新型HCl合成爐項(xiàng)目的研究及應(yīng)用

單文桃 江蘇理工學(xué)院 仇建國(guó) 季新忠 南通華耐特石墨設(shè)備有限公司

新型HCl合成爐項(xiàng)目的研究及應(yīng)用

單文桃 江蘇理工學(xué)院 仇建國(guó) 季新忠 南通華耐特石墨設(shè)備有限公司

介紹了新型HCl合成爐項(xiàng)目，并進(jìn)行了技術(shù)方案的研究及效益分析。

HCl合成爐 PVC生產(chǎn)工藝 副產(chǎn)蒸汽合成爐

1 項(xiàng)目背景和意義

電石法PVC生產(chǎn)工藝流程中，均有HCI合成工序，HCI采用氯氣與氫氣燃燒的方式生成，并副產(chǎn)大量的熱量，在現(xiàn)有的絕大部分PVC生產(chǎn)企業(yè)，這部分熱量均被循環(huán)冷卻水帶走，增加了大量的電能損耗，而且白白浪費(fèi)了可觀的熱能。也有少部分企業(yè)將這部分熱量收集利用，如作為熱水供熱及供應(yīng)澡堂[1]；熱水用于燒堿裝置化鹽：熱水用于溴化鋰機(jī)組制冷：生產(chǎn)壓力0．3MPa以下的飽和蒸汽等[2]。這些方法雖將熱能進(jìn)行了利用，受爐子結(jié)構(gòu)型式的限制，存在熱能供應(yīng)不穩(wěn)定、不安全或熱能利用率低問題。

國(guó)外德國(guó)SGL公司開發(fā)出副產(chǎn)蒸汽的鹽酸合成爐，在產(chǎn)出高純鹽酸的同時(shí)將HCI合成工序產(chǎn)出的熱量副產(chǎn)中壓蒸汽。我國(guó)浙江善高化學(xué)有限公司、江蘇新浦化學(xué)有限公司各引進(jìn)一臺(tái)，價(jià)格高昂，產(chǎn)酸能力100噸／天（HCl產(chǎn)能30噸／天）的合成爐約500多萬元人民幣。

本研究合作企業(yè)南通市華耐特石墨設(shè)備有限公司電石法PVC裝置產(chǎn)能有23萬噸／年，需HCl量為15萬噸／年，產(chǎn)出熱量約為9×1010kcal。此前，這部分熱量均以循環(huán)水冷卻的方式移走。配套設(shè)計(jì)了2500m3/h處理量的循環(huán)水裝置，每年消耗動(dòng)力電約300萬度。

在不可再生能源日益短缺，水、電，蒸汽價(jià)格不斷上漲的形勢(shì)下，利用生產(chǎn)過程的余熱，將其轉(zhuǎn)化為蒸汽用于生產(chǎn)，符合國(guó)家提出的節(jié)能減排要求[3]，通過上新型式的HCl合成爐將高溫?zé)崃炕厥眨葷M足HCl的生產(chǎn)供應(yīng)，同時(shí)將熱量轉(zhuǎn)化為蒸汽，可取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)吸收德國(guó)SGL公司鹽酸爐思路，開發(fā)出國(guó)產(chǎn)大型副產(chǎn)蒸汽HCl爐，可為國(guó)家節(jié)約大量外匯，為企業(yè)節(jié)省巨額的設(shè)備投資費(fèi)用，項(xiàng)目的實(shí)施非常有必要。

2 項(xiàng)目技術(shù)方案及措施

2.1 技術(shù)原理

利用HCl氣體在100℃-200℃范圍內(nèi)對(duì)鋼件的腐蝕最小的特性，將HCI合成爐設(shè)計(jì)成三段，第一段低溫部分設(shè)計(jì)成石墨換熱器，中間段設(shè)計(jì)成剛換熱器，第三段低溫部分設(shè)計(jì)成石墨換熱器，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)在中間段完成。

2.2 技術(shù)方案

爐子設(shè)計(jì)方面，參與德國(guó)SGI鹽酸爐，按照設(shè)計(jì)原理，將爐子設(shè)計(jì)成三段式，確定每一段的相關(guān)直徑、長(zhǎng)度、換熱面積等參數(shù)。工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，將生產(chǎn)能力?。?0噸/天），設(shè)備投用率極低的6#HCl合成爐拆除，騰出的位置布置產(chǎn)能為120噸/天的副產(chǎn)蒸汽HCl合成爐，利用原有的廠房設(shè)施適當(dāng)加以加固改造，布置蒸汽包等設(shè)備。6#爐騰出的儀表檢測(cè)點(diǎn)等DCS控制系統(tǒng)給副產(chǎn)蒸汽爐使用，副產(chǎn)蒸汽爐采用自動(dòng)點(diǎn)火方案，DCS系統(tǒng)不足部分增加配置。

工藝流程：來自離子膜車間的氯氣與氫氣在合成爐燈頭上燃燒生成HCl，合成爐下部低溫段用循環(huán)水冷卻。中間高溫段為鍋爐段，用軟水冷卻，吸收燃燒生成的大量熱量，軟水吸熱汽化產(chǎn)生蒸汽，經(jīng)汽包緩沖后分配送至蒸汽用戶。合成爐上部低溫段用循環(huán)水將HCl冷卻至50℃左右，用于制鹽酸或送至PVC車間生產(chǎn)。

2.3 主要存在問題和措施

爐子產(chǎn)出蒸汽為飽和蒸汽，而公司蒸汽管網(wǎng)蒸汽為過熱蒸汽，壓力及溫度不匹配。措施：（1）調(diào)高蒸汽爐汽包壓力，通過調(diào)節(jié)閥減壓，將蒸汽過熱。（2）設(shè)置蒸汽預(yù)混合器，將HCl爐產(chǎn)出的蒸汽與管網(wǎng)蒸汽在混合器內(nèi)預(yù)混合，混合后的蒸汽并入管網(wǎng)，減少溫差。

3 項(xiàng)目實(shí)施前的目標(biāo)和實(shí)施后的水平

3.1 項(xiàng)目實(shí)施前的目標(biāo)：

1)HCl爐可安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2)可產(chǎn)出最高壓力為1．4MPa的中壓蒸汽。

3)產(chǎn)出蒸汽安全并入公司蒸汽管網(wǎng)。

3.2 實(shí)際達(dá)到的目標(biāo)：

1)HCl合成爐自15年4月一次點(diǎn)火成功后，至今運(yùn)行正常。

2)蒸汽壓力可在0．5-1．4MPa壓力范圍內(nèi)設(shè)定調(diào)節(jié)。

4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1)采用新型HCI合成爐，在產(chǎn)出合格HCI氣體產(chǎn)品的同時(shí)將反應(yīng)熱副產(chǎn)中低壓蒸汽?，F(xiàn)運(yùn)行投用的6#蒸汽爐是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)可副產(chǎn)中壓蒸汽的HCI合成爐。

2)采用自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)，點(diǎn)爐作業(yè)采用自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)，摒棄不安全的人工點(diǎn)火方式，點(diǎn)爐效率及成功率高，安全性能優(yōu)越；控制系統(tǒng)采用DCS控制，設(shè)置相關(guān)安全參數(shù)；是目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化程度最高的HCI爐。

3)采用預(yù)混合器的方式，將飽和蒸汽安全并入過熱蒸汽管網(wǎng)投入生產(chǎn)使用。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5.1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：

1）HCl產(chǎn)能：120噸/天(最高負(fù)荷)2）蒸汽產(chǎn)能：0．65噸/噸HCl

5.2 效益計(jì)算

1)蒸汽產(chǎn)出效益

開滿負(fù)荷每天產(chǎn)出120噸HCI，蒸汽120×0．65=78噸/天，蒸汽單價(jià)按150元/噸，副產(chǎn)蒸汽產(chǎn)出效益為78×333×150=38（9萬元）。

2)節(jié)約電耗

每天產(chǎn)出120噸HCl所放出的熱量為3025543kcal/h，這部分熱量65%左右以副產(chǎn)蒸汽的形式帶走，若以循環(huán)冷卻水的方式移熱，則需消耗343t/h的冷卻水量（循環(huán)冷卻水溫升按6攝氏度計(jì)），按一般循環(huán)水裝置配置需約60kW動(dòng)力電，電價(jià)按0．5元／度計(jì)，可節(jié)約動(dòng)力電消耗：60×24×333×0．5=24（萬元）。

3)節(jié)約水耗

節(jié)約循環(huán)水蒸發(fā)水量78×333=2．6（萬噸），水價(jià)按 0．75元／噸計(jì)．可節(jié)約水耗：2．6×0．75～2（萬元）。以上三項(xiàng)合計(jì)效益為415萬元／年。自15年1月至17年10月，

4)投資

蒸汽爐全套設(shè)備約330萬元；儀表（包括自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)）、工藝配管、土建等約120萬元；合計(jì)約450萬元。投資與年效益額接近，即一年左右可回收投資。實(shí)際使用中，因PVC行業(yè)不景氣，蒸汽爐負(fù)荷不高，平均負(fù)荷50%不到，最高負(fù)荷開至80%左右，

6 結(jié)論

通過技術(shù)改造，采用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)新型HCl合成爐，在既滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的條件下，又將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量回收副產(chǎn)出高價(jià)值的蒸汽，將電化廠HC1合成技術(shù)提高到一個(gè)嶄新的水平，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也為國(guó)家節(jié)能減排做出了相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)。

7 下一步改進(jìn)建議

合成爐的鍋爐段與石墨段連接處需要考慮改進(jìn)墊片的材質(zhì)，防止此處因受熱不均勻出現(xiàn)漏點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)備鍋爐段點(diǎn)腐蝕。

[1]馬守君，閆瑩瑩，臧瑞，張磊.副產(chǎn)蒸汽鹽酸合成爐運(yùn)行總結(jié)[J].氯堿工業(yè)，2014，50（2）：39-40.

[2]楊志猛．3H-3/4500型氯氣壓縮機(jī)組運(yùn)行總結(jié)［J］．氯堿工業(yè)，2012，48(9):19-22．

[3]徐艷紅，代罡.四合一副產(chǎn)蒸汽鹽酸合成爐運(yùn)行總結(jié)[J].氯堿工業(yè)，2010，46（7）：36-37.

TQ114．15

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作者信息單文桃(1987.3—)男，漢族，江蘇鹽城人，講師，博士，江蘇理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械電子工程系，研究方向：高速電主軸技術(shù)、石墨設(shè)備研制。