氨碱法纯碱生产的几项节能降耗措施

盐业与化工

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JournalofSaltandChemicalIndustry第41卷第4期2012年4月

氨碱法纯碱生产的几项节能降耗措施

严秀英

（中盐青海昆仑碱业有限公司，青海德令哈817000）

摘

要：

将公司100万t纯碱项目在节能降耗方面所采用的先进技术进行介绍，并具

体介绍如何降低氨耗及浊水循环再利用，公司以减量化、再利用、资源化为原则，以低消耗、零排放、高效率为基本特征，加大水资源的循环利用程度，对水资源利用进行了多项技术改得到了良好的效果。造，

关键词：

节能减排；氨耗；水资源再利用；改进

文献标识码：B

文章编号：1673－6850（2012）04－0032－05

中图分类号：TK018

MeasurestoSaveEnergyandReduceConsumption

inSodaAshProductionwithAmmonia－AshTechnology

YANXiu－ying

（QinghaiKunlunAshIndustrialCo．，Ltd．，CNTIC，DelinghaCity，Qinghai

817000，China）

Abstract：

Theadvancedtechnologywithenergysavingandconsumptionreducintinthe

1000kt/asodaashprojectisintroducedinthearticle．Howtoreducetheammoniaconsumptionandrecyclethemuddywaterarealsointroduced．Withtheprincipleofdecreasing，recyclingandresourcing，andwiththebasiccharacteristicsoflowconsumption，zerodischargeandhighefficien-cy，therecyclingutilizationfactorofwaterresourceisenhanced．Technologicalmodificationforwa-terresourceutilizationiscarried．Thatwhathadbeendonehashadgoodeffect．

Keywords：

energysavingandemissionreducing；ammoniaconsumption；recyclingutiliza-tionforwaterresource；modification

1前言

节能降耗一直是化工生产的主题，它不仅仅是降低生产成本，同时也是改善生产环境的重要保证。纯碱工业的生产过程为重工业性质，产量规模大，生产流程长，化工单元多，为我国化学工业的耗能大户。经过多年的不懈努力，随着化学工业的发

展和技术进步，宏观上通过产业结构和布局调整，微

观上企业通过节能降耗、提高资源利用效率，以及对生产过程中产生的废物进行综合利用等方面，纯碱工业在生产工艺水平和污染控制等方面都有了实质性的进展。但在目前工艺环节，节能和减排空间还很大，为此，中盐青海昆仑碱业有限公司在100万t

收稿日期：2011－06－30

2010年毕业于青海大学化工学院，作者简介：严秀英（1987—），女，青海互助人，现在中盐青海昆仑碱业生产技术部负责工艺技术工作。

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［参考文献］2）添加无水乙醇对制备氢氧化镁阻燃剂作用不明显，而添加硬脂酸钠对制备阻燃型氢氧化镁起

到很大的作用。

3）添加有机胺有利于制备阻燃剂氢氧化镁，而且有机胺量增多效果更加明显。在有机胺存在下，添加硬脂酸钠有利于改善产品，尤其在正丁胺存在下，效果更加明显。

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（编辑：崔树芝）

严秀英：氨碱法纯碱生产的几项节能降耗措施

纯碱项目中采用了许多的先进技术和设备，比如对

以提高企业内部节能窑气废水进行综合技术改造，

更重要的是支持园区推进清洁生产，降低“三减排，

废”污染物排放，具有重要的示范作用和区域性的带动作用。

2公司几项节能减排新技术2．1

在石灰工序使用浊水循环洗涤系统，大大降低了原水的消耗

在纯碱行业内为进一步节约用水，在厂区附近建一座浊循环水冷却池，为石灰工段工艺窑气洗涤塔用水单设浊循环水系统。该系统循环水是对石灰消化过程中的窑气进一步除尘及降温所需的冷却水，其循环回水中SS=200mg/L，主要含有CaCO3、CaO及其他杂质。浊循环水量正常356m3/h，最大391．6m3/h，循环给水温度为27℃，回水温度40℃，SS≤40mg/L，△t=13℃，循环水给水压力为0．40MPa，为无压回水，重力流进入浊循环水冷却池，冷却池分两格，沉淀污泥定期清理。工程设计了浊循环水加压泵将浊循环水加压送至石灰工段。系统排污通过配套生产生活污水管网排至排水泵房，加压排出厂外。工程为国内首创节水措施。2．2

采用冷母液直接蒸馏的工艺流程，大大提高了母液中CO2的利用率

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经多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。波纹管换热器的管程采用的是钛材质或不锈钢材质波纹

非普通直管，其特点为：（1）传热效率高。（2）防管，

垢能力强。（3）波纹管式柔性元件，在温差和压差较大的场合具有补偿性能，大大降低了管板和筒体应力，不易拉脱、泄露。（4）采用优质材料，降低材料消耗，增加设备抗腐蚀能力，延长设备寿命。（5）体积小，占地面积小，水耗、电耗少，运行维护费用低。（6）独特的完全自由成形工艺，没有强烈形变，无晶间缺陷，应力分布均匀。该工艺技术为当前国内最佳。2．4

采用了新的高原碳化制碱编组模式，使其在生产能力和平稳操作方面有了新的突破氨盐水碳化过程是纯碱生产中的工艺条件最多、影响因素最广、物理和化学变化最繁的一个工序。碳化工序处于纯碱生产的中心部位，素有制碱“心脏”之称。它的操作状况和工艺指标如何，不仅反映出一个碱厂的技术和管理水平，而且对产品产量的高低，质量的优劣及物耗的多少，即碱厂经济效益，具有举足轻重的影响。碳化塔作业每组塔数编组原则是，在保证清洗干净，全周期可以在正常工作的前提下，应尽量提高设备利用率，根据生产经验，以容积利用系数表示碳化塔平均生产强度，一般为1．0t/m3·d～1．2t/m3·d较为适宜。四座塔或五座塔一组在作业中存在，制碱周期短，倒塔频繁，倒塔损失大，清洗时间长，经常有过洗现象，对设备腐

生产负荷低，碳化塔平均蚀严重。碳化尾气压力低，

生产强度小，操作弹性小，经济技术指标完成不佳。

此化学反应为放热反应，在高海拔地区更加有利于化学反应热的移出，也更加有利于碳化转化率的提高，以及原盐利用率的提高，该技术为高海拔地区最为先进可靠的工艺装备技术。

2．5Φ3000mm×30000mm自身返碱蒸汽煅烧炉

的应用，减少了运输设备，降低了热碱运输中的热损失，使汽耗和电耗大大降低重碱煅烧是纯碱生产的重要工序，蒸汽煅烧炉是当今世界上重碱煅烧的高效节能设备。工程设计选用了六台Φ3000mm×30000mm的自身返碱煅烧炉，通过设计改造返碱进出口结构等，增大了换热面积和返碱量，使断续进碱改为了连续进碱，避免了炉头的结疤刷浆，延长了设备运行周期，同时改变炉头排放不凝气为炉尾排放或取消不凝气系统，利用

选用该工艺流程，可以减少炉气母液洗涤塔流

程和设备，减少了蒸氨工序的冷却水使用量，提高了母液中CO2的利用率，提高了氨盐水中CO2浓度，减少了CO2在制碱系统中的循环量，也减轻了压缩机的生产负荷。该工艺与传统的母液洗涤塔相比，可以节约一次性投资600万元，同时每年还可以节省大量的费用。选用此工艺既可以减少外排废液的当量，又可以降低蒸汽消耗，是最优化的技术方案。2．3换热设备采用了波纹管换热器，使换热过程更

加节能高效

公司在蒸吸工序的氨气冷凝器和冷却器、压缩工序的后冷器、轻灰煅烧工序的炉气冷凝塔及重灰煅烧工序的炉气冷凝塔等换热设备都选用了波纹管换热器，与传统的换热设备相比，该设备换热效率高，体积小、重量轻，而且汽液分离效果好，非常有利于降低能耗。

波纹管换热器是最典型间壁式换热器，在壳体内安装有六块或不等的折流挡板，不仅可防止流体短路、增加流体速度，而且还可以迫使流体按规定路

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188000kW。

第41卷第4期2012年4月

蒸汽和冷凝水同向流动自动排放不凝气后，彻底根除了因排不凝气小管泄漏产生影响设备运行周期的

使煅烧炉的运行周期延长到连续运行半年以顽疾，

上，设备运转率提高到96%。该炉主要经济和技术指标已达到国内外先进水平，具备了新型自身返碱蒸汽煅烧炉独特的高效、节能等优点。该炉为国内高原的最节能的蒸汽煅烧炉之一。2．6

重质纯碱的冷却选用了粉体流凉碱器先进技术，使得凉碱的动力消耗大大降低

根据化工用汽的特点，公司采取拖动汽轮机将

降低生产费用，取代电机来驱低参数蒸汽再次利用，

动10台螺杆压缩机，节省企业电能。这样省去了由

此过程中高压蒸汽→电能→电动机→螺杆压缩机，的能量转换及能量损失问题，也解决了公司整体的

技术成熟，运行的安汽电平衡问题。用汽轮机驱动，

全可靠性有保证，在变负荷工况下调节范围大、效果

好，调节平稳。采用拖动汽轮机多级利用技术可以实现每年节约各类费用400万元的经济效益。2．8蒸馏废液回收蒸汽，闪发回收废液中的热能蒸馏能耗庞大，为整个制碱过程能耗量的三分之一；然而蒸馏残液带出的显热又占工序热能的70%，其热能损耗程度不言而喻，所以该热量理应设法回收。蒸氨过程中理论上需要加热蒸汽1200kg/t碱，实际生产中，我国氨碱厂蒸汽耗量根据生产方法不同蒸汽耗量不同，对湿法蒸馏，汽耗大约在1700kg/t碱～1800kg/t碱，是氨碱厂纯碱生产中能耗最大、余热回收较困难的一个工序。因此公司对蒸馏废液采用二级闪发，回收蒸汽。废液自蒸氨塔底圈进入一级闪发器，闪发出蒸汽后进入二级闪发器。通过一级、二级闪发后的蒸汽通到蒸氨塔里，继续作为热源利用。从而为整个生产系统节省了一部分热能。33．13．1．1

降低氨耗方法简介降低氨耗氨耗的产生

重质纯碱冷却选用了新型粉体流冷却器，粉体流冷却器是一种应用于冷却粉体或颗粒料的设备。这种创新性的技术结合了密相输送原理及传统的板式换热器设计思想。固体流板式换热器凉碱技术将降低粉尘排放、降低动力消耗。对于节约占地空间、

粉体流冷却器，物料相以密相输送的方式垂直自上而下通过不锈钢传热板之间的间隙通道。在冷却应用过程中，冷却水是循环通过传热板内，如同传统的液体或气体换热，物料与冷却介质的流向采取逆流能够获得较大传热效率。物料在自上而下的移动过程速度缓慢，以保证具有足够的存留时间以满足获得所需的传热量。同时，物料的缓慢移动，将不产生粉尘以及出现物料颗粒的降解现象。在运行过程中，设备内部需要满仓物料运行，这种运行方式能提供最佳的传热状态。料位控制系统以确保粉体流冷却器保持最佳状态运行。粉体流换热器借鉴板式换热器的高效传热性能，结合密相输送原理，进行间壁

通过冷却。下部安装有可调频率的振荡式下料器，检测出料温度的反馈信号来调节出料速率。

粉体流冷却器的使用特点有：（1）间壁水冷换热，效能提高；（2）改善产品质量；（3）空间结构紧凑，模块化设计、安装；（4）低热能耗排放；（5）维护费用下降，运行动力能耗低；（6）设备投资成本低，无需配备风机及除尘过滤设备；（7）适合高温/高压作业。该引进技术开创了国内凉碱技术的新纪元。2．7热动工序使用拖动汽轮机节能技术使碱厂生

产能够达到更加节能的技术和效益

公司100万t/a纯碱由于工艺需要使用3．6MPa、3．1MPa、1．4MPa、0．35MPa等蒸汽压力等级。而压缩工序的压缩机是耗能大户，有LG－435/0．06－0．44（A）二氧化碳气螺杆压缩机8台，配套

LG－650/0．06－0．44（A）二氧化碳电机1700kW，

气螺杆压缩机2台，配套电机2600kW，总负荷为

在氨碱法纯碱生产过程中，液氨消耗既是一项

重要的经济指标，更是衡量氨碱厂生产管理水平的一项综合性技术指标。国外最好水平一般在3kg/t以下，我国目前平均水平为7kg/t左右，其差距显而易见。在氨碱法制碱过程中，氨作为中间介质参与生产过程并循环使用：首先被精盐水吸收制成氨盐水；氨盐水再吸收CO2生成湿重碱（NaHCO3）；重碱经过滤、煅烧，制得纯碱；其过滤母液用灰乳蒸馏，回收其中氨，返回原系统继续使用。主要化学反应为：

NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3+NH4Cl

2NaHCO3→Na2CO3+CO2↑+H2O↑2NH4Cl+Ca（OH）2H2O

2

Δ

→2NH3↑+CaCl2+

Δ

严秀英：氨碱法纯碱生产的几项节能降耗措施

氨在循环使用的全过程中，因各种因素的影响会有不同程度的损耗即氨耗，这种损耗不但造成经济损失，而且会带来环境污染，因此氨耗是所有碱厂都十分关注的工艺技术指标。

氨耗主要由以下几方面产生：（1）含氨蒸氨废液；（2）各种含氨尾气；（3）管道与设备的泄漏；（4）重碱过滤洗涤及运输过程中氨的挥发；（5）各种事故排放损失。3．2．2节氨措施

近年来，公司针对氨耗产生的原因，坚持技术改造，氨耗指标已居国内同行业领先水平。其具体节氨措施如下。

（1）完善工艺，严格指标。化工生产一条线、一个环节出现问题都会影响整个生产过程，因此首先要保证工艺条件，严格工序管理，实现操作稳定，尽量减少波动。从而保证碳化结晶质量好（结晶颗粒大而均匀），原盐转化率高，提高钠的利用率。这意味着单位产品消耗的氨盐水减少，使得盐水制备、精制及吸氨负荷降低；同时氨盐水碳酸化母液量减少，氨循环量减少，在制品的跑冒滴漏减少，氨的损失也减少，氨耗下降。在日常生产中，要优化工艺操作。较大产量情况下，要平衡操作，保持生产平稳。要杜绝各种生产事故发生，避免事故排放。

（2）降低废液氨量，减少排放损失。氨碱法纯碱生产的特点是，为了氨的循环使用，母液需进行蒸馏，回收其中氨后再排放。蒸馏废液中氨含量的高低直接决定氨耗的水平，因此，蒸氨工序成为主要的氨耗控制操作单元，正常情况下蒸氨过程的氨耗约为1．0kg/t～1．5kg/t，占整个生产过程的40%～60%。

（3）提高灰乳活性，控制过剩灰量。为了保证母液中的氨蒸发完全，必须提高灰乳Ca（OH）2的活性，使其与NH4Cl充分反应；同时还要保持一定的过剩灰含量，使母液中NH3能完全蒸发出来，废液里残留游离NH3降到最低。提高灰乳的活性主要靠提高熟石灰的质量，该厂在生产工艺上加强了对原料石灰石质量的控制和化灰水温度的管理，同时增加并完善预灰桶调合液过量灰的分析及连锁控制装置。在此基础上控制并保持较低的蒸氨冷凝器出气温度，从而降低氨气带入吸氨系统的水含量，减少在制品的膨胀，降低了废液的氨损失。

4

浊水循环再利用

35

纯碱原生产装置石灰工段采用传统工艺及设原始设计中也存在一定缺陷，致使窑气废水无法备，

回收而全部排放，极大的浪费了资源，造成了吨碱产品原水消耗量极高，在纯碱行业内成为较高水耗的制碱企业，虽然依靠原材料成本低廉的优势，但其技术的落后程度，已经严重影响企业的快速发展，并且不符合国家提倡的节约用水发展循环经济的新理念。原纯碱工程生活污水，经排水管道收集经化粪池初级沉降处理后，与生产排水汇集，经纯碱工程配套排水管网排入污水泵房；热电锅炉冲渣水、石灰窑气洗涤水及各生产用水全部汇集至污水泵站，经提

送入厂外废液输送管线升至0．20MPa后排出厂外，排至渣场。

4．1技术改造方案和内容

公司经过多年努力，对窑气废水进行再利用的可行性研究，确定窑气废水进行再利用的途径，自主研发窑气废水回收再利用工艺，采用沉淀法回收窑

3

气废水，年可节约用水300万m，节约电耗4500万kWh，合计折合标煤5787．6t，最终可达到窑气废水零排放，是典型的节能减排技术改造项目。4．2技术改造内容

（1）在石灰工段工艺窑气洗涤塔附近建一座浊循环水冷却沉淀池（10m×4m×1．5m）；（2）安装两台液下泥浆泵（316L）；（3）制作木格洗涤塔一座（Φ2．5m×12m）；（4）制作集尘箱一座（Φ3．5m×5m）；（5）制作焦炭塔两座（Φ3．5m×5m）；（6）安装部分衬PO的耐磨损管道、弯头；4．34．3．1

工艺技术方案

工艺技术的选择

该项技术的应用，使以前无法完成的水资源

的节约工作变得简单化、容易化，可以说这是彻底改变窑气废水资源不能重复使用的缺点的一次革命。该项目改造后与传统的窑气废水直接

3

排放相比，节省原水资源3m/t碱是完全可能的，每年除了可以节约大量的原水消耗，还可以

节省大量电能消耗。

此项目用于100万t/a纯碱生产线后，将使水资源得到更好的利用，最大化的把资源优势转化为经济优势，使企业的生存能力、竞争能力得到进一步的加强，在产生巨大的社会效益的同时，经济效益得到更大的提高。

364．3．2

技术改造工艺技术

盐业与化工

第41卷第4期2012年4月

3

水3m/t碱，节约电耗45kWh/t碱，年可节约用水

冷却后的废水直接排项目将原有的窑气洗涤、

窑气废水放改为经过沉淀池沉淀后全部二次利用，达到零排放。

主要工艺采用企业自主研发的沉淀回用工艺，

即将窑气洗涤、冷却后的废水排入浊循环水冷却沉淀池，一部分去窑气洗涤工段，一部分去化灰工段。污泥则由自动排污系统排出。图1为改造后的窑气废水再利用工艺流程图。

300万m3，窑气废水达到零排放，节约电耗4500万kWh，合计折合标煤5787．6t，详见表2。4．3．5

技改前后能源消耗对比

3

技术改造前，窑气洗涤、冷却阶段用水3m/t3

碱，废水直接排放；吨碱产品用水量为20m，电耗为2520kWh，年耗标煤量为31．14万t。

表1

序号[1**********]

项目名称

主要增加设备一览表

规格型号

10m×4m×1．5m

多种多种多种自动反洗过滤水量200m/hΦ3．5m×5mΦ3．5m×5mΦ2．5m×12m

316L

技术改造后节能减排量年减排量

折合标煤量/（t·a－1）5530．5257．15787．6

处理方式全部回收利用

3

单位座台台台台台座座座台

浊循环水冷却沉淀池一体化污水处理设备

提耙式刮泥机混凝剂搅拌机BMF过滤器纤维过滤器集尘箱焦炭塔木格洗涤台液下泥浆泵

合计表2

数量[1**********]5

名称

图1

改造后的窑气废水再利用工艺流程图

原水消耗电耗总计

吨碱减排量3m345kWh

4．3．3主要设备一览表

300万m34500万kWh

项目主要增加设备为冷却沉淀池、一体化污水

过滤器、集尘塔、焦炭塔、木格洗涤塔等，处理设备、

共计15台（套）。

4．3．4改造后污水处理方式及排放量

技术改造后，窑气洗涤、冷却阶段可回收窑气废

表3

原料名称电水总计

技改前消耗情况消耗量折标煤量/t2520kWh0．309708

3

0．00171420m

0．311422

技术改造后，窑气洗涤、冷却阶段用水经沉淀池沉淀后全部回用，废水达到零排放；吨碱产品用水量为17m3，耗电量为2475kWh，年耗标煤量为30．56万t。

技改前后吨碱产品能源消耗对比详见表3。

节约量

消耗量折标煤量/t－45kWh－0．0055305

3

－0．0002571－3m

－0．0057876

技改前后吨碱产品能源消耗对比表技改后单位产品消耗量消耗量折标煤量/t2475kWh0．3041775

3

0．001456917m

0．3056344

折标煤系数0．12290．0857

3

技术改造后，吨碱产品可节约用水量3m/t

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碱，节约电耗45kWh/t碱，年可节约用水300

3

万m，节约电耗4500万kWh，合计折合标煤

5787．6t，年可降低成本2163万元（以水1．96元/m3，电0．35元/kWh计算）。

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