氯化钙储槽蒸发器二次蒸汽的回收利用

孙新德，代善乐，姜 杰，石信平

(青岛碱业发展有限公司，山东 青岛 266043)

1 氯化钙生产中蒸汽回收利用现状

我公司的氯化钙蒸发主要是采用强制循环蒸发器、升降膜及储槽组合进行，使氯化钙溶液浓度从36%升至42%、60%及71%，升膜的二次蒸汽得到了应用，可以做到不外排；但是降膜及储槽蒸发产生的约3 t/h的二次蒸汽由于其中含有微量的盐酸及氯化钙腐蚀较强，普通8 mm厚的钢管用4年就会被腐蚀透，而且是常压蒸汽，缺少推动力，一直难以利用。氯化钙蒸发流程如图1。

图1 氯化钙蒸发工艺流程图

2 外排蒸汽回收方案分析

2.1 外排蒸汽量的计算

按照年产10万t 77%氯化钙计算，每年生产8 000 h，降膜处的钙液浓度为60%，储槽处的钙液浓度为71%，这样降膜及储槽处的蒸汽蒸出量为100 000/8 000×77(1/60-1/71)=2.47 t/h。考虑到汽液分离器出没有阀门控制，经计算，在压力0.05 MPa的情况下，DN100的管道，会有约1 t/h的蒸汽进入降膜，这样共有约3.47 t/h的常压过热水蒸汽从储槽排空管进入到大气中。

2.2 解决的思路

1)外排乏汽的品位低，可以用来加热温度低于80 ℃的介质，或者将乏汽压缩(MVR)提高热源的温度。经过综合考虑，不考虑MVR蒸汽压缩，因为需要大量电力，价格高；另一方面该蒸汽具有较强的腐蚀性，对压缩机的材质要求很严，造价及将来的维护会难度较高。

2)解决乏汽中微量盐酸气的腐蚀问题。有两种方案可供选择：一个是利用耐腐蚀的钛材装置；另一个是对有腐蚀性的蒸汽进行处置，使其腐蚀性降低，从而降低装置的选择难度。

2.3 比较适合的方案

2.3.1 加热50 ℃的钙液

采用钛材质设备，用外排的蒸汽来加热进入效体蒸发器的50 ℃钙液，由于温差达到“至少20 ℃以上”的要求，可以采用列管式换热器，也可以采用高效的钛板换热器，在此采用钛板换热器来计算。

2.3.2 预热的流化气

流化气指的是在氯化钙在由71%浓度提升到77%的过程中，需要用160～180 ℃的热空气，在流化床中，将片状或粒状的氯化钙固体进一步脱水，这个干燥用的热空气，在此称为流化气。

考虑到传热温差较小，耐腐蚀的钛制翅片换热器价格较高，在此建议采用高效的浸锌钢串片椭圆管换热器来作为换热设备，在蒸汽侧利用喷碱性水雾的办法来降低蒸汽中的盐酸腐蚀以及降低蒸汽温度，减轻冷凝水对设备的腐蚀。

利用这部分蒸汽的流程见图2。

图2 氯化钙储槽蒸发器二次蒸汽回收利用流程图

3 详细工艺、设备计算

3.1 加热钙液的设备选型

3.1.1 钛板换热器选型

进效体钙液的浓度36.5%，温度50 ℃，比热0.61 kcal/kg，密度1.320 t/m3,水在70 ℃的汽化潜热560 kcal/kg。

进效体钙液的量：100 000/8 000×77%/36.5%=26.4 t/h ，即26.4/1.32=20 m3/h。

钛板的换热系数取600 kcal/(h·℃)。

设定将来预热后的钙液温度为90 ℃，传热温差dt1=100-90=10 ℃，传热温差dt2=100-50=50 ℃，dtm=(dt2-dt1)/[ln(dt2/dt1)]=24.8 ℃。

需要的热量为：

Q=Cp×m×dt=0.61×26.4×1 000×(90-50)=644 160 kcal/h。

需要的钛板换热面积为：

A=Q/K/dtm=644 160/600/24.8=43.3 m2。

考虑到裕量A′=1.1 A=48 m2。

可以利用的外排蒸汽量为：644 160/560=1 150 kg/h。

经咨询钛板换热器厂家，建议采用面积80 m2的，水蒸汽流量1 000～1 500 kg/h，液体流量20～25 m3/h的，板缝隙2 mm的钛板换热器，液体侧阻力0.05 MPa，气体侧阻力10 kPa。

3.1.2 不凝气风机选型

为了可以将常压的水蒸汽从排气管抽过来，一方面利用引风机，但是更多的是水蒸汽在换热板间冷凝形成的负压将水蒸汽抽引过来；为了防止水蒸汽里微量的不凝气累积，选用不凝气风机来将其源源不断地往外抽取。

这样选择流量120 m3/h、额定真空13 kPa、功率1 kW的RB-750型环形鼓引风机，来抽取不凝气。

3.2 预热流化气的设备选型

3.2.1 翅片换热器选型

流化风流量50 000 Nm3/h，比热0.25 kcal/kg，密度1.2 kg/m3，入口年平均温度15 ℃，设定换热后的空气温度为85 ℃。

翅片的换热系数取20 kcal/(h·℃)。

流化气侧的传热温差dt1=100-85=15 ℃，传热温差dt2=100-15=85 ℃，dtm=(dt2-dt1)/[ln(dt2/dt1)]=40.36 ℃。

需要的热量为：

Q=Cp×m×dt=0.25×1.2×50 000×(85-15)=1 050 000 kcal/h。

需要的翅片换热面积为：

A=Q/K/dtm=1 050 000/20/40.36=1 300 m2。

考虑到裕量A′=1.1 A=1430 m2。

可以利用的外排蒸汽量为：1 050 000/560=1 875 kg/h。

由于翅片换热器体积大，热损失高，取10%的热量损失，则需要的常压蒸汽量为：1875×1.1=2 063 kg/h。

由于是在原来翅片的基础上再增加该设备，阻力会增加，因此能否在不更换风机的前提下，采用更高效的换热器。

我公司现有的翅片换热器一般间距为2.5 mm，翅片间距小，阻力大，换热效率高,1 500 m2的翅片换热器阻力为600 Pa；3.2 mm的翅片间距大，阻力小，换热效率低，在条件允许的情况下尽量选择翅片间距小的换热器，以充分利用空间。现有风机有些偏大，风机进口风阀没有全开，有一些压头可以利用，为此对鼓风机的风阀阻力进行了现场测量，以下为测量结果。

表1 鼓风机进口风阀阻力测量

从测量结果可以看出，鼓风机进口风阀开度在50%左右，其阻力大小为1 600 Pa以上，如果全开可以提供1600 Pa以上的压头，远大于600 Pa，因此选择2.5 mm的翅片没有问题。

3.2.2 喷碱性水雾设备选择

经测定外排蒸汽的冷凝水pH为5～7，对钢铁设备的腐蚀性很强，为此要将其pH提升到9～9.5，外排蒸汽的温度约为160 ℃，也加剧了对钢铁设备的腐蚀，同时对换热设备的换热也不利，因此，建议将此温度降至110～120 ℃。

经计算，需要喷水降温的水量约为100 L/h,加入的氢氧化钠量为0.05 kg/h,这样可以采用普通不锈钢泵头的隔膜泵来作为动力，选择合适的喷头在管道内喷雾降温。

3.2.3 不凝气风机选型

流化气加热翅片同样是利用常温风的低温，使管外水蒸汽冷凝形成真空，将水蒸汽引过来。由于没有了阻力较大的钛板，而翅片的管程截面积很大，阻力很小，需要不凝气风机的压头，根据计算可以选择2～3 kPa。

这样选择流量220 m3/h、额定真空3 kPa、功率0.75 kW的CX-750不锈钢引风机，来抽取不凝气。

4 效益计算

氯化钙生产外排总蒸汽量为3 470 kg/h，可以利用的外排常压蒸汽量为1 150+2 063=3 213 kg/h，剩余257 kg/h；而抽取不凝气需要消耗蒸汽340 m3/h，即340×0.59=201 kg/h，这样最终剩余257-201=56 kg/h，理论上可以利用外排的二次蒸汽。

钛板处节约蒸汽为1 150 kg/h，由于该处的蒸发工艺为两效蒸发，因此折算成生蒸汽的量1 150/1.8=639 kg/h。

翅片换热器处节约蒸汽为1 875 kg/h，由于该处的蒸发工艺为单效蒸发，因此折算成生蒸汽的量不变。这样折算成节约生蒸汽的量为639+1 875=2 514 kg/h，则氯化钙的单位产品(t)蒸汽消耗可以降低：2 514/(100 000/8 000)=201 kg/t。蒸汽价格200元/t,则单位产品可以节约价值：201/1 000×200=40.4元/t。

每年蒸汽节约价值为40.4×10=404万元。

这样扣除掉投入后的纯收益为：404-30=374万元/年。

5 结 语

氯化钙生产过程中存在较多的乏汽及高温冷凝水，如何采用较好的工艺及适合的设备来合理利用，是一个长期的课题，我公司一直在这方面做着各种的尝试。