生产和使用路径Fig.2 Production and use path of air

压缩空气主要用于物料气力输送、除尘器反吹、管道吹扫等，仪表气主要为各类气动调节阀提供气源，氮气主要用于易燃气体管道吹扫、除尘器反吹、物料斗提和链板机及灰仓的压力保护、气力输送等。

4.1 主要影响因素

(1)由于管理不到位，造成输送管线漏气。

(2)在气的使用过程中无节制排放，人为造成浪费。

(3)联锁排空阀压力设置偏低，造成排空量偏大。

(4)保护装置的氮气压力设置偏高，造成氮气排放量偏大。

4.2 改进措施

从上述4个主要影响因素可以看出，要降低用气量，主要是从管理的角度来降低消耗：①加强输送管线的巡检和维护；②加强对员工的培训，并对用气量进行考核，杜绝无节制排放；③合理设置保护装置和排空阀的压力。

5 结语

降低公用工程消耗和动力消耗，既是国家政策的要求，也是安徽华塑增收节支的需要。只有对影响消耗的因素进行系统性地研究和分析，才能制定出有针对性的措施，其中最重要的还是要加强管理，无论是原料质量控制、操作控制、参数设定、设备巡检，还是更深层次的技术改造和创新，都需要员工提高降耗的意识并在各自的岗位扎实开展工作，才能取得更好的工作效果。

[参考文献]

[1] 邵青，龙贺云，安鼎年.水处理及循环再利用技术[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2] 程殿斌，程伯森，施孝奎.离子膜制碱生产技术[M].北京：化学工业出版社,1998.