新疆中泰化學\\( 集團\\) 股份有限公司\\( 以下簡稱“中泰化學”\\) 在膜法脫硝冷凍單元循環降溫過程中采取有效的管理、技術改造和優化措施，通過濃縮鹽水回收、冷量循環利用、離心母液沖洗水優化改造，降低了蒸汽、高純水以及冷凍冰機的動力消耗，達到了節能減排的目的。
1 生產工藝現狀
中泰化學膜法脫硝冷凍單元循環降溫工藝流程如圖 1 所示?！緢D1】
自 2012 年 9 月開車到 2013 年 5 月 17 日，一、二期膜法脫硝冷凍單元離心機沖洗水分別來自離心機機封水和濃縮鹽水泵機封水。用 5 000 mL 取樣桶和 500 mL 燒杯現場測量離心機沖洗水量，發現:
一期脫硝 6 s 最少水量為 5 000 mL，二期脫硝 6． 8 s最少水量為 5 000 mL。連續測試和記錄 3 次，由此計算出: 離心機沖洗水一期最少量為 3 m3/ h，平均流量為 3． 25 m3/ h，而膜組件出口濃縮鹽水總流量為 10． 6 m3/ h，即沖洗水占濃縮鹽水總量的最小比例為 28． 3%; 二期沖洗水最少量為 2． 65 m3/ h，平均流量為 2． 85 m3/ h，而膜組件出口濃縮鹽水總流量為 11． 3 m3/ h，即沖洗水占濃縮鹽水總量的最小比例為 23． 45%。一、二期離心母液沖洗水進入脫硝冷凍單元，增加了冰機、離心機和冷凍系統的運行負荷。自開車以來離心機超負荷運行導致油泵故障造成脫硝裝置停車共計 4 次，既增加了脫硝冷凍單元設備運行的負荷又提高了故障率。前期，在調低離心母液沖洗水流量的條件下，離心母液下料管多次堵塞，若不考慮用離心機機封水和濃縮鹽水泵機封水作為離心母液沖洗水，則每臺機泵機封水量按照0． 3 m3/ h 計算，離心母液沖洗水一期多消耗高純水2． 1 m3/ h，二期多消耗高純水 1． 75 m3/ h，共計多消耗高純水 3． 85 m3/ h。由于離心母液沖洗水經離心母液罐全部進入冷凍系統沉降器，經過循環降溫后溢流至低硝鹽水罐，最終由低硝鹽水泵送往預冷換熱器，再經冷量回收后，低硝鹽水進入化鹽系統; 由于沖洗水持續進入冷凍系統，低硝鹽水罐送往化鹽系統的低硝鹽水流量增加，導致低硝鹽水罐液位持續升高。崗位操作人員每 12 h 排放 1 次低硝鹽水，每次排放60%液位，排放量為27m3。排放過程中造成冷量無法回收利用而損失，也增加了崗位操作人員的勞動強度。離心母液沖洗水進入冷凍單元造成冷量損失，導致一、二期沉降器溫度無法控制在0 ℃以下，結晶效率下降，送往化鹽的低硝鹽水 SO2 －4質量濃度平均在 14． 6 g/L 以上，脫硝效率偏低。離心母液沖洗水通過離心機進入離心母液罐，由離心母液泵進入沉降器，然后一部分由增壓泵送往沉降器循環降溫，另一部分溢流至低硝鹽水罐，再由低硝鹽水泵經過預冷換熱器降溫后送往化鹽水罐。離心母液沖洗水通過冷凍單元各機泵循環降溫，增加冷凍單元機泵和冰機的運行負荷，造成動力消耗升高。
離心母液沖洗水經過冷凍單元降溫后，經過預冷換熱器送往化鹽水罐，再通過蒸汽換熱，溫度由2 ℃左右升至 60 ℃，造成蒸汽消耗升高。
2 改造方案
對一、二期膜法脫硝冷凍單元離心機沖洗水進行改造，由濃縮鹽水換熱器出口引濃縮鹽水至離心母液下料口替代現有的沖洗水; 將前期加入冷凍單元的沖洗水從系統中切出，在不增加冷凍單元負荷的情況下通過系統本身的濃縮鹽水沖洗離心母液。
改造后工藝流程如圖 2 所示?！緢D2】
3 節能綜合利用
\\( 1\\) 優化改造后，低硝鹽水罐無須排放，徹底解決了低硝鹽水罐的定期排放問題，降低了崗位操作人員的勞動強度，便于操作。
\\( 2\\) 一、二期離心母液沖洗水由濃縮鹽水換熱器出口濃縮鹽水代替，將前期加入冷凍單元的沖洗水從系統中切出，離心機運行負荷降低 25． 8%，大幅度降低了冰機、離心機等關鍵設備運行故障率。
\\( 3\\) 經過優化改造，一、二期冷凍系統沉降器溫度均可控制在0 ℃以下，提高了芒硝的結晶效率，送往化鹽的低硝鹽水中的 SO2 －4質量濃度平均在9． 5g / L 以下，脫硝效率明顯提高。
4 經濟效益分析
4． 1 降低一、二期冷凍冰機動力電消耗
進入冷凍單元的離心母液沖洗水溫度在30 ℃，經冰機降溫至 0 ℃ 左右，30 ℃ 水的比熱容為 4． 18kJ / \\( kg·℃ \\) ，水的密度為 1 000 kg / m3，溫差為 30℃ ，動力電單價為 0． 403 元 / \\( kW·h\\) ，生產時間為8 300 h / a，1 kW = 3 600 kJ / h。
\\( 1\\) 一、二期膜法脫硝回收離心母液沖洗水降低的冰機動力電消耗為:【公式】
4． 2 低硝鹽水回收降溫，降低一、二期冷凍冰機動力電消耗
經冰機降溫至0 ℃的離心母液沖洗水再經過預冷換熱器后，溫度在12 ℃左右。將前期排放的低硝鹽水回收降低冰機動力電消耗計算如下。已知: 0℃ 水的比熱容為 4． 21 kJ / \\( kg·℃ \\) ，溫差為 12 ℃ ，硝鹽水每天回收量為 108 m3，1 kW = 3 600 kJ/h，1個班\\( 12 h\\) 排放 2 次，1 天\\( 24 h\\) 排放 4 次，每次排放 27 m3，則低硝鹽水回收降低冰機動力電消耗為:【公式1】
4． 3 降低高純水消耗
已知高純水流量為 3． 85 m3/ h，則: 3． 85 × 8 300= 319 55\\( m3/ a\\) ，高純水單價 3． 45 元 / m3，即最少節約費用:【公式 2】
4． 4 降低蒸汽消耗
\\( 1\\) 經冰機降溫后，0 ℃離心母液沖洗水經過預冷換熱器溫度在 12 ℃左右，送往化鹽水罐; 通過蒸汽加熱將溫度控制在 60 ℃; 在此過程中須先將 12℃ 離心母液沖洗水升溫至 25 ℃ ，相比工業水化鹽增加了蒸汽消耗。已知: 12 ℃水的比熱容為 4． 19 kJ/\\( kg·℃\\) ，水的密度為 1 000 kg/m3，溫差為 13 ℃，則一、二期膜法脫硝回收離心母液沖洗水由12 ℃升高至 25 ℃需要消耗的熱量為：【公式3】
4． 5 節約生產成本
由以上計算得知，節約生產成本共計:71． 07 +21． 12 +11． 02 +7． 19 =110． 4\\( 萬元/ a\\) 。
不但節約能源和資源，而且降低生產成本，也為公司可持續發展和循環生產奠定堅實基礎。
5 結語
除了冷量回收外，電解系統的生產線長，水、電、氣等方面的節能降耗還有很大空間，而且，目前我國正在大力推行節能降耗，減少環境污染，中泰化學根據裝置的實際運行狀況，也在不斷尋找節能降耗突破口，希望能夠找到更多更好的節能降耗途徑。
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