浅谈热泵制盐技术的原理及工艺

赵玉柱

河北省沧州临港晶山盐业有限公司，河北 沧州 061100

制盐业属高耗能行业，这是大家都非常清楚的。在目前能源价格居高不下，能源价格飞速上涨的今天，企业的成本压力越来越大。虽然盐业科研人员在技术上不断改革创新，挖潜节能降耗，制盐技术不断提高，但随着能源价格不断上涨，节能降耗、提高效益、降低成本的任务迫在眉睫。经过多年研究和探讨，热泵制盐技术在国内外得到了长足发展，其工艺及热泵压缩机可靠性及效率方面有了质的飞跃，国内大型发电装置的发电效率及环保性也得到了大幅提高，国内蒸汽成本，电力成本发生较大变化。于是盐业科研人员又一次将眼光投向了热泵制盐技术。

1 机械压缩式热泵原理

热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的装置。热泵虽然要消耗一定量的高位能，但所供给的热量却是消耗的高位能与吸取的低位热量的总和。因此，采用热泵装置可以节约高位能。热泵的工作原理与制冷机相同，都是按热机的逆循环工作的。机械压缩式热泵工作时，首先采用生蒸汽加热卤水到沸点，来自蒸发器的低温低压二次蒸汽为压缩机所吸入，通过压缩机的绝热压缩作用，提高二次蒸汽的压力和饱和温度，然后送回原蒸发器的加热室，作为加热蒸汽使用。压缩机在此过程中消耗一定的有用能。加热蒸汽进入加热室后与卤水换热，蒸发出水份，即二次蒸汽。二次蒸汽为压缩机吸入，形成循环过程。

2 热泵制盐工艺的组成部份

根据热泵工作原理，热泵制盐主要由以下几个基本部分组成：

1）蒸发系统

由蒸发罐及加热室、循环泵等组成，由于热泵制盐通常为单效蒸发，因此蒸发罐的直径都很大，以60万t/a盐算，其蒸发罐直径可达12m左右。加热室面积也很大，通常取有效温差5℃～6℃，经测算，温差取得越大，其热平衡建立越困难，也就是说可能需要额外补生蒸汽。加上各种温差损失，总的温差有20℃左右较为合理。对压缩机来说，其压缩比也就在2.0左右，对压缩机来说功耗较为合理。限于加热室及循环泵的制造难度，通常选择两台加热室及两台循环泵较为合理。单套蒸发罐的生产能力在60万t/a盐及以下较为合适。

2）二次蒸汽

洗涤系统二次蒸汽由于会夹带料液虽然经过捕癎，即使是很微量也会对压缩机叶轮造成巨大的冲击、腐蚀、结垢。张家坝制盐化工厂引进的我国第一套10万t/a热泵制盐系统就曾经发生过压缩机转子结垢问题。因此洗涤完全及再次除雾显得非常重要。直接引入影响到压缩机使用寿命及工作稳定性。

3）蒸汽压缩系统

在热泵制盐工艺中压缩机通常采用开放式离心式压缩机。离心式制冷压缩机（centrifugalrefrigera tioncompressor）是一种速度型的压缩机。它具有下列特点：动平衡特性好，振动小，基础要求简单；故障少、工作可靠、寿命长；机组单位制冷量的重量、体积及安装面积小；机组的运行自动化程度高，制冷量调节范围广，且可连续无级调节，经济方便；压缩机的一级压力比不大，在压力比较高时，需采用多级压缩；压缩负荷越大，效率越高；因此非常适合大流量蒸汽的低压缩比压缩。

4）压缩蒸汽过热度消除系统

二次蒸汽为压缩机所吸入，经压缩机绝热压缩后，二次蒸汽的温度及压力均提高，此时压缩后蒸汽呈过热状态。为减少过热度对冷凝传热的不利影响，因此需要增设一过热度消除器。

5）进罐卤水预热系统

一方面为了充分利用低位热能，另一方面从热平衡计算来看，进罐卤水必须预热到近沸点进料，否则需要额外补充二次蒸汽，系统热量才能达到平衡。一套有效的预热系统是保证热泵制盐系统正常运行的关键。冷凝水的余热要充分利用，母液的余热也要充分利用。通常需要设置多级预热措施。并且需要有备用及倒换系统。其材质选用上，也主要选择钛材为主。

6）离心脱水干燥系统

对于生产固体盐来说，离心脱水及干燥系统也是必不可少的。按照制盐行业的经验，通常选择双级活塞推料离心机，这个机型在国内较为成熟可靠。不需要引进。干燥系统通常也选择内热式干燥床，热效率很高。也无需引进。

7）冷凝水系统

热泵制盐压缩系统是选用的开放式压缩系统，是直接压缩二次蒸汽，提高能源品位，同样在加热室的传热过程主要还是相变传热。蒸汽冷凝成水，因此冷凝水在加热室需要及时排出。并且要充分利用冷凝水的低位热能，也及回收高品位冷凝水。

8）生蒸汽系统

由于在热泵制盐系统运行初期需要投入蒸汽建立热循环，以及为保障蒸发系统的热平衡不被破坏，主要是预热措施不到位时。保障系统的正常运行。还有盐的干燥也需要蒸汽。因此需要有完善的生蒸汽系统。对于新系统来说需要新建小型锅炉，对于老系统来说可充分利用原有系统。

9）其它系统

根据物料不同，通常有卤水处理系统、石膏晶种法需要有石膏系统。含硝卤水需要有提硝系统等。

3 热泵制盐工艺的主要技术参数的确定和热泵制盐技术经济性分析

热泵制盐参数的选择需结合物料特性，主要考虑热平衡、压缩比、有效温差。通常蒸汽参数的选择以蒸发罐正压操作为限，压缩机的工作性能与进汽压力及压缩比有关。进汽压力高，蒸汽密度较大，相对压缩比率更低，对提高压缩效率有利，对设备制造及材质要求相应提高。压缩比越大，压缩机效率越低，通常压缩比取值不大于2.2。各运行参数的最终确定需要根据热平衡试算后确定。按现阶段的汽电成本，热泵制盐系统运行汽电费用可节约78元/t盐以上，其效益显而易见。根据能源价格发展趋势，汽电成本差距越来越大，运用热泵制盐技术是当前要重点研究的内容。将热泵制盐技术与真空制盐技术相接合，克服了盐厂以往以汽定电带来的电富余状况，对盐厂来说是非常有益的。

总之，热泵制盐技术，通过最近十多年来的发展，在国内外运用非常普遍，技术可靠，经济节能，效率显著，特别是在目前降耗节能的氛围下，是值得大力推广的。

[1]黄金龙.浅谈制盐工程中防腐问题的处理[J].中国井矿盐，2001，5.

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