新疆中泰化学( 集团) 股份有限公司( 以下简称“中泰化学”) 在膜法脱硝冷冻单元循环降温过程中采取有效的管理、技术改造和优化措施，通过浓缩盐水回收、冷量循环利用、离心母液冲洗水优化改造，降低了蒸汽、高纯水以及冷冻冰机的动力消耗，达到了节能减排的目的。
1 生产工艺现状
中泰化学膜法脱硝冷冻单元循环降温工艺流程如图 1 所示。【图1】
自 2012 年 9 月开车到 2013 年 5 月 17 日，一、二期膜法脱硝冷冻单元离心机冲洗水分别来自离心机机封水和浓缩盐水泵机封水。用 5 000 mL 取样桶和 500 mL 烧杯现场测量离心机冲洗水量，发现:
一期脱硝 6 s 最少水量为 5 000 mL，二期脱硝 6． 8 s最少水量为 5 000 mL。连续测试和记录 3 次，由此计算出: 离心机冲洗水一期最少量为 3 m3/ h，平均流量为 3． 25 m3/ h，而膜组件出口浓缩盐水总流量为 10． 6 m3/ h，即冲洗水占浓缩盐水总量的最小比例为 28． 3%; 二期冲洗水最少量为 2． 65 m3/ h，平均流量为 2． 85 m3/ h，而膜组件出口浓缩盐水总流量为 11． 3 m3/ h，即冲洗水占浓缩盐水总量的最小比例为 23． 45%。一、二期离心母液冲洗水进入脱硝冷冻单元，增加了冰机、离心机和冷冻系统的运行负荷。自开车以来离心机超负荷运行导致油泵故障造成脱硝装置停车共计 4 次，既增加了脱硝冷冻单元设备运行的负荷又提高了故障率。前期，在调低离心母液冲洗水流量的条件下，离心母液下料管多次堵塞，若不考虑用离心机机封水和浓缩盐水泵机封水作为离心母液冲洗水，则每台机泵机封水量按照0． 3 m3/ h 计算，离心母液冲洗水一期多消耗高纯水2． 1 m3/ h，二期多消耗高纯水 1． 75 m3/ h，共计多消耗高纯水 3． 85 m3/ h。由于离心母液冲洗水经离心母液罐全部进入冷冻系统沉降器，经过循环降温后溢流至低硝盐水罐，最终由低硝盐水泵送往预冷换热器，再经冷量回收后，低硝盐水进入化盐系统; 由于冲洗水持续进入冷冻系统，低硝盐水罐送往化盐系统的低硝盐水流量增加，导致低硝盐水罐液位持续升高。岗位操作人员每 12 h 排放 1 次低硝盐水，每次排放60%液位，排放量为27m3。排放过程中造成冷量无法回收利用而损失，也增加了岗位操作人员的劳动强度。离心母液冲洗水进入冷冻单元造成冷量损失，导致一、二期沉降器温度无法控制在0 ℃以下，结晶效率下降，送往化盐的低硝盐水 SO2 －4质量浓度平均在 14． 6 g/L 以上，脱硝效率偏低。离心母液冲洗水通过离心机进入离心母液罐，由离心母液泵进入沉降器，然后一部分由增压泵送往沉降器循环降温，另一部分溢流至低硝盐水罐，再由低硝盐水泵经过预冷换热器降温后送往化盐水罐。离心母液冲洗水通过冷冻单元各机泵循环降温，增加冷冻单元机泵和冰机的运行负荷，造成动力消耗升高。
离心母液冲洗水经过冷冻单元降温后，经过预冷换热器送往化盐水罐，再通过蒸汽换热，温度由2 ℃左右升至 60 ℃，造成蒸汽消耗升高。
2 改造方案
对一、二期膜法脱硝冷冻单元离心机冲洗水进行改造，由浓缩盐水换热器出口引浓缩盐水至离心母液下料口替代现有的冲洗水; 将前期加入冷冻单元的冲洗水从系统中切出，在不增加冷冻单元负荷的情况下通过系统本身的浓缩盐水冲洗离心母液。
改造后工艺流程如图 2 所示。【图2】
3 节能综合利用
( 1) 优化改造后，低硝盐水罐无须排放，彻底解决了低硝盐水罐的定期排放问题，降低了岗位操作人员的劳动强度，便于操作。
( 2) 一、二期离心母液冲洗水由浓缩盐水换热器出口浓缩盐水代替，将前期加入冷冻单元的冲洗水从系统中切出，离心机运行负荷降低 25． 8%，大幅度降低了冰机、离心机等关键设备运行故障率。
( 3) 经过优化改造，一、二期冷冻系统沉降器温度均可控制在0 ℃以下，提高了芒硝的结晶效率，送往化盐的低硝盐水中的 SO2 －4质量浓度平均在9． 5g / L 以下，脱硝效率明显提高。
4 经济效益分析
4． 1 降低一、二期冷冻冰机动力电消耗
进入冷冻单元的离心母液冲洗水温度在30 ℃，经冰机降温至 0 ℃ 左右，30 ℃ 水的比热容为 4． 18kJ / ( kg·℃ ) ，水的密度为 1 000 kg / m3，温差为 30℃ ，动力电单价为 0． 403 元 / ( kW·h) ，生产时间为8 300 h / a，1 kW = 3 600 kJ / h。
( 1) 一、二期膜法脱硝回收离心母液冲洗水降低的冰机动力电消耗为:【公式】
4． 2 低硝盐水回收降温，降低一、二期冷冻冰机动力电消耗
经冰机降温至0 ℃的离心母液冲洗水再经过预冷换热器后，温度在12 ℃左右。将前期排放的低硝盐水回收降低冰机动力电消耗计算如下。已知: 0℃ 水的比热容为 4． 21 kJ / ( kg·℃ ) ，温差为 12 ℃ ，硝盐水每天回收量为 108 m3，1 kW = 3 600 kJ/h，1个班( 12 h) 排放 2 次，1 天( 24 h) 排放 4 次，每次排放 27 m3，则低硝盐水回收降低冰机动力电消耗为:【公式1】
4． 3 降低高纯水消耗
已知高纯水流量为 3． 85 m3/ h，则: 3． 85 × 8 300= 319 55( m3/ a) ，高纯水单价 3． 45 元 / m3，即最少节约费用:【公式 2】
4． 4 降低蒸汽消耗
( 1) 经冰机降温后，0 ℃离心母液冲洗水经过预冷换热器温度在 12 ℃左右，送往化盐水罐; 通过蒸汽加热将温度控制在 60 ℃; 在此过程中须先将 12℃ 离心母液冲洗水升温至 25 ℃ ，相比工业水化盐增加了蒸汽消耗。已知: 12 ℃水的比热容为 4． 19 kJ/( kg·℃) ，水的密度为 1 000 kg/m3，温差为 13 ℃，则一、二期膜法脱硝回收离心母液冲洗水由12 ℃升高至 25 ℃需要消耗的热量为：【公式3】
4． 5 节约生产成本
由以上计算得知，节约生产成本共计:71． 07 +21． 12 +11． 02 +7． 19 =110． 4( 万元/ a) 。
不但节约能源和资源，而且降低生产成本，也为公司可持续发展和循环生产奠定坚实基础。
5 结语
除了冷量回收外，电解系统的生产线长，水、电、气等方面的节能降耗还有很大空间，而且，目前我国正在大力推行节能降耗，减少环境污染，中泰化学根据装置的实际运行状况，也在不断寻找节能降耗突破口，希望能够找到更多更好的节能降耗途径。
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