1. Notwendigkeit
Während des Verdampfungsprozesses ist die Elektrolytvorwärmtemperatur eine der Hauptbetriebsbedingungen des Prozesses, was besonders wichtig ist. Durch Berechnung kann der Verbrauch von Heizdampf jedes Mal, wenn die Elektrolyttemperatur um 10 ° C steigt, 170 kg / t einsparen, was etwa 5% des Gesamtverbrauchs entspricht. Im allgemeinen Verfahren beträgt die Temperatur, wenn der Elektrolyt zur Verdampfung geschickt wird, nur etwa 75 ° C. Der zweistufige Vierstrom-Gleichstromverdampfungsvorgang mit drei Effekten wird verwendet. Der Siedepunkt der Ⅰ-Effektlösung beträgt 145 ℃, dh der Elektrolyt muss auf den Siedepunkt erhitzt werden. Der Temperaturanstieg erreicht 70 ° C. Wenn es vollständig mit Rohdampf erhitzt wird, beträgt der Dampfverbrauch, der nur zum Vorheizen des Elektrolyten verwendet wird, 1190 kg / t · Alkali. Wenn die Vorheiztemperatur nahe am Siedepunkt des Feed I-Effekts liegt, ist dies für den stabilen Betrieb der Verdampfungsvorrichtung von großem Vorteil und verringert die Menge an Heizdampf. Im Allgemeinen wird der Elektrolyt unter Verwendung der fühlbaren Wärme von verdampftem Kondenswasser vorgewärmt. Aufgrund des unvollständigen Vorheizprozesses und der unvollständigen Vorwärmausrüstung ist die Temperatur des Elektrolyten nach dem Vorheizen oft viel niedriger als der Siedepunkt der Speiseflüssigkeit im Verdampfer, der sich zwangsläufig im Verdampfer weiter vorheizt und einen Teil des Heizdampfes verbraucht. Datenberichten zufolge liegt die Temperatur der meisten Chlor-Alkali-Pflanzenelektrolyte nach dem Vorheizen um 45 bis 50 ° C unter dem Siedepunkt der Beschickungseffizienz, wodurch der Dampfverbrauch um 0,7 bis 0,9 t / t · 100% NaOH steigt Für den gesamten Dampfdampfverbrauch von 25% bis 30% sollten daher Maßnahmen zur Erhöhung der Elektrolytvorwärmtemperatur getroffen werden, um Dampf zu sparen.
２ Einführung eines herkömmlichen Elektrolytvorwärmers
2.1 Rohrwärmetauscher
Rohrelektrolytvorwärmer werden üblicherweise verwendet, üblicherweise horizontal im Elektrolytrohr zwischen den Kondensatrohren im Gegenstrommodus angeordnet, um die Durchflussrate der beiden Flüssigkeiten zu erhöhen. Auf der Rohrseite befinden sich Durchlassabstandshalter Mantelseite Die Anzahl der Rohrdurchgänge beträgt normalerweise 4 bis 6 Durchgänge, und ein Durchgangsabstandshalter wird in Abständen von 30 bis 50 cm im Manteldurchgang eingestellt. Der Wärmeübergangskoeffizient des Elektrolytvorwärmers unter Verwendung von Kondenswasser ist nicht hoch und beträgt etwa 600 ～ 1000 kJ / m2 · h · ℃. Die Vorteile des Rohrwärmetauschers: einfache Struktur, einfache Wartung und niedriger Preis; Die Nachteile sind ebenfalls deutlich: niedriger Wärmeübergangskoeffizient, großes Volumen und mehr Metallmaterialien.
2.2 Spiralplattenwärmetauscher
Der Spiralplattenvorwärmer besteht aus zwei parallelen dünnen Stahlplatten. Es hat zwei voneinander getrennte Spiralkanäle. In der Mitte des Vorwärmers befindet sich eine zentrale Trennwand. Die Seite ist mit Düsen versehen, und die in diese beiden Düsen eintretende Flüssigkeit kann durch zwei verschiedene Kanäle entlang der Spirallinie in die Düsen auf der linken und rechten Seite der äußersten Schicht des Kühlers eingeführt werden. Beim Vorheizen des Elektrolyten mit einem Spiralplattenvorwärmer übertragen der Elektrolyt und das Kondensat Wärme durch die gemeinsamen Wandflächen auf beiden Seiten der jeweiligen Kanäle. Denn im Spiralplattenvorwärmer sind die Durchflussraten von Elektrolyt und Kondenswasser viel höher als im Rohrvorwärmer und der Wärmeübergangskoeffizient kann 2400 ~ 3500 kJ / m2 · h · ℃ erreichen. Die Vorteile des Spiralplattenvorwärmers: hoher Wärmeübergangskoeffizient, geringer Platzbedarf und hervorragende Leistung; Der Nachteil besteht darin, dass die Korrosion der elektrolytischen alkalischen Lösung den Spiralplattenvorwärmer anfällig für Alkali-Versprödung macht und die Aufrechterhaltung der Leckage schwierig ist.
3 Verwendung eines Spiralelektrolytvorwärmers
3.1 Einführung in den Verdampfungsprozess
Der Produktionsmaßstab für Ätznatron in einer bestimmten Anlage beträgt 100.000 t / a pro Jahr, die Produktdesignspezifikation lautet 30% flüssiges Ätznatron und das zweistufige nachgeschaltete Vierkörper-Verfahren mit drei Effekten wird angewendet. Das verdünnte Alkali aus der Elektrolyse wird in zwei Stufen zum Effektverdampfer vorgewärmt. Nachdem der Elektrolyt einen Teil des Wassers im Effektverdampfer verdampft hat, tritt er in den Effektverdampfer ein, verdampft weiter und fällt etwas Salz aus und tritt dann in den Effektverdampfer ein. Wenn die Alkalikonzentration auf 19% erhöht wird, kristallisiert der größte Teil des Salzes aus und fällt aus. Die Lauge und die ausgefällten NaCl-Kristalle werden zusammengemischt und zur Salz- und Alkalitrennung in den Hydrozyklon gepumpt. Die klare Flüssigkeit des Überlaufrohrs tritt in den Zwischen-Alkalitank und den Bodenstrom der Salzaufschlämmung ein. Nach dem Einströmen in den Hochwassertank werden Salz und Alkali durch eine Zentrifuge weiter getrennt. Die abgetrennte Alkaliflüssigkeit wird in den Alkali-Zwischentank gepumpt. Die Alkaliflüssigkeit im Zwischenalkali-Tank tritt in den Verdampfer mit konzentrierter Kraft und Zwangsumlauf ein, um die Verdampfung fortzusetzen. Wenn die Alkalikonzentration NaOH 30% erreicht, wird die Pumpe verwendet. Nach der Klärung wird die klare Flüssigkeit durch den Kühler gepumpt und kontinuierlich mit kaltem Wasser gekühlt. Nachdem die Temperatur auf (40 ± 5) ° C gefallen ist, gelangt sie in den Klärtank. Die klare Flüssigkeit wird in den konzentrierten Alkalispeichertank geschickt und als qualifiziertes Alkali zum Verkauf vorbereitet.
Der Ⅰ-Effektverdampfer wird mit Dampf von etwa 14 MPa erwärmt, der Sekundärdampf aus dem Ⅰ-Effektverdampfer wird als Wärmequelle für den Ⅱ-Effektverdampfer und den konzentrierten Effektverdampfer verwendet und der Sekundärdampf aus dem Ⅱ-Effektverdampfer wird als Wärmequelle, Ⅲ Effekt, konzentrierter Effekt sind Vakuumverdampfung. Die Produktion über die Jahre hat gezeigt, dass der Siedepunkt der Effekt I-Lösung 145 ° C beträgt, der Effekt II 125 ° C beträgt, der Effekt III 75 ° C beträgt und der Konzentrationseffekt 85 ° C beträgt.
3.2 Prozesssteuerung und Ausrüstung des Elektrolytvorwärmers
(1) Industrielle Kontrollsituation
Das Vorheizen des Elektrolyten erfolgt in zwei Schritten, in der ersten Stufe wird Kondensat mit II-Effekt und in der zweiten Stufe Kondensat mit I-Effekt verwendet. Nach dem Vorheizen fließt das Kondensat in den Warmwasserspeicher und wird dann zum Waschen des Salzschlamms in die Salzlösung geleitet.
(2) Gerätebetrieb
Derzeit gibt es 4 Sätze Spiralplattenvorwärmer aus Kohlenstoffstahl mit F=45 m2, 2 Sätze in Gruppe A bzw. B. Aufgrund des „Alkali-Versprödungseffekts“ von Alkali auf Kohlenstoffstahlanlagen kann es während des Betriebs dieser Anlagen zu Korrosion und Rissen in der Schweißzone kommen. Die Lebensdauer des Spiralplatten-Elektrolytvorwärmers aus Kohlenstoffstahl beträgt im Wesentlichen etwa ein Jahr, und die kürzeste Zeit beträgt nur 8 Monate. Die Ausrüstung muss mindestens einmal im Jahr aktualisiert werden. Ohne spezielle Wartungsausrüstung kann der alte Spiralplattenvorwärmer nicht repariert werden, daher muss er verschrottet werden und der Verlust ist groß.
3.3 Analyse der niedrigen Temperatur des Elektrolytvorheizens
Der industrielle Steuerungsindex der Elektrolytvorwärmtemperatur beträgt 115 ° C. Nach dem zweistufigen Vorheizen beträgt die tatsächliche Temperatur nur 100 ° C, was 45 ° C vom effektiven Siedepunkt von I entfernt ist. Der Grund für die niedrige Vorheiztemperatur ist, dass die Fläche des Vorwärmers nicht ausreicht. Die Auslegungsskala beträgt 100.000 t / a (100% NaOH), die tatsächliche Arbeitszeit beträgt nur etwa 300 Tage pro Jahr nach Abzug der Wasch- und Wartungszeit des Tanks, der Verdampfungsprozess sollte Ätznatron 14,3 t / h produzieren, Elektrolyt 118 m3 / verwenden h, je nach Material 1. Wärmebilanzberechnung unter Verwendung von Ⅰ Effekt, Ⅱ Effekt und konzentriertem Effektkondensat, um den Elektrolyten durch zwei Vorheizstufen von 75 115 auf 115 ℃ vorzuwärmen, wobei die Fläche des Spiralvorwärmers 360 m2 benötigt, wovon die Die erste Ebene ist 240 m2, die zweite Ebene 120 m2 (Der Wärmeübergangskoeffizient des Spiralplattenvorwärmers beträgt 3344 kJ / m2 · h · ℃). ② Die Kondensatmenge reicht nicht aus. Beim Verdampfungsprozess unserer Anlage wird der Sekundärdampf aus Effekt for für den Heizeffekt Ⅱ und den konzentrierten Effekt verwendet. Die Temperatur des Kondenswasserwassers mit Wirkung Ⅱ und konzentrierter Wirkung beträgt ca. 140 ℃. Beide können zum Vorheizen des Elektrolyten verwendet werden. Das Ⅱ-Effektkondensat wird im Vorwärmer der ersten Stufe verwendet, und das konzentrierte Effektkondensat wird direkt in den Warmwasserspeicher abgelassen, was zu unzureichendem Warmwasser im Vorwärmer der ersten Stufe führt. Zusammenfassend muss der Vorwärmer modifiziert und die Prozesskontrolle verstärkt werden, um die Elektrolyttemperatur nach dem Vorheizen auf 115 ° C zu erhöhen.
4 Verbesserungsmaßnahmen
4.1 Auswahl und Berechnung des Vorwärmers
4.1.1 Auswahl
Wenn der Spiralplattenvorwärmer weiterhin verwendet wird, sollte seine Gesamtfläche 300 m2 erreichen. Für den engen Verdunstungsprozess des Standorts sollte es nicht verwendet werden, und ein anderer Typ sollte ausgewählt werden.
Entsprechend relevanten Informationen weist der neue Plattenwärmetauscher eine hohe Ausnutzung der Wärmeenergie auf und der Wärmeübergangskoeffizient beträgt das 3- bis 5-fache des Spiralplattenwärmetauschers. Die Auswahl des Plattenwärmetauschers hat die folgenden Vorteile: ① spart Wärmeübertragungsfläche, kleine Ausrüstung, kleine Installationsfläche und die Masse ist kleiner als der Wärmetauscher bei gleicher Wärmelast, was die Grundinvestition verringert; ② einfach zu zerlegen und bequem zu warten. Die Platten des Plattenwärmetauschers können vor Ort montiert werden, die Anzahl der Platten kann nach Belieben erhöht oder verringert werden, und beschädigte Teile im Wärmetauscher können jederzeit entfernt werden, und die Wartungszeit ist kurz. ③Hoher thermischer Wirkungsgrad. Bei vollständig turbulenter Gegenstromwärmeübertragung kann die Wärmerückgewinnungsrate bis zu 94-98% betragen. Nur die Kanten sind der Atmosphäre ausgesetzt, und der Wärmeverlust ist vernachlässigbar.
4.1.2 Flächenberechnung
① Leistung 100.000 t / a (100% NaOH)
② Die jährliche Produktionszeit beträgt 300 Tage (7200h)
③ Rohmaterialelektrolyt ρ=1,193 g / l, enthaltend NaOH 10,47%
④Alkaliverlust Der Verdampfungsprozess selbst verliert 2%. Basierend auf dem konzentrierten Verdampfungsverlust verliert die Produktion von 1 bis 100% NaOH 20 kg, die gewonnene Salzlösung nimmt 14 kg Alkali weg und das gesamte Alkali verliert 34 kg;
⑤ Produktion 1t100% NaOH erfordert Elektrolyt (1000 + 34) / 10147% = 9877 kg;
⑥ Alkaliproduktion 1034 × 106/6200=14,3 t / h;
⑦ Der Plattenwärmetauscher K benötigt 1000 kJ / m2 · h · ℃ (Material: alles Titan). Der Elektrolyt C benötigt 3185 kJ / kg · ℃
⑧ Bei der Berechnung wird ein Vorheizprozess verwendet
Es ist das gleiche wie beim ursprünglichen Prozess. Die erste Stufe verwendet Ⅱ-Effekt- und konzentriertes Effektkondensat und die zweite Stufe verwendet Ⅰ-Effektkondensat. Nach der Wärmebilanzberechnung beträgt die Menge an Ⅰ-Effektkondensat 4.000 kg / t und die Gesamtmenge an Ⅱ-Effekt- und konzentriertem Effektkondensat 2.800 kg / t;
⑨ Berechnung des zweistufigen Vorwärmers
Endothermer Elektrolyt 14,3 × 9877 × 3,85 × (115-t1) kJ / h
Kondensatwärmefreisetzung 4000 × 14,3 × (65541-46016)=11107079 kJ / h
t1=94.5℃
Δ T = 2312K
F2 = Q/K · Δ T = 48m2
⑩ Berechnung des Vorwärmers der ersten Stufe
Kondensat 140 ℃ t2
Q put=2800 × 14,3 × 4,18 × (140-t 2)
Der Elektrolyt absorbiert Wärme 14,3 × 9877 × 3,85 × (94,5–75) t 2=76,6 ° C.
Finden Sie ΔT=13,1K
F1 = Q/K · Δ T = 80m 2
4.2.2 Materialauswahl des Vorwärmers
Der Vorwärmer fließt getrennt durch Alkaliflüssigkeit und Kondenswasser, das eine gewisse Korrosivität aufweist. Die Auswahl der Materialien erfordert Korrosionsschutz. Entsprechend den spezifischen Bedingungen der Anlage wird ein Plattenwärmetauscher aus Titan ausgewählt.
4.3 Verbesserungsmaßnahmen und -effekte
(1) Verbesserungsmaßnahmen
Der ursprüngliche Leerlauf-Titanplattenwärmetauscher F=240 m2 einer Fabrik wurde durch Verarbeitung und Kauf von Zubehör in vier Plattenwärmetauscher F=40 m2 umgewandelt, wobei der ursprüngliche zweistufige bzw. einstufige Spiralvorwärmer ersetzt wurde. Der Prozess ist unverändert 2 Einheiten pro Stufe (die Verdampfung ist in zwei Gruppen A und B unterteilt). Der Prozess wird verbessert, und das ursprüngliche geradlinige konzentrierte Dampfkondensat wird an den Vorwärmer der ersten Ebene angeschlossen, um die Menge des Vorheizwassers der ersten Ebene zu erhöhen.
(2) Wirkung
Der Betrieb nach der Verbesserung zeigt, dass die Elektrolytvorwärmtemperatur auf 112 ° C ansteigt, was 12 ° C höher ist als vor der Verbesserung, und der Dampfspareffekt ist offensichtlich.