蒸汽余熱利用在四氯化鈦生產(chǎn)中的實(shí)踐

曲銀化，李亞軍，劉正紅，王 剛

（洛陽雙瑞萬基鈦業(yè)有限公司，河南洛陽 471832）

1 概述

隨著國(guó)家節(jié)能政策和企業(yè)節(jié)能成本控制程度的不斷加大，余熱資源的利用越來越受重視。利用好余熱資源，可以提高企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本，同時(shí)推進(jìn)節(jié)約煤電消耗、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，展現(xiàn)企業(yè)社會(huì)價(jià)值和踐行“青山綠水就是金山銀山”理念的高度統(tǒng)一[1-2]。

近年來，四氯化鈦行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，在穩(wěn)定和提升質(zhì)量的同時(shí)，要求企業(yè)不斷地壓縮成本。影響四氯化鈦的生產(chǎn)成本的因素有三個(gè)：原料、電力和蒸汽，其中蒸汽成本占能源費(fèi)用的53%。蒸汽與冷態(tài)粗四氯化鈦換熱后，獲得精制后的四氯化鈦產(chǎn)品，如果能夠提高蒸汽利用率，節(jié)約蒸汽用量，對(duì)降低能源費(fèi)用，降低四氯化鈦生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 蒸汽使用現(xiàn)狀

某四氯化鈦生產(chǎn)廠家蒸汽使用有兩種途徑：

（1）再沸器使用蒸汽（330 ℃、1.0 MPa）作為熱源，用于四氯化鈦精制提純，蒸汽用量5.5 t/h。

（2）液氯汽化站使用蒸汽作為熱源，蒸汽用量1.5 t/h。

以上兩種方式使用后的余熱蒸汽壓力為0.35 MPa、溫度150 ℃，經(jīng)管線排入廠循環(huán)水池。如此壓力、溫度的蒸汽直接進(jìn)入循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，既造成余熱資源的嚴(yán)重浪費(fèi)、也給廠區(qū)循環(huán)水冷卻增加了負(fù)擔(dān)。如果合理、有效地對(duì)蒸汽余熱進(jìn)行利用，不但會(huì)節(jié)省可觀的蒸汽采購(gòu)費(fèi)用，也會(huì)降低循環(huán)水站的運(yùn)行成本。

3 蒸汽余熱利用設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

（1）將再沸器使用后的余熱蒸汽，用于預(yù)熱冷態(tài)的粗四氯化鈦和一級(jí)精制四氯化鈦，四氯化鈦溫度由30 ℃加熱至70 ℃，節(jié)約新蒸汽。

（2）液氯汽化站使用蒸汽流量為1.5 t/h，可以用余熱蒸汽替代新蒸汽汽化液氯，回水溫度降至60 ℃以下后收集進(jìn)入循環(huán)水。

（3）每年冬季生產(chǎn)樓、餐廳、化驗(yàn)樓、辦公樓等用空調(diào)取暖（4 個(gè)月取暖），耗電費(fèi)用太高。如果蒸汽余熱用于辦公樓、生產(chǎn)樓、餐廳、化驗(yàn)樓等冬季取暖，將節(jié)約大量電費(fèi)。

3.2 余熱換熱器的選型

（1）加熱的四氯化鈦具有固體顆粒，容易堵塞，且不能遇到空氣和水分。

（2）熱源為水蒸氣，因此需要間接換熱。

（3）為防止四氯化鈦中固體顆粒堵塞換熱器，需要設(shè)計(jì)可疏通固體顆粒的形式。

基于以上三點(diǎn)原因，在四氯化鈦換熱和維修過程中，列管式換熱器比螺旋版式、板式換熱器都更有優(yōu)勢(shì)，因此選擇列管式換熱器，管內(nèi)走四氯化鈦，管外走水蒸氣。

3.3 余熱換熱器的換熱面積計(jì)算

使用蒸汽余熱預(yù)熱粗四氯化鈦流量為6 t/h，從30 ℃（t1=273+30=303 K）加熱至70 ℃（t2=273+70=343 K），根據(jù)四氯化鈦比熱：

Cp（Cal/mol·K）=34.12+2.08×10-3×T-4 000/T2

可計(jì)算出四氯化鈦需要的熱量為：

根據(jù)四氯化鈦和蒸汽在列管式換熱器的傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值K=12.3 W/（m2·℃），由傳熱方程式：

粗四氯化鈦余熱換熱器換熱量Q=52 kW，余熱蒸汽進(jìn)口溫度T1=167 ℃、余熱蒸汽出口溫度T2=128 ℃、四氯化鈦進(jìn)口溫度t1=30 ℃、四氯化鈦出口溫度t2=70 ℃，得△T=98 ℃，可計(jì)算出粗四氯化鈦的新?lián)Q熱器需要的換熱面積為A=52×1 000/（12.3×98）=43(m2)?？紤]到換熱余量，選用換熱面積46 m2的換熱器。

4 節(jié)能效果分析

4.1 節(jié)約新蒸汽用量

余熱換熱器節(jié)能項(xiàng)目投用后，用于加熱冷態(tài)的四氯化鈦，其回水用于液氯汽化和冬季采暖，減少新蒸汽的消耗，實(shí)現(xiàn)蒸汽余熱二次利用。

四氯化鈦生產(chǎn)車間安裝2臺(tái)余熱換熱器用于加熱粗四氯化鈦，由30 ℃加熱至90 ℃，送至一級(jí)精制系統(tǒng)。

原6 t/h四氯化鈦產(chǎn)能情況下，需要2.5～3 t/h的新蒸汽，目前僅需要1.5～2 t/h 新蒸汽，平均減少了新蒸汽的消耗1 t/h。某公司在需要預(yù)熱冷態(tài)四氯化鈦的此類換熱器共4臺(tái)，共節(jié)省新蒸汽為4 t/h，按照全年365天運(yùn)行計(jì)算，全年節(jié)省新蒸汽35 040 t。

4.2 降低廠循環(huán)水的運(yùn)行費(fèi)用

四氯化鈦生產(chǎn)車間經(jīng)過再沸器一次換熱后的蒸汽余熱溫度為150 ℃以上，該蒸汽余熱經(jīng)過余熱換熱器二次再利用（四氯化鈦的預(yù)熱、液氯的汽化、冬季生活供暖）后，溫度降至70 ℃，再進(jìn)入廠循環(huán)水，每年節(jié)省廠循環(huán)水站的運(yùn)行成本為15.2萬元。

4.3 往廠循環(huán)水補(bǔ)充了軟化水

由于余熱蒸汽為軟化水，該水進(jìn)入廠循環(huán)水，降低了廠循環(huán)水的結(jié)垢速度，也減少了每年往廠循環(huán)水加阻垢劑的量52 kg。

4.4 液氯氣化

液氯汽化站原來使用新蒸汽流量為1.5 t/h，經(jīng)過改造，目前可以用余熱蒸汽替代新蒸汽汽化液氯，回水溫度降至60 ℃以下后收集進(jìn)入循環(huán)水，可節(jié)約新蒸汽的使用量。

4.5 節(jié)省冬季取暖費(fèi)

冬季生產(chǎn)樓、餐廳、化驗(yàn)樓、辦公樓等場(chǎng)所用空調(diào)取暖共耗電約16萬kWh。經(jīng)過本技改項(xiàng)目，使用四氯化鈦生產(chǎn)車間來的蒸汽余熱取暖，一個(gè)冬季（4個(gè)月）可節(jié)約電費(fèi)約10萬元。

5 結(jié)論

該余熱利用方式，既保證了生產(chǎn)中四氯化鈦被加熱的需求，又使生產(chǎn)蒸汽余熱資源得以回收，用于四氯化鈦預(yù)熱、液氯汽化、冬季生活供暖等；且冷凝水進(jìn)入到了全廠循環(huán)水系統(tǒng)回用，水資源和熱資源基本完全利用，降低了運(yùn)行成本。本節(jié)能技改項(xiàng)目實(shí)施后，一次性投入20 萬元余熱換熱器和安裝費(fèi)，每年節(jié)約蒸汽35 040 t。