氯碱生产中公用工程系统的优化运行

欧阳玉霞，郭春辉，张 锟

（山东铝业有限公司氯碱厂，山东 淄博 255052）

山东铝业有限公司氯碱厂自2004 年 7 月6万t/a 离子膜装置投产至今，企业产能不断扩大，设备不断更新，先后增加了溴化锂机组、产能增大的2台约克机组和新除害塔冷却器等，随着联产氢气的利用， 又增加了4 台活塞式高压氢压机。 但是循环水、 冷水、 纯水等公用工程系统仍维持原来设计能力，没有新增。 公用工程系统高负荷运行，导致换热器热交换率低，氯气、氢气系统温度高，设备做功增加，企业动力电耗高。 特别是高温季节，环境温度达40～50 ℃，受循环水、冷冻水系统的制约，氯气系统压力过高或者液化机组、透平机组超电流运行，企业多次降低电解槽负荷，以维持生产稳定。

目前氯碱厂没有新增公用工程的空间， 只能在原来装置基础上进行改造， 通过技术改造、 优化配制、精细控制实现公用工程系统能力提升，满足生产需求。

1 循环水系统的改造和优化

企业产能提升、产品品种增加及设备的更新等，增加了对冷媒的需求，2 至5 号氢压机无论是循环水还是冷冻水冷却，最终的热量还是传递给循环水。用于高压氢压机的冷却水在夏季高温时温差可达13 ℃（进 37 ℃，回 50 ℃），导致循环水冷却塔的能力严重不足，在夏季循环水温差只有3 ℃，远小于设计之初的10 ℃。夏季时出水温度37.0 ℃～38.0 ℃，回水温度 40.0 ℃～41.0 ℃（总管），温差很小，造成氯气液化机组、冷水机组、盐水除硝机组等电流升高。 氯水换热器、碱液换热器等温度也同样升高，影响装置负荷率和安全运行。如何在不新增用地面积的情况下，提升循环水的循环量， 增加循环水系统的处理能力成为困扰企业的一大难题。通过同行业交流学习，决定在目前循环水池的南边， 循环水泵厂房顶部增加3 组循环水凉水塔副塔与现有回水系统相连， 降温后回大循环水池，达到冷却效果。

增加3 组凉水塔（处理能力2 200 m3/台），串联设计，总平面尺寸24.3 m×7 m。凉水塔下端高度≥4.7 m。风筒、 填料支撑、 凉水塔壁及顶部均采用玻璃钢材质，进水管采用UPVC 材质，填料为S 波型PVC 材质，收水器为多波160-35 型改性PVC 材质，配套风机。 整个凉水塔由H 钢框架支撑，框架支柱穿过泵房顶部。

新的3 组塔投用后， 循环水进出水温差最高达到12 ℃，达到设计要求，满足了约克机组、氢气压缩机组、盐水机组及各处换热器的需求，降低了设备的动力能耗， 保障设备夏季不因排气压力过高造成大型电机超负荷运行，确保了生产稳定运行。

根据调度日报数据显示，2019 年5 月1-17 日，全厂平均综合电耗2 617.4 kW·h/t 折百碱。 17 日投用后，5 月 18 日-7 月 3 日全厂平均综合电耗下降至 2 585 kW·h/t（折百碱），平均电耗下降了32.4 kW·h/t（折百碱）。目前每日（折百碱）产量 523 t，不含税电价0.55 元， 则每月可节约电费27.9 万元。且进入11 月中旬以后， 循环水3 台22 kW 的风机可以根据气温优化开停，进一步降低动力单耗。

2 冷水系统优化

氯碱厂冷水系统主要设备包含一期液化岗位溴化锂机组1 台、二期氯处理岗位冷水机组2 台，各配置冷水泵3 台，正常开2 备1。 冷水系统供应两期电解槽生产氯气的冷却、硫酸干燥、高压氢气压缩机、低压氢气压缩机、氯化氢系统，两期冷水系统合并运行。 夏季气温高， 冷水机组长期处于超电流运行状态，冷水系统温度高，氯气干燥效果差，硫酸单耗高。为了保证冷水机组安全运行，设备电流高时，减少高压氢气压缩机开的数量，高压氢气充装受影响。为了解决这个生产瓶颈，对两期冷水系统进行隔离，根据设备与冷水系统的距离及对冷水的要求程度进行划分，从而让冷水系统最大程度挖潜利用。

首先利用盐酸合成炉循环水分流一路， 代替冷水供应 2#、3#、4#、6#高压氢压机冷却水， 缓解一期冷水系统压力。 其次将一二期冷水系统隔离开单独运行。 一期冷水系统承担一期（6 万t/a）装置区域的冷水使用，如氯气钛冷却器、硫酸换热器、5# 低压氢压机等。 二期冷水系统承担二期（9 万t/a）装置区域的冷水使用，如氯气钛冷却器、硫酸换热器及合成盐酸系统等。

通过技术改造， 一期溴化锂机组出水温度由12 ℃降至 7 ℃； 二期冷水机组电流由350 A 降至245 A，月降低动力电消耗28 728 kW·h，节约成本1.58 万元/月；二期停下一台冷水泵30 kW，月降低动力电量 17 280 kW·h，节约成本 0.95 万元/月；氢压机充装不受影响， 氢气充装量增加0.5 m3/d，月增加氢气充装量15 万m3，合计创效16.5 万元/月；2019 年 5 月硫酸单耗 18.32 kg/t 折百烧碱， 环比降低 11.67 kg/t 折百烧碱，降本 5.1 万元/月，2019 年6-12 月合计降本增效189.7 万元。

3 纯水系统优化

为了降低纯水消耗，减少浓缩水产水量，提高水资源利用率，制定了以下节水措施，取得了良好的效果，实现了废水零排放的环保目标。通过组织梳理装置区的废水种类，确定了降低纯水消耗、减少纯水装置浓排水量、减少生活用水节水措施。

（1）盐酸冷却水池补水水源变更

盐酸冷却水装置负责盐酸合成炉的循环水供应，之前一直用纯水补水，现变更为补充沣太水，代替原来的纯水，节约纯水2 000 t/月，减少浓缩水产水量1 100 t/月。

（2）公用工程阴阳床、混床技术改造

使用工艺风代替纯水对阴阳床进行反洗操作，节约纯水120 t/月（阴、阳床各5 天反洗一次，一次用水10 t 计算）。阴阳床、混床正洗水全部回原水池，减少产生废水量 150 t/月（50 m3/h，阳床 10 min，阴床 20 min，5 天反洗一次），合计 270 t/月，减少浓缩水产量149 t/月。

（3）两期电解装置、盐水泵机封水循环利用

对两期电解装置、 一次盐水岗位使用纯水的泵机封水进行改造，机封水实现循环利用（二期电解装置利用D-166 罐和P-166 泵实现，一期电解和一次盐水岗位铺设纯水管道利用一期电解岗位纯水回收泵实现循环利用），节约纯水7 800 t/月，减少浓缩水产量4 290 t/月。

（4）纯水装置浓缩水回收利用

纯水制备装置原水为厂内1#深井泵供应，生产1 t 纯水同时伴随产生浓缩水0.55 t， 之前大部分浓缩水通过公用工程废水泵打到废水回收池， 通过泵打至矿山回收水池用于赤泥堆喷洒， 一小部分浓缩水用于化盐系统补水。

现将纯水装置原水由1#深井泵水变更为1#深井泵水和太河水掺配使用，优化了原水水质，提高了纯水装置浓缩水的水质， 使纯水装置产生的浓缩水满足装置循环水系统补水需求 （之前一直由太河水补水），浓缩水通过公用工程岗位废水泵一部分进入盐水系统用于制备饱和食盐水， 一部分进入大循环水池用于循环水的补水，浓缩水100%回收，实现了废水零排放。

4 结语

在当今的经济发展形势下，降低能耗是企业发展的内部竞争力，只有企业深度挖潜，不断挑战极限，压缩生产成本，才是企业长久生存的根本。2019年氯碱厂通过对公用工程循环水系统、 纯水系统、冷水系统这3 大系统进行梳理和改造，2019年下半年全厂综合动力电耗 238.58 kW·h/t， 同比降低10.52 kW·h/t，降低生产成本 51.70 万元。