电解系统烧碱热量的利用

张建君

（济宁中银电化有限公司，山东 济宁272500）

济宁中银电化有限公司（以下简称“中银电化”）作为氯碱企业，节能降耗是趋势，氯碱生产装置中存在着大量的热量交换工程， 有的用循环水降温冷却，有的设备使用5～35 ℃的水降温。尤其是离子膜电解产生高温烧碱，在送至储罐之前，为了减少高温烧碱对管道和储罐的腐蚀， 需要通过板式换热器与循环水间接换热，将88 ℃烧碱降温至45±5 ℃，过程中存在着大量的热量交换。

离子膜电解槽在生产过程中，阴极液（以下称为“循环碱”）需要循环打入电解槽，根据生产系统的情况调整，需要在进入电解槽之前，向循环碱管道中加入脱盐水，控制进槽碱浓度。因为加入的脱盐水的温度是室温，所以与循环碱混合后，需要用蒸汽加热到90 ℃左右。 在电解装置的生产系统中，存在这种热量交换情况，电解出来的烧碱需要循环水进行降温，浪费了烧碱的热量又增加了循环水系统的功耗，而去电解槽的脱盐水需要蒸汽加热， 无形中增加了生产成本。

中银电化拥有30 万t/a 离子膜烧碱装置， 通过改造，降低过程中蒸汽的用量，使用高温烧碱加热去循环碱的脱盐水，实现节能降耗的技改目标。

1 工艺改造

电解装置阴极液（温度为85±2 ℃）循环槽出口分两路，一路经成品碱板换降温后去成品碱罐，另一路作为循环碱与脱盐水（常温）混合后，通过循环碱换热器（用低压蒸汽0.4 MPa）加热后，维持循环碱温度为90 ℃，送到各个电槽的分歧管处，再分配到每个单元槽阴极室。

原工艺为脱盐水与循环碱先混合后用蒸汽加热， 工艺改造后为混合前单独对脱盐水加热后，热源为电解槽产生的高温烧碱。 将电解烧碱换热系统进行改造， 在原有的换热器之前串联一个新的板式换热器，加热脱盐水，加热后的脱盐水温度能到70～85 ℃，然后与循环碱进行混合，根据生产负荷的调整，再通过循环碱换热器继续加热到所需温度，根据目前生产情况，电解装置满负荷生产时，脱盐水能够加热到85 ℃，满足循环碱去电解槽的温度，可以实现蒸汽零使用的目标。 电解系统烧碱余热利用示意图见图1。

图1 电解系统烧碱余热利用示意图

第一级换热后的烧碱温度为55～65 ℃， 不能满足工艺指标（45±5 ℃），必须通过第二级换热器才能继续冷却，因为涉及两种物料的进出，必须对烧碱、脱盐水管道阻力进行准确计算，确保装置运行正常，不能因为受阻影响生产或者改造失败。

为了防止烧碱冷却器泄漏后， 碱液进入并污染脱盐水系统，影响电解槽的正常运行。高温烧碱要选用镍材质的板式换热器以及镍管道， 阀门选用钢衬四氟材质。 脱盐水管线、法兰、阀门全部使用不锈钢（304/316L）材质，确保脱盐水无污染进入电解槽。

2 数据核算

改造完成后， 第一级板式换热器增加了烧碱侧的阻力为8.7 kPa， 增加的管道阻力约为4.4 kPa，完全符合阴极液泵的扬程余量范围。

根据生产工艺，电槽电流为16 kA，脱盐水总流量为40 m3/h。 每小时约生产32%的烧碱110 t。

脱盐水从室温（15 ℃）升高至85 ℃需要吸收的热量为Q1=cmΔt1=4.18×40×103×70=11.7×106（kJ）。

烧碱从88 ℃降低至45 ℃需要放出的热量为Q2=cmΔt2=3.61×110×103×43=17.1×106（kJ）。

由热量数据计算可以得出， 烧碱余热改造是可行的。

表1 成品碱板式换热器冷、热介质的操作条件以及压力计算

3 效益分析

改造完成后， 电解系统预热脱盐水的流程正常运行。满负荷时，经加热后的纯水温度85 ℃，换热后的烧碱温度为60～65 ℃。 去电解槽循环碱的加热蒸汽可以全部关闭， 较改造之前， 平均降低蒸汽用量1.7 t/h。按照成本核算，每吨蒸汽约148 元，每小时节约240 元，如果全年运行正常，共计节约生产成本为190 万元，而本次工艺改造的全部投资费用为45万，其中管道、安装费用13 万，两台镍材质的板式换热器费用32 万。

4 结语

中银电化采用的是氯工程的零极距电解槽，通过不断改造和优化操作工艺， 充分利用烧碱潜在热能， 代替蒸汽加热， 从而减少蒸汽消耗产生经济效益。在生产装置高负荷的情况下，能够满足循环碱和脱盐水混合去电解槽的温度， 可以实现蒸汽零使用的目标， 获取节能的目的。 一级成品碱降温后仍为55 ℃，仍存在利用价值，可以考虑继续回收降耗。