引言随着“碳达峰”“碳中和”纳入我国生态文明建设整体布局，能源、交通、工业、建筑等多个重点行业将迎来新一轮变革。作为能耗大户，制盐行业如何实现节能减排、降低能源消耗已成为国内制盐行业共同关注的问题。制盐行业中工业余热资源丰富，在传统能源资源紧张、环保要求日益提高的当下，工业余热逐渐被视为除煤、石油、天然气、可再生能源后的第五大能源[1-2]。充分利用余热资源是实现工业节能减排战略目标的主要手段之一[3]。随着能源价格的持续上涨和以煤为代表的传统能源消耗总量和结构的控制，开展节能降耗、利用余热资源，是缓解制盐企业能源约束出路所在，也可为企业带来巨大的经济效益、环境效益和社会效益[4]。结合我国制盐行业能耗现状，对某制盐厂新建的余热回收利用系统进行分析，就该制盐厂改造前后的经济性进行分析评价。1我国制盐行业能耗现状目前，能源消耗过高是制约盐化工行业发展的关键因素，节能降耗已逐步成为制盐工艺优化革新的主要目标。近年来，制盐工艺引入多效蒸发装置及热泵工艺，进一步提升了制盐行业能源利用效率，以期实现更好的环境效益和社会效益[5-6]。制盐各工序能耗情况如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.016.T001表1制盐各工序能耗情况（折合千克标准煤）项目能耗/(千克标准煤)能耗比例/%合计186.38100采卤1.220.65输卤2.011.08蒸发163.0087.99干燥包装20.1510.28由表1可知，制盐行业生产工艺中蒸发工序是能耗最大的工序，占总能耗78%以上，因此，蒸发制盐工序是主要耗能节点和重大节能改造工序，使制盐企业的生产成本大幅增加。同时我国对碳排放提出了达峰目标，特别是对清洁生产和节能降耗等做出了具体的要求。制盐行业应加快能源转型发展，节能降耗，提高单位生产产品的能耗量，就必须在装置、设备的能源利用率上多下功夫。2余热回收应用实例分析2.1背景及概况某制盐厂制盐过程中温度为50 ℃、流量为4 500 m3/h的循环冷却水直接进入冷却塔进行冷却，冷却水中的低品位热量直接扩散到大气。而制盐前端工艺中温度为25 ℃、流量为400 m3/h的低温精卤水需要采用大量蒸汽对其预热，既白白浪费掉了大量的低品位循环冷却水中的热量，又额外增加了蒸汽的耗量。因此，需采取有效的节能降耗措施来解决该状况。2.2解决方案本余热回收方案的工艺设计在不改变现状制盐工艺基础上，利用换热设备对循环冷却水中的低品位热量进行回收，对精卤水进行预热。一方面，节约了制盐工艺中的燃煤消耗，锅炉产生的蒸汽直接用于预热后精卤水的多效蒸发过程，从而提升了燃料的利用效率，进一步降低了制盐工艺的生产成本；另一方面，循环冷却水与精卤水换热后降温，亦降低了冷却水塔的运行费用[7]。2.2.1工艺流程制盐厂热回收工艺设计流程如图1所示。精卤桶内的精卤水通过精卤泵加压后，依次进入一级、二级、三级和四级换热器管程，与换热器壳程内的冷却水换热。换热后的精卤水进入T201储罐。冷却水自大气混冷式冷凝器进入换热系统，加热精卤水后进入冷却塔进一步降温，此后由冷却水循环泵加压后返回冷凝器中。换热系统通过设置旁通管路，保证本系统停机检修时，制盐工艺能够正常运行。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.016.F001图1制盐场热回收工艺流程图根据运行数据统计，精卤水日均流量为8 000 m3/h，25 ℃的低温精卤水经过换热后温度提高至40 ℃，而循环冷却水温度由50 ℃降低至45 ℃。2.2.2设备选型考虑到精卤水流量较大、循环冷却水可利用温差较小，故考虑选择多级式管壳式换热器串联作为换热设备，经过HTRI换热设备模拟软件计算校核，选用4级管壳式换热器组成一套整套换热系统。（1）换热器管壳程选择。精卤水为换热器低温侧介质，有腐蚀性，易结垢，考虑后期便于后期检修和清洗，因此选用精卤水走换热器管程。据换热器相关设计标准，规定黏度大、易结垢的流体其流速不低于0.5 m/s。经核算，设计换热器管程流速为0.71 m/s，符合标准要求。冷却水为换热器高温侧介质，走换热器壳程。（2）换热器选型。换热器包括浮头式换热器、管板式换热器、釜式换热器、U形管换热器、板式换热器等。综合考虑换热介质物性参数及相关设计要求，精卤水黏度较大、腐蚀性较强，且换热器设计温差不大等特点，选用固定管壳式换热器。换热管道及壳体均选用316 L不锈钢材质。2.2.3设计参数换热器采用TEMA（美国管式换热器制造商协会标准）中的BEM类型，单台换热面积260 m2，总换热面积1 080 m2。换热系统共设置4台换热器，设计参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.016.T002表2单台换热器设计参数设计参数数值/备注型号BEM1100-0.1-256-6.0/38-2 I公称直径/mm1 100公称压力/MPa1.0公称面积/m2260管子尺寸/mm38×250管子数364管长/mm6 000管中心距/mm48管程数2管子排列方式正方形旋转 45°排列壳程数1折流挡板双弓横缺型折流挡板，折流板间距 450 mm，折流板圆缺率 25%。布置倾斜 3°2.3方案效果分析采用余热回收利用方案后，根据系统运行数据统计，精卤水日均流量为8 000 m3/h，25℃的低温精卤水经过换热后温度提高至40 ℃，而循环冷却水温度由50 ℃降低至45 ℃。精卤水的物理性质随温度变化而变化，不同温度下的卤素物性相差较大，为准确获取可靠的物性数据，本物性参数利用Aspen plus软件，通过UNIQUAC方程进行计算得出。32.5 ℃精卤水的比热容取值为3.21 kJ/(kg·K)，密度为1 100 kg/m3，1年运行300 天。全年余热回收量为：300×3.21×8 000×1 100×（40－25）=127 116 GJ。1 t标准煤热值按29 307 kJ/kg计算，全年节约能量折合成标煤约4 337.39 t，可减排CO2约10 813.09 t，SO2约325.3 t，NOX约162.7 t，运行过程中无有毒、有害气体排放，不产生粉尘、废渣。该方案通过换热系统回收循环冷却水的余热，对精卤水进行预加热，进一步降低了制盐工艺的能源消耗，从而减少了煤炭供能过程中的污染物排放、毁坏植被、影响生态等环境问题，具有非常突出的环境效益。根据该制盐厂所在地2020年4月1日“5500混煤”号煤炭报价为533 元/t，折合成标准煤价格为678.48 元/t，全年收益为294 万元，改造总投资为950 万元，静态投资回收期为3.23 年，具有较好的经济效益。同时，该方案的实施既可降低制盐工艺中煤炭的消耗强度，又可以缓解盐化工循环经济产业园煤炭许用和供应量的紧张局面，为居民生产、生活提供更优质的保障，具有良好的社会效益。上述各项分析表明，该制盐厂采用余热回收技术方案具有良好的可行性和可观的环境效益、经济效益及社会效益，可以降低制盐企业能耗，减少生产成本，提高企业在行业中的竞争力。3结语在“碳达峰”“碳中和”的推动下，清洁能源消费占比提升虽然刚刚开始，但已成定局。对于制盐行业，实施节能降耗任到重远，提高能源综合利用率，是制盐企业生存和发展的需要。采取切实可行的节能降耗措施和节能技术，是提高制盐企业综合效益的有效手段，也是增强企业自身竞争力的客观要求。实例中余热回收利用系统实现了制盐行业的技术升级与创新，既有助于提高制盐行业的综合能耗水平，降低能源消耗，又可减少二氧化碳的排放，对我国实现“碳达峰”“碳中和”的战略目标作出积极的贡献。