一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置的制作方法

本技术涉及化工制碱行业余热回收节能。特指一种基于有机朗肯循环(organic rankine cycle，简称orc)原理加磁悬浮高速永磁径向透平膨胀发电技术，利用离子膜制碱工艺电解液(32％浓度烧碱)的余热进行发电的装置。

背景技术：

1、离子膜电解制碱工艺(图2所示)是我国企业中最常用的。生产的烧碱应用于石油精炼、医药以及印染和纺织等方面较多，附加产生的氢气和氯气能够混合形成盐酸，可进一步加工成甲烷氯化物等。

2、当前，科技技术不断升级，利用各种形式改进生产设备、提高工艺流程成为了企业的第一目标。在制碱生产工艺过程中多工段均产生大量的热能，对一些高品位热能，国内大型制碱企业已经采取了相应的回收利用措施，但仍有很多可利用的低品位余热未被合理利用。

3、按照余热的温度不同可以分为以下三种：低温余热、中温余热和高温余热。通常情况下，定义温度低于220℃的余热称之为低温余热：温度处于220～650℃的余热称之为中温余热；温度高于650℃的余热称之为高温余热。在工业生产过程中产生的低温余热能占到50％以上，但利用率确很低。

4、低品位热能的高效利用是解决能源问题的一个重要途径，低品位热能包括工业低温余热以及新能源领域的地热能、太阳能、生物质能等。对低品位热能的利用，不仅能够提高能源利用率，促进节能减排，还能优化能源供给结构，具有重要的现实意义。

5、离子膜制碱工艺的电解液(32％浓度烧碱)存在大量未被完全利用的低品位余热资源，原有处理方式为通过循环冷却水将电解液从85℃降低到80℃或者更低，这样造成能源浪费。

6、orc是一种已经证实的可将低品位热能转化为电能的发电系统，该系统通过蒸发器使低品位热能与有机工质进行热交换，有机工质吸热后由液体相变为气态，高压的有机工质蒸气驱动透平膨胀机做功，实现热能转化为机械能，并带动发电机转动，产生电能。蒸气状态的有机工质在膨胀机内释放能量后，由膨胀机出口进入冷凝器并冷却为液体，并通过工质泵加压后再次进入蒸发器开始新的循环。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是要提供一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，该装置利用电解液降温过程中产生的余热发电，实现余热的高效利用。

2、本实用新型的技术方案：

3、一种适用于离子膜制碱工艺电解液余热利用的装置包括电解液热源输入系统和用于发电的发电循环系统。

4、所述电解液热源输入系统包括碱液冷却器、蒸发器、预热器、循环泵、补水泵和补水箱，所述碱液冷却器热侧进口与离子膜制碱工艺电解出来的电解液管路连接，碱液冷却器热侧出口与冷却后的电解液管路连接，所述碱液冷却器冷侧出口通过管路和第二阀门与蒸发器热侧进口连接，蒸发器热侧出口通过管路与预热器热侧进口连接，预热器热侧出口通过管路及循环泵和第三阀门与碱液冷却器冷侧进口连接，碱液冷却器冷侧进口与第三阀门之间通过三通、第五阀门、补水泵和补水箱连接。

5、本实用新型的有益效果：

6、1、本申请是一种针对化工制碱工艺系统余热的回收，将热能转化为机械能再转化为电能，实现余热的高效利用，既能节能减排，又给企业降低成本，同时降低直排所带来的温室效益风险。

7、2、本申请根据现有年产20万吨烧碱的产能进行计算，500t/h的碱液从85℃降到80.5℃，每小时产生2300kw热负荷，根据低温余热发电热电转化比8％进行计算，每小时余热发电约为170kw，扣除系统用电设备的损耗，每小时可保证140kw的净发电功率，并且原系统循环冷却水的泵耗也降低50％，因此当碱液从温度85℃降到80.5℃，年节电效果约为120万度电。如果系统将碱液的温度将至更低，所释放出的热负荷更多，年节电效果更为明显。

8、3、本申请中发电循环系统中使用是磁悬浮高速永磁径向透平膨胀发电机，现有传统膨胀机多为螺杆膨胀机发电机，螺杆膨胀机发电机主要缺点为：

9、a、运转噪音较大、一般情况下需安装消声降噪设备。

10、b、功耗相对稍高。

11、c、长期运转后螺杆间隙会变大，定期修复或更换费用较大。

12、而磁悬浮高速永磁径向透平膨胀发电则：

13、a、热效率较高；

14、b、设备紧凑，整套系统便于集成撬装；

15、c、运转噪音低；

16、d、轴承为非接触式运行、低能耗、无润滑系统、无密封、部件终身免维护、成本低、实时检测转子的不平衡性。

17、e、使用寿命长，发电机组使用寿命可达10-15年。

18、4、本发明一种适用于离子膜制碱工艺电解液(32％浓度烧碱)余热利用的方法及装置示范性样点用在北方，在冬、春、秋季节完全满足设计需求，但由于夏季温度在30℃以上，循环冷却水温度升高无法将工质完全冷凝，这种情况会导致系统的发电效率降低，解决方法可采用增大热源流量的方式，调节发电功率。

技术特征：

1.一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，其特征在于：包括电解液热源输入系统和用于发电的发电循环系统，

2.根据权利要求1所述的一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，其特征在于：所述碱液冷却器冷侧出口与第二阀门之间通过三通连接饱和蒸汽管路，在饱和蒸汽管路上装有第一阀门；在碱液冷却器冷侧进口与第三阀门之间通过三通连接饱和蒸汽管路，在饱和蒸汽管路上装有和第四阀门。

4.根据权利要求2所述的一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，其特征在于：所述冷凝器采用循环冷却水为冷源。

5.根据权利要求1所述的一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，其特征在于：所述蒸发器采用钎焊换热器，至少一台。

6.根据权利要求1所述的一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，其特征在于：碱液冷却器与蒸发器之间管路介质为水或者乙二醇。

7.根据权利要求1所述的一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，其特征在于：本申请装置的管道加装保温层。

8.根据权利要求2所述的一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，其特征在于：所述工质泵采用变频工质泵。

技术总结本技术涉及一种离子膜制碱工艺电解液余热利用装置，包括电解液热源输入系统和用于发电的发电循环系统。电解液热源输入系统的碱液冷却器热侧进口与离子膜制碱工艺电解出来的电解液管路连接，碱液冷却器热侧出口与冷却后的电解液管路连接，所述碱液冷却器冷侧出口通过管路和第二阀门与蒸发器热侧进口连接，蒸发器热侧出口通过管路与预热器热侧进口连接，预热器热侧出口通过管路及循环泵和第三阀门与碱液冷却器冷侧进口连接，碱液冷却器冷侧进口与第三阀门之间通过三通、第五阀门、补水泵和补水箱连接。本申请将热能转化为机械能再转化为电能，实现余热的高效利用，节能减排，同时降低直排所带来的温室效益风险。技术研发人员：徐超,李智博,肖井双,张健超,徐红伟受保护的技术使用者：四平巨元换热系统集成有限公司技术研发日：20230927技术公布日：2024/6/5