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摘 要：根据硫酸铵回收装置三效蒸发系统与单效蒸发系统相同生产负荷时的能源消耗量、主要操作指标进行对比和分析，总结出三效蒸发系统节能减排的几点方法，为单效硫酸铵蒸发系统节能技术改造提供相关依据和应注意的问题。
关键词：三效蒸发系统 蒸汽冷凝水 热泵
蒸发就是用加热的方法，将含有不挥发性溶质的溶液加热至沸腾状况，使部分溶剂汽化并被移除，从而提高溶剂中溶质浓度的单元操作。
将聚丙烯酰胺生产过程中的含氨废气，进行两级吸收后产生濃度约25%的稀硫酸铵溶液，经预热后温度达到60℃，通过一效加热室进行间接换热，换热后进入一效分离室进行汽液分离，在压差的作用下进入二效分离室，经过二效加热室换热后，由二效出料泵输送至旋流器， 旋流器底部固体含量较高的溶液进入稠厚器；旋流器顶部低浓度溶液送至三效分离室，经三效加热室换热，物料蒸发浓缩到固含量25%左右，经三效出料泵再输送至旋流器。旋流器顶部浓度较低的溶液回流至三效分离室继续浓缩，旋流器底部固体含量较高的溶液进入稠厚器增稠，通过离心机脱水后的固体结晶再进行烘干、称重、包装。
一、单效蒸发与三效蒸发对比情况
1.能源消耗对比
稀硫铵液在单效蒸发系统和三效蒸发系统生产过程中，都是在采用水环真空泵抽取负压下的蒸发室（分离室）内进行的，所消耗的能源种类基本相同。通过对单效蒸发装置和三效蒸发装置在稀硫铵液浓度均为21～22%、日产量均为31吨时的能源消耗数据对比，单效蒸发消耗：循环水消耗约5500吨、蒸汽148吨、电4320千瓦时；三效蒸发消耗：循环水消耗约4600吨、蒸汽47吨、电4300千瓦时；可以看出，1.0MPa蒸汽是蒸发过程中主要的消耗能源，占生产装置综合能耗的70%左右，三效蒸发装置1.0MPa蒸汽的使用量较单效蒸发装置降低约100吨/天，实现节能效果。
2.操作参数对比
通过对主要操作参数进行统计和对比，可以看出在抽出过饱和硫酸铵溶液的蒸发室（三效分离室）内，操作压力均为25kPa（A）、温度在65-75℃、液位在40-80%。
二、 三效蒸发系统节约蒸汽方法的分析
1.三效蒸发系统蒸汽冷凝水的应用
一效加热室的热源为一次蒸汽和部分一效分离室内稀硫铵液蒸发后聚集在顶部的二次蒸汽，经过热泵混合、压缩后的温度约为150℃，通过与温度约60℃的稀硫铵液换热，将一效分离室内稀硫铵液加热至110℃。换热产生的冷凝水进入冷凝水预热器，将温度约40℃的稀硫铵液加热到60℃。
三效分离室顶部硫铵液蒸发出来的二次蒸汽，在真空泵作用下经过乏汽预热器将20℃的稀硫铵液预热到40℃，产生的冷凝液流入冷凝水缓冲罐。
从以上三效蒸发系统蒸汽使用的流程，可以看出三效蒸发仅在一效加热室中使用动力装置供应的一次蒸汽，将硫铵液蒸发产生的二次蒸汽在二效加热室、三效加热室中重复使用，并且利用乏汽预热器、冷凝水预热器将温度20℃的稀硫铵液预热到60℃，也大大降低了一效加热室蒸汽的消耗量。所以利用蒸汽冷凝水对稀硫铵液进行预热，是简便的降低提浓蒸汽消耗量方法之一。
2.热泵的应用
蒸汽热泵（又称喷射泵）是一种特殊结构的流体喷射设备，三效蒸发系统的热泵安装在一效分离室顶部，当一次蒸汽通过热泵内部喷嘴时产生高速气流，在喷嘴附近就会产生低压区，稀硫铵液蒸发产生的低压二次蒸汽被吸入混合室后形成混合蒸汽，一次蒸汽在膨胀的同时压缩二次蒸汽，使被压缩的蒸汽通过扩压室，重新进入换热器内与物料进行换热，从而达到降低一次蒸汽消耗量的目的。二效加热室的热源为一效分离室顶部剩余的二次蒸汽，温度约为105℃，三效加热室的热源为二效分离室顶部的二次蒸汽，温度约为80℃，产生的冷凝水与二效加热室冷凝水混合后，排入冷凝水缓冲罐。
通过热泵的应用，合理使用稀硫铵液蒸发出来的二次蒸汽，是三效蒸发系统减少提浓蒸汽消耗量的方法之二。
三、结论
三效蒸发系统节约一次蒸汽的两项方法是：使用蒸汽凝水预热稀硫铵液、在分离室顶部通过一台热泵合理使用二次蒸汽。结合单效蒸发系统的蒸汽耗量大、冷凝水温度高的生产状况，也可以增加一台蒸汽凝水预热器或在原料罐安装蒸汽凝水加热盘管，将稀硫铵液预热至70℃，既可降低蒸发器加热器的加热蒸汽消耗量，又可以避免稀硫铵液冷却时造成的聚合物沉积、堵塞；另外再增加一台蒸汽热泵安装在蒸发器加热器上，使蒸发器内稀硫铵液蒸发产生的二次蒸汽混合、压缩到蒸发器加热器中，来增加效能，均可实现降低单效蒸发装置的蒸汽耗量目的。
但是单效蒸发系统的稀硫铵液中含有聚合物，随着生产周期的延长和稀硫铵液处理量的增加，聚合物含量也不断增多，聚合物的粘度大、易积挂，可能会造成冷凝水预热器列管和热泵的喷嘴堵塞，并且列管式换热器内部如果出现泄漏，冷凝水串入稀硫铵液中时，反而会增加蒸发器加热器的负荷，而且蒸汽喷射热泵对一次蒸汽和二次蒸汽的压力有比较严格的要求，如果设计不当或实际工况与设计不符时，就会造成热泵工作性能下降，所以需要在设计时制定出详细的、可行的防堵、防漏措施和热泵压力调节方案，才能真正实现单效蒸发系统节能降耗的目的。
作者简介：孙海勇，大庆炼化公司聚合物一厂硫铵车间工艺技术员，助理工程师。
关键词：三效蒸发系统 蒸汽冷凝水 热泵
蒸发就是用加热的方法，将含有不挥发性溶质的溶液加热至沸腾状况，使部分溶剂汽化并被移除，从而提高溶剂中溶质浓度的单元操作。
将聚丙烯酰胺生产过程中的含氨废气，进行两级吸收后产生濃度约25%的稀硫酸铵溶液，经预热后温度达到60℃，通过一效加热室进行间接换热，换热后进入一效分离室进行汽液分离，在压差的作用下进入二效分离室，经过二效加热室换热后，由二效出料泵输送至旋流器， 旋流器底部固体含量较高的溶液进入稠厚器；旋流器顶部低浓度溶液送至三效分离室，经三效加热室换热，物料蒸发浓缩到固含量25%左右，经三效出料泵再输送至旋流器。旋流器顶部浓度较低的溶液回流至三效分离室继续浓缩，旋流器底部固体含量较高的溶液进入稠厚器增稠，通过离心机脱水后的固体结晶再进行烘干、称重、包装。
一、单效蒸发与三效蒸发对比情况
1.能源消耗对比
稀硫铵液在单效蒸发系统和三效蒸发系统生产过程中，都是在采用水环真空泵抽取负压下的蒸发室（分离室）内进行的，所消耗的能源种类基本相同。通过对单效蒸发装置和三效蒸发装置在稀硫铵液浓度均为21～22%、日产量均为31吨时的能源消耗数据对比，单效蒸发消耗：循环水消耗约5500吨、蒸汽148吨、电4320千瓦时；三效蒸发消耗：循环水消耗约4600吨、蒸汽47吨、电4300千瓦时；可以看出，1.0MPa蒸汽是蒸发过程中主要的消耗能源，占生产装置综合能耗的70%左右，三效蒸发装置1.0MPa蒸汽的使用量较单效蒸发装置降低约100吨/天，实现节能效果。
2.操作参数对比
通过对主要操作参数进行统计和对比，可以看出在抽出过饱和硫酸铵溶液的蒸发室（三效分离室）内，操作压力均为25kPa（A）、温度在65-75℃、液位在40-80%。
二、 三效蒸发系统节约蒸汽方法的分析
1.三效蒸发系统蒸汽冷凝水的应用
一效加热室的热源为一次蒸汽和部分一效分离室内稀硫铵液蒸发后聚集在顶部的二次蒸汽，经过热泵混合、压缩后的温度约为150℃，通过与温度约60℃的稀硫铵液换热，将一效分离室内稀硫铵液加热至110℃。换热产生的冷凝水进入冷凝水预热器，将温度约40℃的稀硫铵液加热到60℃。
三效分离室顶部硫铵液蒸发出来的二次蒸汽，在真空泵作用下经过乏汽预热器将20℃的稀硫铵液预热到40℃，产生的冷凝液流入冷凝水缓冲罐。
从以上三效蒸发系统蒸汽使用的流程，可以看出三效蒸发仅在一效加热室中使用动力装置供应的一次蒸汽，将硫铵液蒸发产生的二次蒸汽在二效加热室、三效加热室中重复使用，并且利用乏汽预热器、冷凝水预热器将温度20℃的稀硫铵液预热到60℃，也大大降低了一效加热室蒸汽的消耗量。所以利用蒸汽冷凝水对稀硫铵液进行预热，是简便的降低提浓蒸汽消耗量方法之一。
2.热泵的应用
蒸汽热泵（又称喷射泵）是一种特殊结构的流体喷射设备，三效蒸发系统的热泵安装在一效分离室顶部，当一次蒸汽通过热泵内部喷嘴时产生高速气流，在喷嘴附近就会产生低压区，稀硫铵液蒸发产生的低压二次蒸汽被吸入混合室后形成混合蒸汽，一次蒸汽在膨胀的同时压缩二次蒸汽，使被压缩的蒸汽通过扩压室，重新进入换热器内与物料进行换热，从而达到降低一次蒸汽消耗量的目的。二效加热室的热源为一效分离室顶部剩余的二次蒸汽，温度约为105℃，三效加热室的热源为二效分离室顶部的二次蒸汽，温度约为80℃，产生的冷凝水与二效加热室冷凝水混合后，排入冷凝水缓冲罐。
通过热泵的应用，合理使用稀硫铵液蒸发出来的二次蒸汽，是三效蒸发系统减少提浓蒸汽消耗量的方法之二。
三、结论
三效蒸发系统节约一次蒸汽的两项方法是：使用蒸汽凝水预热稀硫铵液、在分离室顶部通过一台热泵合理使用二次蒸汽。结合单效蒸发系统的蒸汽耗量大、冷凝水温度高的生产状况，也可以增加一台蒸汽凝水预热器或在原料罐安装蒸汽凝水加热盘管，将稀硫铵液预热至70℃，既可降低蒸发器加热器的加热蒸汽消耗量，又可以避免稀硫铵液冷却时造成的聚合物沉积、堵塞；另外再增加一台蒸汽热泵安装在蒸发器加热器上，使蒸发器内稀硫铵液蒸发产生的二次蒸汽混合、压缩到蒸发器加热器中，来增加效能，均可实现降低单效蒸发装置的蒸汽耗量目的。
但是单效蒸发系统的稀硫铵液中含有聚合物，随着生产周期的延长和稀硫铵液处理量的增加，聚合物含量也不断增多，聚合物的粘度大、易积挂，可能会造成冷凝水预热器列管和热泵的喷嘴堵塞，并且列管式换热器内部如果出现泄漏，冷凝水串入稀硫铵液中时，反而会增加蒸发器加热器的负荷，而且蒸汽喷射热泵对一次蒸汽和二次蒸汽的压力有比较严格的要求，如果设计不当或实际工况与设计不符时，就会造成热泵工作性能下降，所以需要在设计时制定出详细的、可行的防堵、防漏措施和热泵压力调节方案，才能真正实现单效蒸发系统节能降耗的目的。
作者简介：孙海勇，大庆炼化公司聚合物一厂硫铵车间工艺技术员，助理工程师。