氯乙烯合成工序的废热利用.doc

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氯乙烯合成工序的废热利用

能源消耗在生产成本中占有很大比重，节能降耗、降低生产成本是企业发展的必然之路。

该公司通过调研并结合自身生产特点，对氯乙烯合成工序的废热的利用进行了技术攻关，采用自然循环的废热锅炉和低压蒸汽溴化锂制冷机相结合的新技术，充分利用了氯乙烯合成废热，节约了大量的电能，经济效益非常显著。

改造之前废热利用状况

在氯乙烯合成过程中，乙炔和氯化氢反应放出大量的热，按生产16万t/aPVC计，放出的热量约为4.01×107kJ/h。

改造之前，这些热量只有一部分用于预热器和高、低沸塔再沸器，还有一部分用于冬天采暖和去离子水站原水预热，其他热量通过放空和散热放出，没有得到利用。

此外，为了维持热水槽热水温度和因蒸发损失的水，还需要额外补充自来水，从而导致热水槽经常有热水溢流，既浪费热量又浪费水。

目前，在电石法PVC生产企业中，绝大多数采用热水泵使热水强制循环带走氯乙烯反应热。

改造之前，该公司也采用此工艺。

此工艺存在着热水泵消耗大量电能和废热不能有效利用的缺陷。

改造之后废热利用状况

为了有效利用废热，该公司分2个阶段对转化器热水工艺进行了改造。

用自然循环代替强制循环，取消绝大部分热水泵

通过对转化工序热水工艺及设备进行分析、计算，决定在每台转化器上方加一台汽水分离小罐，热水进入转化器后吸收反应热变成汽水混合物，密度变小，借密度差和汽水分离小罐的高位使热水进入汽水分离小罐，分离后蒸汽去热水槽，热水和补充水再去转化器进行循环。

汽水分离小罐在中部设有溢流口，补充水量能满足溢流口有热水流出即可。

生产运行情况

利用废旧液氯钢瓶改造成汽水分离罐先对转化器进行了改造。

实践证明，热水自然循环良好，转化器反应温度易控制，补水量非常少，按满负荷16万t/a计，可取消3台（全开）30kW和2台（开1备1）90kW热水泵，仅用1台5.5kW热水泵供水，节电效果非常明显。

存在缺陷

由于汽水分离小罐为敞口设备，经其分离后的蒸汽压力小，溢流热水和分离水蒸气回热水槽后只能被部分利用，大部分蒸汽还是放空浪费了，热水泵取消了，但多余热量还是不能得到有效利用。

实施废热锅炉与溴化锂制冷机相结合的工艺

采用自然循环的废热锅炉，将废热产生的低压蒸汽供溴化锂制冷机。

根据氯乙烯反应温度，利用废热生产0.15MPa的低压蒸汽；0.15MPa的低压蒸汽作为溴化锂制冷机的热源制得7℃冷水；制得的7℃冷水可代替氯乙烯精馏工段0℃盐水或夏季作为聚合工段循环水，取得了良好的经济效益。

废热锅炉

目前，工业上使用的废热锅炉按汽水流动方式分为自然循环、强制循环和直流无循环3类。

蒸汽压力在16MPa以下的通常都选用自然循环流动方式的废热锅炉，因此，该公司采用汽水流动方式为自然循环的废热锅炉，以达到取消热水泵、实现节能的目的。

自然循环的废热锅炉有如下特点。

（1）操作稳定，控制方便，调节机构简单，水循环安全可靠。

（2）循环回路中有气包，所以储备能力大，热负荷的弹性大。

（3）回流循环量大，传热管冷却效果好，使用周期长。

（4）受热管的工作壁温较低，因此对材料的强度要求不高。

（5）依靠水和汽水混合物的密度差进行循环，动力消耗低、维修工作量少。

气包的设计也非常重要。

必须合理确定气包的容积和气包的本体结构。

气包的作用主要如下。

（1）容水。

锅炉给水补充至气包，它是下降管中循环水的来源，在负荷升降时在受热水管中能得到适当的水量。

并且气包的高位可使循环系统获得一定的循环动力。

（2）容气。

在蒸汽需要量有变化时能保持过热器所需的蒸汽流量稳定。

（3）汽水分离。

由于气包内有一定的分离空间，并设置有汽水分离装置，汽水混合物在气包内能得到充分分离，得到含水沫及杂质少的蒸汽。

（4）排污。

气包中的加药设置是为了改善水的品质，处理给水中的残余硬度，使其不在锅炉内生成水垢。

同时，水汽被蒸发以后，一些不溶性的污物就会浓缩于气包之中，因而气包还具有排污的作用。

由此可见，废热锅炉气包是锅炉设备系统的一个重要组成部分。

溴化锂制冷机

采用低压蒸汽单效吸收式溴化锂制冷机。

（1）制冷原理。

其工作原理是利用溴化锂溶液的吸收能力及水的比热容大的性能；依据物理状态变化及放热原理生产低温冷水。

在蒸汽溴化锂机组运行过程中，蒸汽是加热源，溴化锂溶液是吸收剂，水是制冷剂。

（2）循环流程。

来自吸收器的溴化锂稀溶液在溶液泵的输送下，经过溶液热交换器提高温度后进入发生器；发生器中的稀溶液被热源蒸气加热，蒸发出冷剂蒸气而浓缩，变为浓溶液；浓溶液回流，经过溶液热交换器降温后喷淋在吸收器的管簇上，吸收来自蒸发器的制冷剂蒸汽后又形成稀溶液。

来自发生器的温度较高的制冷剂蒸汽在冷凝器中被冷凝后形成液态制冷剂进入蒸发器；蒸发器中的液态制冷剂被制冷剂泵均匀地喷淋在蒸发器的管簇上，吸收管内水的热量后蒸发，又形成低温的制冷剂蒸汽被吸收器中喷淋的浓溶液吸收。

（3）设备技术参数及特点。

经调研，根据蒸汽参数，确定采用蒸汽单效吸收式溴化锂制冷机，冷水进口温度为12℃，出口温度为7℃。

废热利用运行总结

废热锅炉的投用

2006年下半年，废热锅炉正式投入使用。

经过一段时间的运行考核，能够达到设计目的，满足生产要求。

所产蒸汽压力稳定，一般在0.1-0.15MPa，转化器反应温度符合控制指标要求。

废热利用项目实施之后，取消了原供转化器热水泵，仅有1台5.5kW的小泵用于气包的供水，若电价按0.5元/（kW·h）计，则每年可节约电费69.8万元，具体计算如下。

改造之前热水泵的总功率：

30×3+90=180（kW）。

改造之后的热水泵的总功率：

5.5kW。

每年节约电费：

（180-5.5）×8000×0.5×10-4=69.8（万元）。

7℃冷水代替0℃盐水

废热利用项目实施之前，氯乙烯精馏全凝器、成品冷凝器都使用0℃盐水，受0℃盐水的腐蚀，精馏全凝器最多可使用1年，成品冷凝器最多可使用1.5年，设备的检修、更换不但增加了生产费用，还影响了生产的正常运行。

废热利用项目实施之后，一方面，采用7℃冷水代替0℃盐水，大大减轻了0℃盐水螺杆压缩机组的负荷，节约了大量电能；另一方面，7℃水用去离子水代替0℃盐水，极大减轻了对设备的腐蚀，延长了设备的使用寿命。

按制冷量为1.67×107kJ/h计算，用7℃水代替0℃冷冻盐水节约电费607万元。

具体计算过程如下。

（1）将合成废热锅炉所产蒸汽（0.15MPa）用于溴化锂制冷机组制得7℃水，回水12℃，制冷量为1.67×107kJ/h。

设备耗电情况如下。

溴化锂制冷机组：

8.9kW。

循环冷却水：

1200m3/h，扬程32m，所配循环水泵功率160kW，冷却水塔风机功率40kW。

蒸汽（0.1MPa）：

10.9t/h，利用废热生产。

7℃冷水泵：

800m3/h，扬程50m，功率160kW。

蒸汽冷凝水泵：

2.2kW。

总功率：

8.9+2.2+160+40+160=371.1（kW）。

（2）利用螺杆压缩机组制得0℃盐水，回水3℃，制冷量为1.67×107kJ/h，设备耗电情况如下。

螺杆压缩机组（QKA25L）：

3台。

制冷量：

5.5×106kJ/（h·台）。

所配电机功率：

500kW/台。

油泵功率：

4kW/台。

循环冷却水：

45m3/h，扬程32m，所配循环水泵功率7.5kW/台。

0℃盐水泵：

1900m3/h，扬程50m，功率355kW。

总功率：

（500+4+7.5）×3+355=1889.5（kW）。

（3）根据上述数据，按年生产时间8000h计，每年节约电费：

（1889.5-371.1）×9000×0.5×10-4=607（万元）。

7℃冷水代替循环水去聚合釜

由于该公司地处市区，夏季湿度偏大，导致出凉水塔循环水温偏高，有时高达35℃。

循环水温的高低会影响聚合反应周期，水温高，聚合反应后期不易控制，直接影响产品质量。

2007年7月，该公司决定用7℃冷水代替循环水用于4台聚合釜，投入使用后，每釜周期缩短约80min，大大提高了PVC的产量和质量。

夏季（半年）可增加PVC产量约2000t，增加收入1000万元以上。

节省设备更换、检修费用

用7℃水代替0℃盐水，可极大减轻设备的腐蚀，延长设备的使用寿命。

每年至少可节约设备检修费用20万元。

综上所述，合成废热利用后，每年可降低成本696.8万元，多生产的PVC可增加收入1000万元以上，经济效益非常显著。

合成废热利用工艺若在电石法PVC生产企业推广，每年可为企业降低成本3亿多元[全国电石法PVC产量按700万t/a计算，700+16×（607+69.8+20）=30485（万元）]，可创造显著的经济效益，并将有力地提高PVC行业的技术装备水平，推动国内PVC行业的进一步发展。

氯乙烯合成废热利用具有技术先进性、操作简捷实用的特点。

该方法充分利用了废热，节能效果良好，在同行业中具有很好的推广价值，可推动国内PVC产业在节能、生产工艺技术方面快速发展。