化学工业的节能减排.doc

第一章化学工业的节能减排
第一节、化工行业的节能技术
化学工业是能源消耗和三废排放的重点产业，也是发展循环经济、节能减排潜力很大的行业。化学工业的主要高耗能产业是化肥、黄磷、电石、烧碱等。
1.1电石工业的节能技术
2007年修订的电石行业准入条件规定，新建电石企业电石炉初始总容量必须达到10万KVA及以上，其单台电石炉容量≥2.5万KVA。新建电石生产装置必须采用密闭式电石炉，电石炉气必须综合利用。鼓励新建电石生产装置与大型乙炔深加工企业配套建设。现有生产能力1万吨（单台炉容量5000KVA）以下电石炉和敞开式电石炉必须依法淘汰。2010年底以前，依法淘汰现有单台炉容量5000 KVA以上至12500 KVA以下的内燃式电石炉。
为电石行业开展清洁生产提供向导的《清洁生产标准--电石行业（HJ/T430-2008）》已发布，并将于2008年8月1日起实施。该标准将清洁生产指标分为六类，即生产工艺与装备要求、资源能源利用指标、产品指标、污染物产生指标(末端处理前)、废物回收利用指标和环境管理要求。其中每一类又分成三个级别，一级代表国际清洁生产先进水平，二级代表国内清洁生产先进水平，三级代表国内清洁生产基本水平。
(1)节能目标
《清洁生产标准--电石行业（HJ/T430-2008）》规定，每生产1吨电石，标煤消耗至少低于1.2t，电炉电耗至少低于3400kWh／t，焦炭单耗至少低于0.63t，石灰单耗至少低于1.05t，水的单耗至少低于2t；每千克电石的平均发气量至少大于280立升；而废物的利用率均要求达到100％。
(2)节能技术与要求
密闭式电石炉是指CO气体必须综合利用，正常生产时不允许炉气直排或点火炬。
①新建密闭式电石炉，容量必须在1.65万kVA 以上，并且配套炉气余热回收利用装置。高温炉气不允许直接排放。改扩建新增电石炉生产规模不得小于年产4.5万吨，除电力有余、外送困难地区，新建电石炉容量要尽可能在15000千伏安以上。改、扩建项目应采用节能型新工艺和高效设备。禁止再建敞开式电石炉。电石炉采用自焙煤砖做炉衬。
②推广炉气干法净化，回收利用电石炉气，大中型电石炉采用配料密闭和自动上料系统，采用空心电极生产技术。
③现有单台炉容量1.25千伏安及以上的内燃式电石炉，2010年底以前必须改造为合格的内燃式电石炉，鼓励改造为密闭式电石炉。改造的电石炉要求采用先进成熟技术，保证电石炉的安全、稳定和长周期运转。合格的内燃式电石炉具体要求如下：
 　　a）内燃式电石炉炉盖四周仅留有操作孔和观察孔，开孔面积占炉盖表面积的10%以下。
 　　b）采用原料破碎、筛分、烘干设备，确保原料粒度、水分达到工艺要求。
 　　c)采用自动配料、加料系统。
 　　d)电极升降、压放、把持系统必须采用先进的液压自动调节系统，使电极操作平稳，安全稳定可靠。
 　　e)采用微机等先进的控制系统。
1.2 烧碱行业的节能技术
①发展离子膜法生产技术：离子膜电解制碱具有节能、产品质量高、无汞和石棉污染的优点。
我国将不再建设年产1万吨以下规模的烧碱装置，新建和扩建工程应采用离子膜法工艺。2010年，由2000年的24.8%提高到49%左右，2020年，提高到75%。淘汰汞法烧碱工艺。
如果我国的隔膜法制碱改造100万吨为离子交换膜法制碱，综合节能可节约标煤412万吨。
②采用扩张阳极、改性隔膜技术改造的金属阳极(DSA)隔膜电解槽。这是近年来氯碱工业中电解过程改进的新技术。理论上，采用扩张阳极与改性隔膜每吨碱可节约直流电147kWh ，经济效益十分可观。
③采用大型可控硅整流机组；有载调压—变压—整流机组和计算机控制技术；提高盐水质量，实现长周期稳定运行；
④液体烧碱蒸发技术(三效逆流改造三效顺流)。采用三效逆流比三效顺流可更充分合理地利用加热蒸汽的热量，生产每吨碱可节省蒸汽一吨。
⑤高速自然强制循环蒸发器。采用高速自然强制循环蒸发器，可节省400万～500万吨蒸汽，全国按节省强制循环泵每吨碱节电30kWh，全行业年节电1.5亿 kWh。
⑥滑片式高压氯气压缩机。采用滑式高压氯气压缩机耗电85kWh，与传统的液化工艺相比，全行业年可节电23750万 kWh，同时还可减少大量的“三废”排放。碱厂现有纳氏泵应逐步更新为压缩机。
下游产业链节能技术(附加PVC生产的节能技术)
聚氯乙烯行业节能减排的主要课题应围绕降低电石消耗开展。在聚氯乙烯生产工艺中，单体精馏过程有一部分尾气直接对空排放，尾气中单体体积分数平均为15%，乙炔体积分数为2%，这部分气体的放空不仅增加了电石原料的消耗，而且又严重污染了大气。采用变压吸附装置利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分，不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加，减压下吸附量减少的特性，将被吸附气在一定压力下通过吸附剂床层，C2H3ClC2H2等沸点组分被选择性地吸附，H2、N2等低沸点组分不易吸附而通过吸附剂床层，从而实现C2H3ClC2H2与其他分离。然后在减压下解吸C2H3ClC2H2使吸附剂再生，再进行下一个吸附周期。
精馏尾气通过尾气回收装置，进行吸附解吸后，将解吸气C2H3ClC2H2送入转化器装置重新转化，达到回收目的。工艺流程图如下：

工艺控制指标如下：
被吸附气：压力0.55MPa，温度-5℃
净化气：净化度ρ(C2H3Cl)≤36mg/m3;ρ(C2H2)≤120mg/m3；
输出压力：0.45MPa 输出温度：≤40℃
解吸气：输出压力≥0.05MPa，温度≤40℃
聚氯乙烯精馏尾气变压吸附装置运行后，电石消耗明显降低，净化排放达到国家标准，真正实现了降低消耗，消除污染，增加效益的目的，实现了社会效益、经济效益双赢，也为电石法聚氯乙烯生产拓展了发展之路。
(4)技术发展趋势
目前世界烧碱生产工艺主要有离子膜法、隔膜法及水银法, 另有少量苛化法。离子膜法能耗低,产品纯度高, 污染小, 操作成本低, 是新建烧碱装置的首选。世界氯碱技术发展总体方向是规模大型化, 节能降耗技术将成发展重点。新建和扩建氯碱产能90%以上将采用离子膜法工艺, 该技术发展方向主要是高性能离子膜和电解槽技术的改进和应用。
PVC技术发展的主要方向是探索采用价格便宜的乙烷作原料, 用直接氧氯化法生产出低成本的氯乙烯单体; 改造平衡氧氯化工艺, 进一步降低生产成本; 进一步解决聚合体系的稳定性及防粘釜问题； 改进悬浮聚氯乙烯树脂的粒径分布以及开发使用性能更好的专用树脂, 如开发透明度更好的抗冲击氯化氯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚树脂, 研制更易于加工的聚氯乙烯薄膜专用树脂,改进丙烯酸酯改性的聚氯乙烯型材专用树脂的生产方法等; 在聚氯乙烯树脂加工应用方面, 通过共聚和共混改性生产具有特殊性能和用途的聚氯乙烯产品,增加产品附加值。
近年来, 中国聚氯乙烯( PVC)行业产能增长迅速, 在发展中电石法聚氯乙烯仍占据主要地位。由寿光新龙电化集团、北京瑞思达化工设备有限公司全国首创的干法制乙炔新技术成套工业化装置, 耗水量仅是原来的1/10, 因在环保和节能方面的突出优势, 目前已被中国氯碱协会推荐在全国进行推广。
1.3 橡胶行业的节能技术
橡胶行业是国民经济中消耗能源较大的行业之一，一个年产100万套轮胎企业每小时消耗蒸汽约40t，消耗电量约7000℃。目前轮胎企业用机械式轮胎硫化机硫化1100R20子午胎时，根据轮胎硫化机采取节能措施情况，每硫化一条轮胎可消耗蒸汽约110-180kg。研究开发节能型橡胶加工设备及利用节能技术改造设备，提高设备使用性能，是目前降低橡胶行业能耗的主要措施之一。
橡胶行业的节能技术主要有：
(1)炼胎设备节能措施：
① 提高密炼机转子转速和压坨压力；
② 利用智能密炼机控制系统节能；
③ 变速混炼工艺技能；
④ 采用新型转子提高混炼效率。
(2)高效节能新设备：
① 销钉机筒冷喂料挤出机作热炼供胎；
② 高效工程胎胎面挤出缠绕成型机；
③ 高效六角形钢丝圈挤出缠卷生产线；
④ 子午胎高效多鼓成型机；
⑤ 新型高效内胎接头机；
⑥ 纸塑再生利用平板机；
⑦ 推广吸收式热泵技术；
⑧ 研究开发直接干燥技术；
(3)轮胎硫化系统节能
轮胎硫化是轮胎生产过程中消耗蒸汽能源的主要工序。轮胎硫化机蒸汽能源的消耗受硫化机结构及硫化工艺的制约，且轮胎硫化机是定型产品，因此硫化机本身的节能潜力有限。
① 硫化工艺
a)氮气硫化
所谓氮气硫化是蒸汽加氮气硫化，蒸汽加热提供热能，氮气保压节能。因此，氮气硫化高效节能，降低生产成本，提高胶囊使用寿命，减少设备维护修理费用。
b)等压变温硫化工艺
其工艺是在轮胎用定型蒸汽定型后，在1min内缓慢充入1.4-1.6MPa高压蒸汽，保持若干分钟后充入一次过热水，将热水与高温蒸汽混合，热水循环若干分钟，内温和内压达到过热水的温度和压力，开始硫化。此时关闭热水回水阀，热水停止循环，轮胎逐渐达到正硫化，保压至硫化结束。关闭热水循环后，内温渐降。由于在轮胎硫化过程中大量减少过热水循环运行时间，通过节约热水而节约热能和电能降低生产成本。
②B型轮胎硫化机改用真空泵抽真空
③改造硫化机外压蒸汽冷凝水外排方式和泛汽利用
④新型节能轮胎硫化设备
a)电动螺旋式轮胎硫化机
b)轮胎硫化机组
c)节能轮胎硫化机
⑤热电联产
⑥轮胎硫化机供汽锅炉节能改造
根据轮胎硫化机供汽锅炉供汽量的变化，河南风神轮胎公司对一台20t/h链条锅炉的控制系统进行了改造。改造方案采用了上、下位机控模式，通过工业因特网相连。鼓风量、引风量、给煤量通过变频器控制燃烧控制系统，系统分为鼓风控制、蒸汽压力控制、炉膛负压控制三个部分。锅炉机组控制系统经过改造后，年节电节煤费用约50万元，若全部改造节能更可观。采用变频器控制给煤机，炉排电机速度可有效提高燃烧性能而节能。
(4)高效节能力车胎设备
①力车胎(摩托车胎)弹簧反包成型机
②丁基内胎接头机
③液压框式双层内胎硫化机组
(5)导热油加热技术的应用
导热油取代蒸汽、电加热硫化橡胶制品具有明显的节能效果。导热油的最佳应用温度为100-380℃，完全可以满足橡胶制品的硫化要求，目前已在少数橡胶制品生产企业应用，取得了良好的效果。
(6)橡胶机驱动系统节能措施
①节电器的应用
②交流变频调速的应用
(7)推广废橡胶生产中的节能技术
(8)淘汰年生产能力小于或等于50 万条的斜交轮胎，或以天然棉帘子布为骨架的轮胎。
1.4 化肥行业的节能技术
1.4.1 氮肥行业
1、合成氨节能技术
中国合成氨生产企业中小型居多,生产规模小,能耗与成本高,部分企业能耗高出世界先进水平近一倍。2005年我国合成氨工业消耗能源约79Mt标准煤,占石油和化学工业能源消耗总量的25.19% ,是我国化工行业耗能大户。
 (1)大型合成氨节能技术
①烃类蒸汽转化合成氨装置。一段炉烟气余热回收，降低烟道气排放温度；采用新型催化剂降低进料H2O/C，降低工艺蒸汽消耗量；采用“温和转化”或“换热转化”等设计，改变转化工艺或转化炉型，用燃气轮机驱动空气压缩机，燃气轮机的高温乏气送入一段炉作为补充空气。
②采用低水碳比高活性的催化剂，提高CO变换率，将变换炉由轴向床改为轴径向床。
③采用低能耗的脱碳工艺和新型高效填料
④采用新型合成塔内件配以小颗粒、高活性催化剂和合成回路改造。
⑤采用干煤粉或水煤浆加压气化，耐硫变换，低温甲醇洗、液氮洗，低压氨合成工艺，全低压分子筛大型空分装置。增设碳黑开路系统，优化气化工况。
⑥采用计算机集散控制系统(DCS)，对主要工艺参数实施优化控制。
 (2)中型合成氨节能技术
①以天然气为原料的企业，采用换热式转化炉。
②以煤为原料的企业。采用优化常压循环流化床间歇气化技术、富氧连续气化技术；采用国内开发的恩德炉粉煤气化和灰熔聚粉煤气化技术。
③采用NHD、MDEA、双塔再生等新脱碳工艺；推广轴径向合成塔内件和低温高活性催化剂，提高氨净值；
④采用膜分离或变压吸附回收氢技术。
 (3)小型合成氨节能技术
①合成氨生产：推广中低低变换工艺技术，淘汰中变或中串低技术；NHD 脱碳工艺技术；“DDS”及“888”脱硫工艺技术和精脱硫工艺技术；醇烃化精制合成氨原料气技术；推广新型ⅢJ-99、JR、NC 节能型氨合成系统。
低温低压氨合成催化剂，提高氨净值，降低合成压力；采用垂直筛板塔型用于传质传热过程；推广镍基钎焊热管换热器；氨合成过程集散控制（DCS）系统及优化控制系统。
推广全渣循环流化床锅炉；推广蒸汽自给和“两水”(冷却水、污水)闭路循环技术。
②尿素生产：推广新型高效尿塔内件；合成氨-尿素蒸汽自给技术；采用双塔并联工艺；采用予分离予蒸馏工艺；全循环尿素装置的高压圈汽提法技术；采用DL塔板及螺旋板、波纹管及蒸发式冷凝器等高效传质传热设备。
③新型催化剂助合成氨业节能：使用Amomax210H型预还原催化剂130t，其汽轮机蒸汽耗量每小时节约5t ,缩短还原时间3～4d ,节约还原开车费用约500万元，整个还原期间不但无稀氨水排放，还能产氨100多吨，增加产值约900万元；使用Amomax210H预还原催化剂及Amomax210H氧化型催化剂200t，可使日产氨量提高11.9%，平均年增产合成氨39kt,增产尿素63kt。新型氨合成催化剂在国内外39家企业成功应用的效果显示，该产品对合成氨行业的节能减排具有巨大的促进作用。中国石油和化工协会高度评价了这种新型氨合成催化剂。
2、尿素行业节能技术
(1)推广新型高效尿塔内件；
(2)合成氨-尿素蒸汽自给技术；
(3)采用双塔并联工艺；
(4)采用预分离预蒸馏工艺；
(5)全循环尿素装置的高压圈汽提法技术；
(6)采用DL塔板及螺旋板、波纹管及蒸发式冷凝器等高效传质传热设备。
3、其他环节节能技术
①先进的煤气化技术；节能的脱硫、脱碳技术
②全面推广两水零排放和氮肥生产节电200kWh工程；
1.4.2 磷肥行业节能技术
(1)磷肥行业节能目标
磷石膏年处理量超过10000kt，磷石膏排放量的22%将被综合利用；湿法精制磷酸代替热法磷酸；磷肥行业基本实现污水零排放；平均吨硫酸回收中压/低压蒸汽1t以上；低温位余热回收率达到10%；硫铁矿制酸烧渣深加工综合利用率达到30%；硫铁矿制酸和冶炼烟气制酸全部采用稀酸净化。
(2)节能技术
积极研发、推广磷灰石型磷矿选矿、磷酸二铵联产磷酸一铵、磷石膏制硫酸联产水泥、磷石膏制建材、硫铁矿制酸残渣深加工综合利用技术。
1.5 黄磷行业的节能技术
黄磷是一种高能耗产品，其单位产品能耗限额指标包括综合能耗、电耗和电炉电耗。现有黄磷装置单位产品能耗限额应符合表1-1要求：
表1-1 黄磷单位产品能耗限额
单位产品综合能耗     
tce/t(P)
单位产品电耗        kw.h/t(P)
单位产品电炉电耗      kw.h/t(P)
≤3.60
≤14200
≤13800
注：表中数值是指配合炉料中P2O5含量为24%时的执行标准值，当配合炉料P2O5含量增减时其数值增减按附录A方法计算。单位产品电炉电耗为评价值。
黄磷装置单位产品能耗限额先进值应符合表1-2要求：
表1-2 黄磷单位产品能耗限额先进值
单位产品综合能耗   
  tce/t(P)
单位产品电耗        kw.h/t(P)
单位产品电炉电耗      kw.h/t(P)
≤3.20
≤13400
≤13200
注：表中目标值是指配合炉料中P2O5含量为24%时的执行标准值，当配合炉料P2O5含量增减时其目标值增减按相关规定方法计算。
新建黄磷装置单位产品能耗限额先进值应符合表1-3要求：
表1-3 新建黄磷装置单位产品能耗限额准入值
单位产品综合能耗    
 tce/t(P)
单位产品电耗       kw.h/t(P)
单位产品电炉电耗      kw.h/t(P)
≤3.30
≤ 13500
≤13200
注：表中准入值是指配合炉料中P2O5含量为24%时的执行标准值，当配合炉料P2O5含量增减时其准入值增减按附录A方法计算。
黄磷行业的节能技术主要有：
(1) 针对制磷电炉系统节能措施。提高电炉系统内能量传递效率
(2) 制磷装置系统节能。强调精料入炉，提高原料预处理系统、收磷系统、冲渣系统、污水处理系统的能量利用率。

此外，借鉴南京化学工业有限公司磷肥厂的节能措施来分析制磷过程中的节能技术。
(1)电炉电耗的影响因素及节能措施
在黄磷生产过程中，电炉系统消耗的电能占黄磷综合能耗的72.86%，故电炉系统的节能工作是其重点。因此节能工作包括两方面：一是如何提高黄磷产量(本文不予讨论)；另一方面是如何减少生产过程中各种能量损耗。根据资料和该厂对制磷电炉热平衡测试的数据(见表1-4)看出，黄磷生产过程中能量传递效率(η)和各种损耗(∑△P/P、∑△Q/P)有关，即能量传递效率和变压器损耗△P1/P、短网损耗△P2/P、炉盖涡流损耗△P3/P、炉壳热损耗△Q4/P、炉渣带走热损耗△Q6/P、炉气带走热损耗△Q5/P、磷铁带走热损耗△Q7/P、以及炉内副反应消耗热量(△Q9/P)有关。而这些损耗又和电炉结构及其几何尺寸、电气参数、磷矿化学组成、优惠工艺指标控制有关，因此η值大小代表制磷电炉的生产水平高低。下面就上述各种损耗及相关的节能措施进行讨论。
表1-4  制磷电炉热平衡测试值
数据
来源
热量消耗(%)
△P1/P
(变压器)
△P2/P
(短网)
△P3/P
(炉盖)
△Q4/P
(炉壳)
△Q7/P
(磷铁)
△Q6/P
(炉渣)
△Q5/P
(炉气)
△Q8/P
(其他)
(△Q9+Q0)/P
(化学反应)
南京磷肥厂
1.5
72.3
12.1
34.0
50.2
29.3
72.6
23.51
54.25
参考
文献
1.40
0.60
0.20
6.80
0.40
29.30
4.10
1.70
55.50
参考
文献
热幅射损失
27.70-36.00
4.0-4.3
—
50.0-54.2
① 变压器损耗△P1/P，包括铜损和铁损。变压器损耗大小决定于其设计和制造水平(不属本文讨论范围)，但纵观我国较早投入运行的磷炉变压器，总损耗是额定变压器容量的1.5%-2.0%。若在新建或扩建相同规模黄磷装置时，应对变压器提出低损耗要求，即采用节能型磷炉变压器，其总损耗只有原来的一半，全年的节电量十分可贵。
② 短网损耗△P2/P，包括铜(铝)排、软母线、电极夹持器的损耗。从变压器二次侧出线端头到电极的二次母线总称短网。
虽然电炉短网长度不大，但流经短网的电流极大，故其损耗大小决定了取自电网的能量最有效地输入电炉和制磷装置的效率。从表1-5看出该厂短网损耗为2.31%，远大于国外的大型电炉0.60%，其原因可从短网形式、结构、材质等方面进行分析(见表1-5)。为了找出小型电炉短网损耗大的原因，对电炉短网进行测试，其结果如表1-6。
从表1-6看出，短网损耗主要集中在铝母排损耗和电极夹持器与电极接触损耗这两项。
表1-5  短网形式、结构、材质比较
名  称
小型电炉装置
大型电炉装置
变压器型式
1台三相变压器
3台单相变压器
母排型式
矩形截面母排(铜或铝)
通水冷却铜管
软 母 线
软铜线
软铜片
颚板型式
2块半圆形颚板、人工压紧
10块颚板用液压压紧
短网形式
短网采用炉旁三角形，母排上流过的是相电流，软母线流过的是线电流
短网通过电极接成三角形，短网上流过的是相电流、电极上流过的是线电流
评    价
三相布置不对称、短网长度长、炉内电极功率分配不均匀
三相布置对称、短网长度短、炉内电极间功率分配均匀

表1-6  小型电炉短网各部分损耗(△P2/P，%计)
变压器二次侧引线与铝母排接触损耗
铝母排损耗
铝母排和铜母线接触损耗
软铜母线损耗
电极夹持器与电极接触损耗
累计
0.06
1.10
0.23
0.04
0.88
2.31
③炉盖部分涡流损耗△P3/P，包括炉盖和电极水封的涡流损耗。为防止炉气漏出，耐热混凝土炉盖外层采用钢炉盖并和钢外壳联接，当载有大电流的电极穿过钢炉盖时便感应产生涡流，使部分电能转化成热能散发而损失。通常大型电炉炉盖涡流损耗为0.2%，而该厂为2.13%，是前者10倍。为便于分析，须从炉盖结构和材质两方面进行比较。大型电炉电极通过炉盖时为避免炉气逸出，一般采用“干封”结构，炉盖钢板采用抗磁不锈钢，钢炉盖分割成4块，彼此间绝缘，和钢壳体亦采取绝缘处理，因此钢炉盖部分涡流损耗很小。我国中小型电炉的电极通过炉盖时，为避免炉气逸出一般采用“水封”结构，水封和钢炉盖均采用碳钢，其损耗实际上包括炉盖和水封两部分损耗(见表1-7)。

表1-7  钢炉盖各部分损耗(△P3/P，%计)     
炉盖总损耗
其中钢炉盖损耗
其中水封损耗
2.13
0.55
1.58
为了降低中小型电炉炉盖部分涡流损耗，照搬大型电炉炉盖结构亦不切实际(因需向炉盖填料函内通入氮气)，国内一般采用三种方法：a）取消钢炉盖。此法虽消除了钢炉盖涡流损耗，但由于耐热混凝土炉盖密封性能差，炉气容易泄漏，而且在高温下(电炉生产不正常和电炉开、停炉时)和受力时(电极倾斜或电极折断事故的处理)炉盖易损坏，加上仍采用水封，故实际节能效果不显著而不易推广。b）钢炉盖仍采用碳钢，有水冷夹套，但将钢炉盖分割成三块，用不锈钢焊条进行焊接并形成10mm宽、厚20mm焊缝进行割磁，但效果不佳，测定结果如下：
                      碳钢焊条      不锈钢焊条
    二次电流          6 200A        6 200A
    室内温度          35℃          ≈35℃
    炉气温度          200-230℃     230℃
钢盖中心点温度        280-300℃     280-300℃
c）用抗磁不锈钢板(1Cr18Ni9Ti)制作炉盖并取消炉盖水冷却夹套。从表1-8看出，炉盖材质改用抗磁不锈钢后，炉盖中心点表面温度从碳钢炉盖的280-300℃下降至110℃，涡流损耗从0.55%下降至0.40%，效果尚可。小型电炉炉盖涡流损耗主要为水封涡流损耗，故电极水封材质亦须用抗磁不锈钢，经测定节能效果明显(见表1-9)。
表1-8  抗磁不锈钢炉盖的节能效果
项目名称
抗磁不锈钢炉盖
碳钢炉盖
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
电炉功率/kW
2 078
2 494
3 013
2 000
二次电流/A
6 857
7 200
7 919
6 200
室内温度/℃
15
4
25
35
炉气温度/℃
200
200
210
200-230
炉盖中心表面温度/℃
110
128
161
280-300
表1-9  水封材质对涡流损耗的的影响
材  质
电炉功率/kW
二次电流/A
涡流损失/1
#1
#2
#1
#2
#1
#2
碳  钢
2 300
3 000
8 800
8 600
1.75%
1.62%
抗磁不锈钢
1 500
4 100
6 600
11 800
0.50%
1.07%
④电炉炉壳热损耗△Q4/P，从前述计算讨论得知，小型电炉设计时因其电炉内径远大于电炉熔池直径，故其内壁产生“挂料”，因炉衬结构采用保温材料，且炉壳采用自然冷却方式，故其热损耗低，为1145.95×106 J/t P4,在总能耗中仅占4.05%。而大型电炉炉衬结构中没有采用保温材料,炉壳采用喷水强制冷却使其内壁产生“挂料”,炉壳热损耗为2 591×106 J/t P4,在总能耗中占6.8%,远大于小型电炉炉壳热损耗。故对小型电炉而言,炉壳采用喷水强制冷却是不合适的。上述结论是在电炉处于正常状态下得出,如果对电炉设计不合理或操作不当,炉壳热损耗就会大幅度增加。例如在电炉输入功率和内径不变的情况下,电极布置圆直径选择过大,造成流向炉壁电流增加,炉壁“挂料”减薄甚至消失。同样,如果炉料“焦比”选择过小或I/E值选择过大,均会造成电炉熔池直径变大,炉壁挂料减薄甚至消失。以上情况均会使炉壁外壳温度升高而导致炉壳热损耗增加。另外电极位置下移,促使炉渣过热,炉底温度升高而使热损耗增加。因此以上情况应尽量避免,做到合理设计,严格控制电炉生产时的优惠工艺指标。
⑤炉气热损失△Q5/P。从炉内进行热交换角度考虑,要求炉内的炉气排出量均匀,尽可能把高温炉气热量加以回收,提高电炉热效率。小型电炉由于流程中没有设置电除尘器,炉气温度一般在250-300℃。受炉气中磷蒸气露点限制,炉气温度不可能再降低。而大型电炉因炉底功率强度大,炉气温度下降梯度小,炉气温度高达500℃,故炉气带走的热量大于小型电炉。但这并非绝对,如果炉料中细粉过多、水分过高,造成炉内料层结拱,实际料层厚度变薄,炉气与炉料进行热交换不充分。如果炉料“焦比”或二次电压选择过高,使反应区上移、料层相对变薄,炉气与炉料进行热交换不充分。以上情况造成炉气出口温度升高,甚至达到500-900℃,这样既恶化电炉操作,又造成了随炉气带出的热损失增加。为此必须加强对磷矿等原料预处理,严格控制电炉操作,避免上述情况发生。
⑥炉渣带走的热损失△Q6/P在大型电炉和小型电炉中它们所占的比例较接近。影响炉渣热损耗大小的因素是炉渣量和炉渣温度,因此应选择合适的磷矿(P2O5含量不能太低,CaO含量不宜过高,SiO2含量适宜)以减少炉渣量。同时避免炉渣酸度指标控制过低或过高,以免造成炉渣熔点升高,还应避免炉料“焦比”和二次电压选择过低,造成电极位置偏低,使炉渣温度过高,随炉渣带走热损失增加。
⑦磷铁带走的热损失△Q7/P。随熔融磷铁带走热损失约为0.2%-0.4%,一般不易为人们所重视。事实上,由磷铁造成能量损失包括两部分：一部分为熔融磷铁带走热损失,影响其损耗大小的因素是磷铁生成量和熔融磷铁温度；另一部分为因化学反应生成磷铁而消耗能量,此外还造成磷的损失。根据计算,每生成一吨元素磷,因生成磷铁而消耗能量折电耗108 kW·h,占电耗0.78%,再加上0.2%,因此,生成磷铁而造成的能耗约占电耗的1%,再考虑损失磷37.13kg,换算成电耗,两者相加占电耗比例为4.49%,因此其损耗决不能忽视。如果再加上选择磷矿不当或电炉工艺指标控制不当则造成能耗损失更大,必须重视因磷铁而造成的能量损失。
(2) 磷铁生成量多少决定下述因素。
① 磷矿品位(P2O5)。磷的回收率随磷矿品位降低而降低,因此磷矿品位越低,则生产每吨磷所需磷矿量越多。为便于计算,假设磷的回收率和磷矿中Fe2O3含量(1.5%)不变,由磷矿带入电炉的Fe2O3总量随磷矿品位降低而增加(见表1-10),如果考虑磷的回收率影响,则由磷矿带入的Fe2O3量远大于表1-10中数值,带入Fe2O3量越多自然生成磷铁量就越多。故在生产时选用的磷矿品位不宜过低。
表1-10  随磷矿带入电炉的Fe2O3量(t P4 计)
名称
磷矿中w(Fe2O3)/1
37%
35%
30%
25%
20%
磷矿量/t
6.74
7.13
8.31
9.98
12.47
带入Fe2O3量/kg
101
107
124.7
149.7
187.65
② 磷矿中Fe2O3含量。磷矿中Fe2O3含量和矿种及矿点有关,Fe2O3越高则随磷矿带入的Fe2O3就越多,自然生成磷铁量就增加。
第二节、部分通用化工节能设备
2.1 锅炉节能（参见煤炭行业和电力行业）
2.2 风机泵类智能控制节电装置
节电原理：风机水泵类负载多是根据最大负荷工作需用量来选型,实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态,而且经常使用挡板、风门、回流阀或开/停机时间来调节风量或流量,因此大量的电能消耗在挡风板和阀门上。而频繁开机又会导致冲击电流较大,增加设备磨损,减少设备寿命。作为变转矩负载的风机水泵,其转矩与转速的平方成正比,其功率与转速的三次方成正比,通过在不同的负荷情况下自动改变电机的转速来满足负荷的需要,从而达到节能的目的。风机水泵都是控制流量的,其流量将随生产需要而变化,即其工作点在不同情况下是不一样的,如何在不同的工作点进行不同的调节,是节电的一个关键。

2.3 电机节电器
2.3.1节电器的基本原理
通过对电机的负荷及自感电势的检测,自动控制电机的供给电压及电压相位,使电机在运行中跟据负载的波动不断地处在调功调相运行,同时将部分无功功率释放转换为有功,使电机的功耗始终处在最低状态,可使电机在达到节能目的的同时对生产效率没有任何影响。这也区别于其它电机节电产品在节电的同时也降低了生产效率(如变频器、相控节电器等)。具体如下图：

2.3.2 节电器的性能参数
(1)节电器的外型图

(2)技术参数
  a. 设备类型：单/三相,可独立使用； b. 正常工作相电压电压范围：160~250V,节电要求市电相电压205V以上；c. 输入频率： 50Hz；d. 输出电压： 自动检测稳定(可调整)；e. 环境温度：-25℃--60℃无阳光直晒和雪花飘盖；f. 控制方式：单片微机； g. 电路模式：分立元件和贴片结合；h. 相对湿度：≤90%RH无水淋滴；i. 大气压力：75—125kpa。
   (3)产品特点
    a. 高节电率；b. 性能稳定、无干扰、对生产效率没有任何影响；c. 节能自动稳压；d. 故障自动旁路；e. 防雷保护,保护用电设备；f.专业型设计,设备持久耐用；g. 投资回收期短。
2.3.3 节电器所应用的设备
节电器主要应用于启动后稳定低负荷或波动负荷运行的电机,对稳定负荷率大于80%以上的电机无节电效率。
 (1)应用于主要如下电机：
  风机水泵、注塑机、车床、磨床、冲床、铣床、电钻、电焊机、工业洗衣机、液压机、破碎机、石材切割机、螺杆式空压机、挤塑机、挤压机、压铸机、电锯、及其它波动负载或低负荷稳定性负载的电机设备；
 (2)也可应用于各种电加热设备；
 (3)负荷率计算：电机运行电流/电机额定电流×100%=负荷率
2.4 密闭式高温凝结水回收系统

(1)节能原理：完善的密闭式高温凝结水回收系统,其技术措施是取消减温减压器、取消低压蒸汽输送管、详尽调查用汽设备热负荷、更换先进疏水阀、平衡回收管网压力、增设蒸汽喷射热泵和GY凝结水回收装置。
高压用汽设备经疏水阀出来的凝结水,依然具有较高品位的热能,可在其回收管网增设闪蒸系统,产生的较低品位的二次蒸汽尽量满足其它用汽设备的要求。
中压用汽设备可在其回收管网增设喷射热泵增压系统,用高压蒸汽抽吸低压闪蒸汽,混合形成能够满足工艺要求的工作蒸汽,供低压蒸汽用户使用,实现蒸汽能源的梯级利用,对疏水更有利。
低压用汽设备凝结水回收必须增设GY凝结水回收器,压力较高的凝结水进入回收器,由于压力骤降,发生闪蒸,生成压力较低的凝结水和闪蒸汽。凝结水汇集于回收器下部,闪蒸汽聚集于回收器上部。凝结水经水泵防汽蚀装置进入凝结水泵,加压后进入射水抽气器,引射聚集于回收器上部的闪蒸汽。在射水抽气器内,汽水混合,压力升高,闪蒸汽冷凝,放出冷凝热加热水泵送出的凝结水,使闪蒸汽放出的冷凝热得以回收。加热的凝结水进入除氧器,与软化水混合共同除氧后,由除氧给水泵送入锅炉,至此高温凝结水的余热资源得到充分回收循环利用。
至此,高中低压用热(蒸汽)设备派出的凝结水得以完全回收利用,实现了锅炉输送蒸汽－高压用汽设备－低压用汽设备－疏水管网－GY凝结水回收装置－除氧器或锅炉的蒸汽凝结水回收循环系统,取消了低压蒸汽输送管网,使蒸汽能源得以完善的梯级利用,能源利用效率得以极大提高。

(2)性能特点：
高效节能、减排环保：本系统采用先进的疏水阀、蒸汽喷射热泵、凝结水回收器等,使高压蒸汽得到合理的提及利用,解决了号称“泵癌”的高温水气蚀问题,使得高温凝结水和高能二次汽得以完全低位闭式回收,提高锅炉给水温度和凝结水回收率,节约锅炉燃料15％～30％和纯净的软化除氧水,减少温室气体排放,结束二次汽到处冒的现象,改善厂容厂貌。
机电一体、自动控制：GY凝结水回收器上部为罐体,下部为电机泵,结构紧凑,占地面积小,安装方便；采用液位、压力信号自动控制泵的启停,双泵自动切换运行,内部压力自动调节,非正常液位、压力自动报警、自动动作,安全可靠,智能化运行。若工厂有压缩空气源,则可取消电机泵,无需电源,改由压缩空气输送凝结水,满足工厂防爆的特殊要求。
减轻腐蚀、延长寿命：GY凝结水回收器是一个高于大气压的密闭系统,可防止氧气渗入,减少氧腐蚀,延长锅炉、用热设备和管路的使用寿命,并且还减轻除氧器负担,可适当提高疏水阀背压,减小疏水阀前后压差,减少启动次数,减少闪蒸汽损失,疏水细水长流,延长疏水阀寿命。
 (3)节能效益：回收高温凝结水热能的价值,提高系统热能利用率15％～30％。消除疏水阀漏汽和闪蒸汽损失的价值,闪蒸水量约占凝结水量的15％左右,热量占40％左右。回收凝结水本身软水的价值,确保凝结水回收率达到95％以上。确保设备投资回收期绝对不超过1年,经济效益和社会效益非常可观。
2.5 化验室节能设备
化工行业的化验室对于化工生产来说是至关重要的,而且其日常电能消耗对于产品生产而言似乎是微不足道的,但是节能得从点点滴滴做起。通常化验室最大的耗电设备多半是马弗炉。当前陶瓷纤维马弗炉现在最好的节能炉型,这是由于陶瓷纤维质地松软保温性能良好,与传统的耐火材料马弗炉相比炉体所配置的电功率大幅下降,而且炉子升温速度很快,供电线路的维护保养也显得方便,省电省时省工,使用起来很称心。此外,与传统的耐火材料马弗炉相比不仅节能而且重量轻了许多,搬动安装十分方便。该系列产品按使用温度来划分,从1000℃开始,最高使用温度可达1700℃。
第三节、化工行业减排技术
3.1 氯碱行业减排技术
氯碱装置生产出烧碱、氯气的同时,副产出一定数量的盐酸、氢气等,同时产生大量的盐泥、废水、氯气等。
3.1.1 盐泥的回收利用技术
采用分别提取有使用价值的组分方法来处理盐泥,从盐泥中分别提取硫酸钡、碳酸钙、氢氧化镁等,硫酸钡主要用于涂料、油墨、颜料、橡胶和橡胶塑料工业；碳酸钙主要用于建材或者橡胶、涂料、造纸等行业用填充剂；氢氧化镁是一种无机环保高效的塑料阻燃剂；有的企业还从盐泥中提取七水硫酸镁等。
3.1.2 废水的循环利用技术
废水来源有3类：第一类是数量较大的树脂再生、中和工序废水；第二类是各类机泵的冷却水；第三类是各类冲洗水。
实现氯碱生产中废水零排放的参考措施：
(1)离子膜废水处理
①高纯水再生废水处理
高纯水再生废水处理工艺流程示意图

②螯合树脂塔再生废水
螯合树脂塔再生时的返洗盐水全部进入储槽,用泵输送至化盐工序玻璃钢储槽中和回收,可在两只玻璃钢储槽中用中和循环泵进行处理,一只储槽进料或出料时另一只循环中和,交替使用。循环中和合格后的盐水再用泵输送至淡盐水或碱盐水储槽中作隔膜或离子膜化盐用。
③机泵冷却水
离子膜的所有机泵冷却水均集中在离子膜氢冷塔水池中,再用泵打至凉水塔热水池作补充水用。
(2)化盐废水处理
化盐所有的机泵冷却水均集中在隔膜氢冷塔水池中,用泵打至蒸发凉水塔水池作补充水。
(3)电解废水处理
①电解的氢冷却水与氯氢处理合用凉水塔,实现闭路循环使用。
②吸附冲洗阴极箱的废水,经过滤器将石棉绒过滤,清水打至化盐做工业用水。
(4)蒸发废水处理
①蒸发机泵冷却水均