摘要：氯堿廠在電解食鹽并經(jīng)多效蒸發(fā)后的液體燒堿，由于運(yùn)輸、儲(chǔ)存等方面的諸多不便，通常是將一部分液堿售給小的液堿廠再加工，最終濃縮為片堿或固堿。由于小堿廠的生產(chǎn)工藝、技術(shù)、設(shè)備比較落后，在用堿鍋加熱液堿過(guò)程中排放的高溫?zé)煔�，沒(méi)有得到合理利用，造成煤炭資源的浪費(fèi)，同時(shí)也造成了環(huán)境污染。如果適當(dāng)改進(jìn)一下生產(chǎn)工藝及設(shè)備，通過(guò)合理設(shè)置一個(gè)換熱器，并處理好腐蝕問(wèn)題，就能充分利用這部分煙氣余熱，減少煤耗，降低環(huán)境污染，做到節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：余熱利用;節(jié)能減排;環(huán)境污染

中圖分類號(hào)：X706 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1007-0370(2013)07-0061-02

The Discussion of reducing the coal consumption of the boiler and the environmental pollution

Sun Daihua， Yan Ying， Hu Baojun

(Zibo Linzi Environmental Monitoring Station， Shandong 255400)Abstract： The liquid alkali，which is obtained through the electrolysis of brine and evaporated， usually is sold to small factories for reprocessing into a sheet-like base or a solid base，due to the inconvenience of the transportation， storage and other.Because of the production processes， technology， equipment of small factory is relatively backward， the high temperature flue gas emissions when heated liquid lye did not get the rational use of.These cause the waste of coal resources， and also causes environmental pollution.If we appropriate improved production technology and equipment， for example， by setting a heat exchanger， and corrosion problems， you can take full advantage of this part of the flue gas waste heat， reduce coal consumption， reduce environmental pollution， to achieve energy saving and emission reduction.Key words： Waste heat utilization; Energy conservation; Environmental pollution

我國(guó)的固堿、片堿產(chǎn)品，最終是通過(guò)高溫火焰加熱堿鍋，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮液堿來(lái)完成的。目前我國(guó)已有燒堿生產(chǎn)企業(yè)有210家左右，產(chǎn)能約2480萬(wàn)噸，產(chǎn)量已居世界首位[1]，但長(zhǎng)期積累的一些問(wèn)題也逐漸顯露出來(lái)，如在液堿加工環(huán)節(jié)，噸產(chǎn)品僅在小堿廠再加工濃縮環(huán)節(jié)的實(shí)物煤耗(其熱值約為2.4×104 kJ/kg)，因液堿濃度不同(32-48%)，就在0.4-0.6噸之間，其有效熱利用率很低，約在30%左右。如何合理利用能源，減少環(huán)境污染，越來(lái)越引起人們的關(guān)注，但這一問(wèn)題在國(guó)內(nèi)探討的人不多。從山東省淄博市臨淄區(qū)的小液堿加工企業(yè)來(lái)看，經(jīng)20余年的發(fā)展、淘汰，境內(nèi)還有幾十家的小堿廠，期間經(jīng)歷了多次的環(huán)保治理，現(xiàn)已由原煤散燒全部改為煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生煤氣，經(jīng)燃燒后加熱堿鍋，冒黑煙的問(wèn)題基本上得到了解決，但熱利用率低、能耗高的問(wèn)題依然存在。臨淄區(qū)的現(xiàn)狀基本可以代表我國(guó)目前部分小規(guī)模液堿加工企業(yè)的現(xiàn)狀，走節(jié)能減排，節(jié)能降耗之路，勢(shì)在必行。

1 堿鍋熱利用率低的原因

堿廠通常采取用火直接加熱堿鍋的間歇式生產(chǎn)，主要分為三個(gè)大的階段，即蒸發(fā)、熔融、澄清。這三個(gè)階段都是在鑄鐵鍋內(nèi)進(jìn)行的，燃燒的火焰直接與鑄鐵鍋接觸加熱，為了有效利用高溫?zé)煹罋獾臒崃浚F(xiàn)在一般在堿鍋后設(shè)置3-4個(gè)預(yù)熱鍋，煙氣經(jīng)預(yù)熱鍋后由煙囪排出。熬堿至鍋內(nèi)溫度約500℃時(shí)，此時(shí)水份已全部蒸發(fā)，這時(shí)加入少量硝酸鈉，冷卻至約400℃時(shí)，再加入適量的硫磺粉，使之與能使堿產(chǎn)生顏色的鐵錳等化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而除去，以保證堿的質(zhì)量[2]。由于堿鍋與爐火的有效接觸面積很小，一個(gè)鍋通常為幾平方米，特別是到熬制的后期，隨著液堿溫度的升高，其傳熱溫差逐步減少，造成傳熱推動(dòng)力減小，導(dǎo)致排煙溫度升高，從日常的環(huán)境監(jiān)測(cè)情況看，煙氣溫度高時(shí)可達(dá)500℃以上，造成了極大的能源浪費(fèi)。

2 怎樣提高熱效率

熬堿的過(guò)程就是讓堿鍋盡可能多的吸收熱量，讓水分蒸發(fā)掉，蒸發(fā)量符合傳熱速率方程。

傳熱速率方程公式為：Q = KΔtm A[3]

式中：K-表示總平均傳熱系數(shù)，簡(jiǎn)稱總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃);

A-表示換熱器的總傳熱面積;

Δtm-表示冷熱流體的平均傳熱溫差，℃。

從傳熱速率方程可以看出，增大總傳熱系數(shù)K，總傳熱面積A和平均傳熱溫差Δtm，都可以提高傳熱速率Q。一般來(lái)說(shuō)，總傳熱系數(shù)K取決于傳熱系數(shù)和污垢熱阻，對(duì)堿廠而言，所做的只能是及時(shí)清除鍋底垢層以減少污垢熱阻，應(yīng)該說(shuō)K值變化很小，也可以近似認(rèn)為不變;而平均傳熱溫度差Δtm主要取決于煙氣溫度與液堿溫度之差，差值越大，傳熱推動(dòng)力越大，但造成排煙溫度升高，由此造成的熱損失也就越大，能耗越多，因此生產(chǎn)中不能增加傳熱溫差，只能設(shè)法減小;另一個(gè)方法就是增加有效總傳熱面積，根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，每增加一個(gè)預(yù)熱鍋只能增加傳熱面積幾個(gè)平方米，且鍋壁很厚，傳熱效果不好，且會(huì)增加生產(chǎn)的復(fù)雜程度。如果在2個(gè)預(yù)熱鍋后增加一個(gè)管壁相對(duì)較薄、有效面積較大、底部高于預(yù)熱鍋的換熱器，先對(duì)冷的液堿進(jìn)行預(yù)加熱、蒸發(fā)，這樣就可最大限度的利用煙氣余熱，也因?yàn)樵摀Q熱器位置較高，加熱后的液堿可以方便的回流到預(yù)熱鍋。

3 增加換熱器必須要解決的腐蝕問(wèn)題

要合理利用余熱，一個(gè)必須考慮的問(wèn)題是液堿的腐蝕問(wèn)題。濃而高溫的堿液具有強(qiáng)烈的腐蝕作用，特別是熔融狀態(tài)的堿。一般的鋼鐵在堿液濃度小于30%時(shí)，它會(huì)在金屬表面產(chǎn)生不容性的腐蝕產(chǎn)物，從而保護(hù)金屬不再腐蝕;而當(dāng)堿液濃度大于30%時(shí)，則保護(hù)膜會(huì)溶解，腐蝕速度加快，溫度高時(shí)尤為顯著;另一個(gè)問(wèn)題是應(yīng)力腐蝕，即所謂的“堿脆”[4]，原因就是在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，因而在焊縫處更易產(chǎn)生腐蝕。因此可適當(dāng)增加換熱器換熱管、壁的厚度抵抗腐蝕，并對(duì)換熱器進(jìn)行熱處理，減少焊縫處的內(nèi)應(yīng)力[5]，可能的情況下也可選用低合金鋼。這樣在正常情況下，每年的腐蝕量不會(huì)超過(guò)3mm，完全可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。目前在用鑄鐵熬堿鍋的使用時(shí)間只有1個(gè)月左右，預(yù)熱鍋的使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，其原因就是鑄造時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而造成應(yīng)力腐蝕，若對(duì)堿鍋先進(jìn)行熱處理而消除應(yīng)力，可延長(zhǎng)堿鍋的使用壽命。

4 利用煙氣余熱的兩種有效方法

4.1 利用高溫?zé)煔庥酂嵘a(chǎn)蒸汽，再用于加熱液堿

可以在預(yù)熱鍋之后增加一組受熱管，組成一個(gè)簡(jiǎn)易的自然循環(huán)的小鍋爐，利用煙氣余熱產(chǎn)生低壓蒸汽，例如生產(chǎn)6kg/cm2(溫度為158℃)的蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽再引入設(shè)在高位預(yù)熱槽內(nèi)的加熱盤管，對(duì)冷的液堿進(jìn)行加熱、蒸發(fā)、濃縮，這樣就可以降低煤耗。臨淄天成化工在采用此法后，加工濃度為48%的液堿，噸產(chǎn)品的實(shí)物煤耗由多于400kg，降至300kg左右，熬制每鍋堿的時(shí)間也減少了約5小時(shí)，其效益是非常明顯的。

4.2 在預(yù)熱鍋后增加換熱器

在第二個(gè)預(yù)熱鍋后增加一個(gè)列管式換熱器，管間存放液堿，在管殼的上部開(kāi)幾個(gè)孔，用于蒸汽排出和添加物料，煙氣直接從管內(nèi)由下而上排出，用于加熱管間的液堿，液堿濃縮到一定程度后，就可以從管殼下部的出口自流到預(yù)熱鍋。由于堿廠已全部改為煤氣發(fā)生爐，從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，其煙氣中的含塵量基本上在30mg/m3以下，即使煙氣中的煙塵較高，它也會(huì)在重力的作用下可以沉降下來(lái)，不會(huì)堵塞換熱器。增加的煙氣阻力，可采用提高煙囪高度的方法解決。假設(shè)加工濃度為48%的液堿，若縮至65%，其對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)溫度只不過(guò)170℃，造成的腐蝕也不會(huì)太大。而換熱器面積的大小，在計(jì)劃利用煙氣總熱量的基礎(chǔ)上，設(shè)定好進(jìn)煙、排煙溫度和液堿溫度后，就可以根據(jù)進(jìn)口溫差和出口溫差，計(jì)算出平均傳熱溫差，再選取一合適的總傳熱系數(shù)，就可方便的計(jì)算出換熱器的有效面積[6]，其節(jié)能效果可達(dá)25%以上。應(yīng)該說(shuō)此法與前一種方法具有同樣的節(jié)能效果，在某些方面甚至優(yōu)于前一種，特別是加工低濃度的液堿，其效果更好。

5 結(jié)論

通過(guò)增加煙氣與液堿之間的有效傳熱面積，減少傳熱溫差，來(lái)合理利用煙氣余熱，將生產(chǎn)中白白浪費(fèi)掉的余熱有效的利用起來(lái)，在生產(chǎn)中是完全可行的、有效的，方法簡(jiǎn)便，只是增加一個(gè)換熱器，就可以降低煤耗，減輕環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，這將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，因此該方法很有必要推廣。需要注意的是，在制造換熱器時(shí)必須保證焊縫的厚度和質(zhì)量，并進(jìn)行熱處理以減少內(nèi)應(yīng)力，這樣才可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間，滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]中商情報(bào)網(wǎng)，2009-2012年燒堿行業(yè)發(fā)展前景分析及投資風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)報(bào)告[EB/OL]， www.askci.com，2009.

[2] 姚梓均主編.無(wú)機(jī)物工藝學(xué)下冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991年.

[3] 史美中，王中錚. 熱交換器原理與設(shè)計(jì)第二版[M]，南京：東南大學(xué)出版社，1996.

[4] 余國(guó)琮，吳修慈，吳文林等.化工容器及設(shè)備[M].天津：天津大學(xué)出版社，1988.

[5] 雷憲玲.固堿鍋損壞的原因分析[J]，中國(guó)氯堿，2000，03.

[6] 姚玉英，黃風(fēng)廉，陳常貴等.化工原理上冊(cè) [M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

收稿日期：2013-1-20

作者簡(jiǎn)介：孫代華(1963-)，男，山東淄博人，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)分析工作.

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