管式爐煙道氣余熱在硫銨干燥中的應(yīng)用

曹 毅，王 歡，林金良，耿艷麗

（山鋼股份萊蕪分公司 焦化廠，山東 萊蕪271104）

節(jié)能減排

管式爐煙道氣余熱在硫銨干燥中的應(yīng)用

曹 毅，王 歡，林金良，耿艷麗

（山鋼股份萊蕪分公司 焦化廠，山東 萊蕪271104）

山鋼股份萊蕪分公司焦化廠通過(guò)熱管換熱器回收粗苯管式加熱爐排煙余熱加熱空氣，取代原硫銨振動(dòng)流化床干燥的蒸汽加熱系統(tǒng)用于硫銨干燥，減少蒸汽消耗和降低廠區(qū)內(nèi)廢水的產(chǎn)生量，達(dá)到了節(jié)能減排、降低成本的目的。

管式爐；余熱；硫酸銨；干燥

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司焦化廠回收車間煤氣脫氨系統(tǒng)采用噴淋式飽和器工藝，其產(chǎn)品硫酸銨結(jié)晶需要在沸騰干燥床中用約140℃熱空氣干燥后成為硫酸銨成品。該工藝需要的干燥輔助設(shè)備多，工藝過(guò)程復(fù)雜，熱源由廠區(qū)蒸汽提供，設(shè)備能耗高，生產(chǎn)成本大。焦化廠粗苯工序管式加熱爐使用焦?fàn)t煤氣燃燒加熱洗油，煤氣消耗合計(jì)約3500m3/h，廢氣溫度在350℃以上，煙道廢氣排放量約為21000m3/h，煙氣熱損失約為38543 kJ/h，造成浪費(fèi)。

為進(jìn)一步降低焦化廠能源消耗和生產(chǎn)成本，提高能源利用效率，焦化廠對(duì)硫銨干燥的加熱系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，將管式爐余熱替代蒸汽作為硫銨干燥熱源，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

2 工藝流程及可行性分析

焦化廠回收車間現(xiàn)有3套硫銨生產(chǎn)裝置，都采用噴淋式飽和器工藝，以稀硫酸為吸收液，在飽和器中吸收焦?fàn)t煤氣中氨，生成硫酸銨結(jié)晶，沉在飽和器底部的結(jié)晶隨同母液被結(jié)晶泵送入結(jié)晶槽，再由結(jié)晶槽底部入離心機(jī)，經(jīng)離心機(jī)分離出來(lái)的含水3%～4%硫酸銨結(jié)晶，由螺旋輸送機(jī)送入沸騰干燥床，用熱空氣干燥后成為含水0.5%以下的硫酸銨成品[1]。傳統(tǒng)工藝中硫銨干燥系統(tǒng)都是采用蒸汽或者導(dǎo)熱油作為熱源，通過(guò)空氣加熱器將空氣加熱到約140～160℃進(jìn)入硫銨沸騰干燥床對(duì)硫銨進(jìn)行干燥，使用硫銨產(chǎn)品達(dá)到工藝要求水份。以焦化廠回收二車間4.652 MW管式加熱爐為例，計(jì)算管式爐余熱是否滿足硫銨干燥需求。

管式加熱爐原始數(shù)據(jù)：硫銨產(chǎn)量（干基）45 t/d，每日操作時(shí)間11 h，給料不均勻系數(shù)1.2，進(jìn)干燥器硫銨含水量4%，出干燥器硫銨含水量0.2%，進(jìn)干燥器硫銨溫度15℃，出干燥器硫銨溫度68℃，大氣溫度20℃，大氣相對(duì)濕度84%，出干燥器空氣溫度70℃，加熱器后空氣溫度150℃，管式爐熱負(fù)荷4.652 MW，煤氣耗氣量1000m3/h。

2.1 硫銨干燥需要空氣量

硫銨干燥需要空氣即蒸發(fā)硫銨帶入水分和熱空氣帶入水分所需要的空氣。對(duì)硫銨干燥需要空氣量進(jìn)行計(jì)算。硫銨（濕基）沸騰干燥床的進(jìn)料量G為4254.54 kg/h。

需要蒸發(fā)的硫銨含水量（進(jìn)料和出料水分之差）為161.7 kg/h。

已知每干燥1 t硫銨（干基）需溫度為50℃，相對(duì)濕度為84%的干空氣量1900 kg，每千克空氣含水4.63 kg，則隨熱風(fēng)帶入的水分為35.99 kg/h。

操作壓力為4 kPa，空氣密度為1.29 kg/m3,經(jīng)計(jì)算需要空氣體積約為8470m3/h。

2.2 煙氣負(fù)荷計(jì)算

管式加熱爐煙氣進(jìn)口溫度360℃，煙氣出口溫度160℃，煙氣標(biāo)況的密度1.295 kg/m3，定壓比熱1.132 kJ/（kg·℃），標(biāo)況煙氣體積流量6000 Nm3/h，則標(biāo)況煙氣質(zhì)量流量為7770 kg/h，煙氣可提供的熱量為1759 128 kJ/h。

2.3 熱空氣負(fù)荷計(jì)算

管式加熱爐空氣出口溫度150℃，按進(jìn)口溫度0℃，空氣標(biāo)況的密度1.293 kg/m3，定壓比熱1.013 kJ/（kg·℃），標(biāo)況空氣體積流量8156m3/h。

標(biāo)況空氣質(zhì)量流量10951.71 kg/h，需要熱量1659184 kJ/h。

經(jīng)計(jì)算可知，煙氣可提供的熱量明顯大于熱空氣所需要的熱量，因此粗苯管式爐煙氣熱量完全可以滿足硫銨干燥的需求。

3 工藝改進(jìn)

3.1 改造后工藝流程

煙氣流程：從粗苯工段的管式爐（兩臺(tái))煙囪調(diào)節(jié)翻板偏下位置上開口，用煙氣風(fēng)機(jī)引出的溫度約360℃的煙氣，經(jīng)過(guò)熱管式煙氣換熱器回收熱量，換熱冷卻后的煙氣送到新建的煙囪，經(jīng)煙囪排入大氣。冷煙氣溫度約為160℃，該工況下正常運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生冷凝水造成露點(diǎn)腐蝕，所以整個(gè)裝置采用碳鋼，不必采用高規(guī)格耐腐蝕材料，節(jié)約投資。

空氣流程：用空氣風(fēng)機(jī)將常溫空氣加壓后送入熱管式煙氣換熱器，空氣被加熱到140～160℃，經(jīng)管廊和新建支架送到硫銨干燥床熱空氣進(jìn)口。熱空氣對(duì)硫銨進(jìn)行干燥。干燥后的物料在除塵器中與氣體分離，可得到干燥后的硫酸銨產(chǎn)品，凈化后的氣體經(jīng)引風(fēng)機(jī)后排空。工藝流程見圖1。

圖1 粗苯管式爐煙氣余熱回收硫銨干燥工藝流程

3.2 改進(jìn)措施

1）增加1套煙氣與空氣換熱系統(tǒng)及煙氣風(fēng)機(jī)2臺(tái)，空氣風(fēng)機(jī)2臺(tái)，煙氣通過(guò)換熱器與空氣充分換熱后通過(guò)煙筒排放，空氣被加熱到160℃后，用空氣風(fēng)機(jī)通過(guò)管道輸送到硫銨工序，進(jìn)硫銨干燥床，干燥硫銨產(chǎn)品，增加工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，充分利用煙氣熱量，減少了煙氣排放的熱損失。

2）設(shè)備控制系統(tǒng)采用了德國(guó)西門子S7200可編程控制器與觸摸屏、組態(tài)監(jiān)控，具有完善的自動(dòng)化檢測(cè)控制功能?？刂葡到y(tǒng)實(shí)時(shí)將各設(shè)備運(yùn)行、停止、異常、測(cè)控參數(shù)、煙氣溫度及換熱效果都顯示在觸摸屏上，以便及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況，操作方便。

3）空氣流量采用變頻調(diào)節(jié)，煙氣流量采用調(diào)節(jié)翻板和閥門調(diào)節(jié)，煙氣流量的調(diào)節(jié)利用原煙氣直接干燥硫銨系統(tǒng)的閥門完成。在熱管空氣加熱器的煙氣進(jìn)出口和空氣進(jìn)出口設(shè)置壓力、溫度測(cè)量?jī)x表。原有的蒸汽加熱空氣系統(tǒng)作為備用，用法蘭盲板與煙氣余熱回收硫銨干燥系統(tǒng)進(jìn)行分離隔斷。

煙氣風(fēng)機(jī)和空氣風(fēng)機(jī)都實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)，在提供動(dòng)力的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)換熱后排煙溫度和熱空氣溫度的自動(dòng)控制，使其達(dá)到工藝最佳值。既防止低溫?zé)煔猱a(chǎn)生冷凝水發(fā)生露點(diǎn)腐蝕，又可以調(diào)節(jié)熱空氣溫度，避免硫銨產(chǎn)品過(guò)熱對(duì)包裝系統(tǒng)產(chǎn)生影響，提高了干燥系統(tǒng)應(yīng)對(duì)氣溫變化和負(fù)荷變化的能力，使系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

4）為保證硫銨干燥系統(tǒng)在煙氣換熱系統(tǒng)檢修時(shí)正常運(yùn)行，保留了原有的蒸汽加熱空氣系統(tǒng)作為備用，原蒸汽加熱空氣系統(tǒng)用法蘭盲板與煙氣余熱回收硫銨干燥系統(tǒng)進(jìn)行分離隔斷，煙氣換熱系統(tǒng)或者管式爐檢修時(shí)可以切換回原有蒸汽干燥系統(tǒng)，不會(huì)影響硫銨正常生產(chǎn)。

5）保留了原管式爐煙筒翻板，并處于開啟狀態(tài)，煙氣量由煙氣風(fēng)機(jī)變頻控制，不但可以控制煙氣空氣換熱溫度，且在運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)生煙氣風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)或停電等情況，煙氣可從原管式爐煙筒冒出，不會(huì)造成煙氣無(wú)法外排，從管式爐火盤冒出發(fā)生安全事故等情況。煙氣風(fēng)機(jī)停機(jī)后，管式爐恢復(fù)到改造前生產(chǎn)，不影響管式爐的正常運(yùn)行。

6）新建煙氣煙筒和干燥床尾氣引風(fēng)機(jī)后均設(shè)有尾氣過(guò)濾裝置，凈化了管式爐排放尾氣和硫銨干燥床尾氣，減少了SO2、氮氧化物和硫銨粉塵的排放，減少了環(huán)境污染。

4 結(jié)語(yǔ)

粗苯管式爐余熱用于硫銨干燥的新技術(shù)應(yīng)用于回收二車間后，硫銨硫化干燥床壓縮空氣控制在150～160℃，流化床尾氣溫度70℃左右，系統(tǒng)運(yùn)行正常，干燥后硫銨產(chǎn)品水分約0.1%左右，各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家相關(guān)硫酸銨質(zhì)量要求。

系統(tǒng)運(yùn)行后能耗明顯降低，與原工藝相比，按節(jié)約蒸汽5 t/h，蒸汽128元/t，每天運(yùn)行11 h計(jì)算，年增效益257萬(wàn)元。

Application of Flue Gas Waste Heat from Tube Furnace in Drying Process of Ammonium Sulfate

CAO Yi,WANG Huan,LIN Jinliang,GENG Yanlin
（The Coking Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271105,China）

Limited by the coking plant of laiwu branch of shandong iron and steel Co.,Ltd.crude benzol recovery heat exchanger tube heating furnace exhaust heat heating air through the heat pipe steam heating system,replace the original vibration fluidized bed drying of ammonium sulfate ammonium sulfate for drying,reduce the steam consumption and reduce plant wastewater production,achieve the purpose of reducing the cost,energy saving and emission reduction.

tubular heating furnace;waste heat;ammonium sulfate;drying

X701

B

1004-4620（2017）04-0052-02

2017-05-10

曹毅，男，1980年生，2004年畢業(yè)于江蘇工業(yè)學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司焦化廠工程師，從事焦化技術(shù)能源管理工作。