管式爐煙道氣余熱在硫銨干燥中的應用

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）

節能減排

管式爐煙道氣余熱在硫銨干燥中的應用

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，取代原硫銨振動流化床干燥的蒸汽加熱系統用于硫銨干燥，減少蒸汽消耗和降低廠區內廢水的產生量，達到了節能減排、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采用噴淋式飽和器工藝，其產品硫酸銨結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備多，工藝過程復雜，熱源由廠區蒸汽提供，設備能耗高，生產成本大。焦化廠粗苯工序管式加熱爐使用焦爐煤氣燃燒加熱洗油，煤氣消耗合計約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。

為進一步降低焦化廠能源消耗和生產成本，提高能源利用效率，焦化廠對硫銨干燥的加熱系統進行了技術改造，將管式爐余熱替代蒸汽作為硫銨干燥熱源，達到了節能減排的目的。

2 工藝流程及可行性分析

焦化廠回收車間現有3套硫銨生產裝置，都采用噴淋式飽和器工藝，以稀硫酸為吸收液，在飽和器中吸收焦爐煤氣中氨，生成硫酸銨結晶，沉在飽和器底部的結晶隨同母液被結晶泵送入結晶槽，再由結晶槽底部入離心機，經離心機分離出來的含水3%～4%硫酸銨結晶，由螺旋輸送機送入沸騰干燥床，用熱空氣干燥后成為含水0.5%以下的硫酸銨成品[1]。傳統工藝中硫銨干燥系統都是采用蒸汽或者導熱油作為熱源，通過空氣加熱器將空氣加熱到約140～160℃進入硫銨沸騰干燥床對硫銨進行干燥，使用硫銨產品達到工藝要求水份。以焦化廠回收二車間4.652 MW管式加熱爐為例，計算管式爐余熱是否滿足硫銨干燥需求。

管式加熱爐原始數據：硫銨產量（干基）45 t/d，每日操作時間11 h，給料不均勻系數1.2，進干燥器硫銨含水量4%，出干燥器硫銨含水量0.2%，進干燥器硫銨溫度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硫銨帶入水分和熱空氣帶入水分所需要的空氣。對硫銨干燥需要空氣量進行計算。硫銨（濕基）沸騰干燥床的進料量G為4254.54 kg/h。

需要蒸發的硫銨含水量（進料和出料水分之差）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,經計算需要空氣體積約為8470m3/h。

2.2 煙氣負荷計算

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

2.3 熱空氣負荷計算

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

標況空氣質量流量10951.71 kg/h，需要熱量1659184 kJ/h。

經計算可知，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

3.1 改造后工藝流程

煙氣流程：從粗苯工段的管式爐（兩臺)煙囪調節翻板偏下位置上開口，用煙氣風機引出的溫度約360℃的煙氣，經過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，經煙囪排入大氣。冷煙氣溫度約為160℃，該工況下正常運行不會產生冷凝水造成露點腐蝕，所以整個裝置采用碳鋼，不必采用高規格耐腐蝕材料，節約投資。

空氣流程：用空氣風機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℃，經管廊和新建支架送到硫銨干燥床熱空氣進口。熱空氣對硫銨進行干燥。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品，凈化后的氣體經引風機后排空。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 改進措施

1）增加1套煙氣與空氣換熱系統及煙氣風機2臺，空氣風機2臺，煙氣通過換熱器與空氣充分換熱后通過煙筒排放，空氣被加熱到160℃后，用空氣風機通過管道輸送到硫銨工序，進硫銨干燥床，干燥硫銨產品，增加工藝設備簡單，操作方便，充分利用煙氣熱量，減少了煙氣排放的熱損失。

2）設備控制系統采用了德國西門子S7200可編程控制器與觸摸屏、組態監控，具有完善的自動化檢測控制功能。控制系統實時將各設備運行、停止、異常、測控參數、煙氣溫度及換熱效果都顯示在觸摸屏上，以便及時了解設備運行情況，操作方便。

3）空氣流量采用變頻調節，煙氣流量采用調節翻板和閥門調節，煙氣流量的調節利用原煙氣直接干燥硫銨系統的閥門完成。在熱管空氣加熱器的煙氣進出口和空氣進出口設置壓力、溫度測量儀表。原有的蒸汽加熱空氣系統作為備用，用法蘭盲板與煙氣余熱回收硫銨干燥系統進行分離隔斷。

煙氣風機和空氣風機都實現變頻調節，在提供動力的同時，可以實現換熱后排煙溫度和熱空氣溫度的自動控制，使其達到工藝最佳值。既防止低溫煙氣產生冷凝水發生露點腐蝕，又可以調節熱空氣溫度，避免硫銨產品過熱對包裝系統產生影響，提高了干燥系統應對氣溫變化和負荷變化的能力，使系統處于最佳運行狀態。

4）為保證硫銨干燥系統在煙氣換熱系統檢修時正常運行，保留了原有的蒸汽加熱空氣系統作為備用，原蒸汽加熱空氣系統用法蘭盲板與煙氣余熱回收硫銨干燥系統進行分離隔斷，煙氣換熱系統或者管式爐檢修時可以切換回原有蒸汽干燥系統，不會影響硫銨正常生產。

5）保留了原管式爐煙筒翻板，并處于開啟狀態，煙氣量由煙氣風機變頻控制，不但可以控制煙氣空氣換熱溫度，且在運行過程中若發生煙氣風機故障停運或停電等情況，煙氣可從原管式爐煙筒冒出，不會造成煙氣無法外排，從管式爐火盤冒出發生安全事故等情況。煙氣風機停機后，管式爐恢復到改造前生產，不影響管式爐的正常運行。

6）新建煙氣煙筒和干燥床尾氣引風機后均設有尾氣過濾裝置，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，減少了環境污染。

4 結語

粗苯管式爐余熱用于硫銨干燥的新技術應用于回收二車間后，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，系統運行正常，干燥后硫銨產品水分約0.1%左右，各項指標符合國家相關硫酸銨質量要求。

系統運行后能耗明顯降低，與原工藝相比，按節約蒸汽5 t/h，蒸汽128元/t，每天運行11 h計算，年增效益257萬元。

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年畢業于江蘇工業學院化學工程與工藝專業。現為山鋼股份萊蕪分公司焦化廠工程師，從事焦化技術能源管理工作。