淺談純堿生產中重灰爐氣的梯級利用

王秉鈞　王秀忠　張潤澤　張彪　繆偉

摘 要：重質純堿生產過程中會產生大量廢熱爐氣，這些低品位熱能因無較好的利用方式大多純堿企業均放空處理，造成了資源的大量浪費。唐山三友化工股份有限公司通過對重灰爐氣進行分析檢測及技術攻關，成功用于母液多效蒸發，二次高含空氣廢熱爐氣再次用于冬季采暖，使重灰爐氣得到梯級利用，從而達到節能降耗、降本增效目的，也為各純堿生產企業實現節能減排提供參考。

關鍵詞：重質純堿 爐氣 梯級利用 節能減排

中圖分類號：TQ114.16 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0116-02

氨堿法純堿生產過程中存在多個放熱反應操作單元，會產生大量含低品位熱能的中間物料和化工廢汽，傳統的處理方法一般采用循環水冷卻方法或直接放空，造成了熱能的大量浪費，尤其煅燒工序耗能占純堿生產總耗能的1/3，具有一定的廢熱回收潛力。

1 重質純堿生產工序簡介

重質純堿（以下簡稱重灰）生產工藝主要有水合法和擠壓法。水合法生產工藝是輕質純堿在水合器內與化合水反應制得一水堿，一水堿在煅燒爐通過加熱管被蒸汽加熱、干燥，脫去游離水和結晶水，制得重灰；擠壓法生產工藝是輕質純堿經擠壓機壓輥擠壓，排出氣體、增密加工成壓餅，壓餅經多級破碎篩分后值得合格的重灰。

2 存在問題

水合法重灰生產過程中產生的重灰爐氣溫度約95 ℃，焓值較高，這些低品位熱能因空氣含量高，回收利用難度大，多數純堿生產廠家均用引風機排空。該公司現運行5臺重灰煅燒爐，每小時可產生低品位水蒸汽50 t左右（質量流量），若將其直接排空不但造成資源的大量浪費，也會影響周邊環境還會加劇周圍設備及建筑物的腐蝕。

3 重灰爐氣梯級利用

3.1 重灰爐氣分析檢測及回收方案

通過對該公司重灰爐氣分析檢測（數據見表1），其平均溫度95 ℃，水汽含量79%左右，經查表重灰爐氣焓值2 668.8 kJ/kg，具有可觀的回收效益。

該公司以母液蒸發濃縮、冬季采暖為契機，根據重灰爐氣熱值較高、空氣含量高、換熱效果難以保證等特性，制定了合理的熱量梯級利用方案，同時開展不同空氣含量的廢熱爐氣熱能回收裝置研發。行業中將重灰爐氣首次用于多效蒸發作為濃縮母液的熱源，其二次高含空氣廢熱爐氣再經熱回收器回收，用于廠區及附近區域冬季采暖，實現低品位熱能綜合利用，推動公司節能降耗技術發展。

3.2 重灰爐氣用于多效母液蒸發濃縮

多效蒸發是將幾個蒸發器串聯運行的蒸發操作，使蒸汽能得到多次利用，從而提高熱能的利用率。在三效蒸發操作的流程中，第一個蒸發器以生蒸汽作為加熱蒸汽，第二個和第三個蒸發器均以前一個蒸發器的二次蒸汽作為熱源。依據二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸發的流程可分為：并流、逆流、錯流。

該公司多效蒸發系統分為揮氨工序和蒸發工序兩個部分。

揮氨工序：生蒸汽作為動力蒸汽經噴射泵抽吸一效分離室二次閃蒸汽，混合后的蒸汽通過再沸器加熱母液，作為揮氨熱源，揮發出游離氨及二氧化碳等混合氣，經氨冷卻器后送至吸收工序，揮氨后的母液送至三效蒸發工序。

蒸發工序：采用三效逆流降膜蒸發工藝，各重灰煅燒爐和水合機的出氣經洗滌塔合并到爐氣總管，送往蒸發工序二效加熱室，作為母液蒸發濃縮的熱源。二效蒸發器產生的二次汽再次用于三效加熱室的熱源，相比于傳統的多效逆流蒸發工藝，此流程既提高了二次閃蒸汽的品位，增加了二效、三效的蒸發量，還大大降低了生蒸汽的用量。

3.3 廢熱用于冬季采暖

重灰爐氣經多效母液蒸發系統后，60 %左右的爐氣冷凝成80 ℃的冷凝水，繼續用于生產；經分析，剩余廢熱爐氣中的空氣含量已高達46 %，再次回收利用難度較大，為實現重灰爐氣熱能的充分回收利用，該公司成功研發了高含空氣回收利用技術以及專有回收設備。

以軟水為循環介質，一部分循環軟水首先送至三效蒸發系統揮氨工序氨冷器進行初次預熱，在氨冷器內52 ℃的循環軟水與83 ℃左右揮氨塔出氣逆流間壁換熱，出水溫度可升至61 ℃左右。較高壓力的氨冷器出水和另一部分循環軟水再進入噴射式混合加熱器噴嘴進口，在噴嘴出口形成螺旋噴霧與三效風機出口來的二次廢熱爐氣在混合段混合，廢熱爐氣與軟水分充分接觸換熱后凝結，不凝氣體經擴壓段排出，循環軟水被加熱提升溫至65 ℃左右進入熱水桶，經熱水泵加壓分配用于冬季采暖用戶。

4 廢熱梯級利用效果

重灰爐氣用于多效母液蒸發的熱源，母液濃度可提高近20 ti，進一步降低了重堿蒸餾塔汽耗，而且二次廢熱爐氣可將循環軟水由52 ℃加熱至65 ℃，冬季供暖面積達到7萬多平米；通過對重灰爐氣的梯級利用，回收率達到75 %以上，每小時可回收熱量102 GJ，折標煤3.5 t/h。 此外，氨冷卻器改用循環軟水冷卻，相比之前用循環水冷卻減少了冷卻塔熱負荷，更好的保證了其他工序的冷量需求（見圖1）。

5 結語

通過對純堿生產中重灰爐氣的梯級利用，使廢熱資源得到了充分利用，降低生產成本的同時，還積極推動區域循環的發展，適應當前國家及純堿行業對節能減排發展的需求，具有顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 袁江.純堿工藝中低溫余熱回收效果的綜合分析[J].純堿工業，2009（4）：14-15.

[2] 張彪，繆偉，趙素玉.重灰爐氣中水蒸汽含量分析[J].純堿工業，2015（1）：19-21.

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