焦爐煙氣余熱用于硫酸銨干燥結晶的方案探討

宋憲鋒，孫欽貴

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司，山東 濟南271104）

引 言

萊鋼焦化廠焦炭設計產能350萬t/a，其中新區兩座6 m頂裝焦爐年產焦炭112萬t、硫酸銨1.4萬t。該裝置硫銨工序利用H P F濕法脫硫液生產硫酸銨，硫酸銨干燥工段采用常規的蒸汽加熱空氣工藝，生產方式為間歇式，一天約有8 h為硫酸銨產出時段。該硫酸銨生產工藝存在以下問題：（1）蒸汽波動會影響硫酸銨的正常生產及產品質量；（2）在硫酸銨生產間歇期會停供蒸汽，但在冬季時為避免凍堵，蒸汽管道末端疏水器要保持一定開度，增加了蒸汽消耗成本，降低了化產品利潤。

焦化廠生產過程中會產生較多且穩定的煙氣余熱，萊鋼焦化廠新區6 m焦爐煙氣量約18萬m3/h，煙氣溫度為200℃～210℃，余熱利用潛力巨大。因此可以考慮利用焦爐煙氣余熱加熱空氣，來替代硫酸銨生產所用蒸汽，不但可以減少蒸汽消耗，還可以穩定生產操作和產品質量，是實現節能減排、降低成本的有效途徑。

本文論證了焦爐煙氣余熱干燥硫酸銨的工藝在萊鋼焦化廠的可行性，現介紹如下。

1 煙氣余熱用于硫酸銨干燥的工藝及改造

需對萊鋼焦化廠新區6 m焦爐的焦爐煙氣及硫酸銨干燥系統進行適應性工藝改進，在不改變生產工藝及產品質量的前提下，利用焦爐煙氣作為熱源生產硫酸銨。為防止煙氣溫度過低，造成煙氣中水蒸氣冷凝和SO2等酸性氣體形成酸霧，規定經余熱利用后煙氣溫度不能小于135℃，6 m焦爐煙氣脫硫脫硝后至少有45℃的余熱利用潛力。焦爐煙氣經新增的煙氣/空氣換熱器將空氣加熱到140℃以上，可滿足干燥硫酸銨需要的空氣溫度要求。焦爐煙氣余熱干燥硫酸銨工藝流程示意圖見圖1。

引入焦爐煙氣作為熱源，新增煙氣/空氣換熱器加熱空氣。硫酸銨漿液進入硫酸銨干燥床進料口，在干燥床內與經過煙氣加熱的熱空氣充分對流接觸，硫酸銨逐漸干燥結晶析出，在硫酸銨干燥床出口得到質量合格的硫酸銨產品。具體改造如下。

（1）煙氣引入流程

在焦爐煙氣管道上開孔，用煙氣風機將熱煙氣從主煙道引出，經煙氣/空氣換熱器與空氣換熱，實現余熱回收。

（2）煙氣/空氣換熱流程

在硫銨工序增加煙氣/空氣換熱器裝置，利用該裝置將空氣加熱到140℃以上，換熱后的煙氣經煙氣風機再匯入主煙道，經焦爐煙囪排放，同時適當控制余熱回收量，確保換熱后煙氣溫度在140℃以上，杜絕出現露點腐蝕；經過煙氣/空氣換熱器加熱后的熱空氣進入硫酸銨干燥床，與硫酸銨直接接觸，使硫酸銨干燥結晶，產出質量穩定的硫酸銨產品。空氣及煙氣流量用風機變頻進行調節，保證生產正常運行。煙氣/空氣換熱器的煙氣及空氣進出口均設置測溫、測壓點，以便及時掌握設備運行情況。

理論上通過上述改造，可實現煙氣加熱空氣替換蒸汽加熱空氣干燥生產硫酸銨，同時原蒸汽加熱系統保留作為備用，用閥門與新系統進行隔斷，保證新舊系統可切換，實現硫銨系統生產操作的靈活切換。

2 氣-氣換熱器主體結構

煙氣/空氣換熱器外形結構示意圖見圖2。煙氣/空氣換熱器采用常規氣體換熱器的臥式結構，分上下兩部分，上部為空氣側，下部為煙氣側。換熱器內部設置熱管，充分利用熱管傳熱速度快、傳熱效率高的特點。換熱器熱管管束采用全翅片結構，可增加拓展受熱面，減小換熱器總體積，節約金屬耗材，提高傳熱效率，有效克服氣體間換熱時換熱系數不高的問題。換熱器熱管基管材料選用20#無縫鋼管，翅片為鋁翅片，翅片與基管間螺旋焊接，換熱器殼體材料用Q235B鋼板。冷、熱流體都在熱管管外流過，兩側均使用翅片強化，傳熱效率高，體積緊湊，壓力降小，阻力損失小，從而節約風機的動力消耗。熱管的熱煙氣側和冷空氣側使用隔板分隔開，熱管和隔板之間有可靠的密封。通過對熱管換熱器煙氣端管壁溫度的控制，可使換熱器每一根熱管的每一點都在露點以上，從而有效避免露點腐蝕。

3 煙氣需求熱量和效益核算

萊鋼焦化廠新區6 m焦爐實際年產焦炭約112萬t，硫酸銨干燥床配套兩組風機，1#熱風機型號為4-72N O4.5A，流量為3 384 m3/h；2#熱風機型號為4-72-11N O5A，流量為11 592 m3/h；總風量為14 976 m3/h。

煙氣、空氣相關技術參數[1-2]、加熱空氣理論需求熱量計算、煙氣實際需求量計算和替換蒸汽用量計算見表1、表2、表3。

表1 加熱空氣理論需求熱量計算

表2 煙氣實際需求量計算

表3 替換蒸汽用量計算

由表1、表2、表3可知，加熱空氣理論需求熱量為2.200 G J/h，按照換熱效率75%進行計算，實際需求熱量為2.929 G J/h；經計算，煙氣實際需求量為32 348 m3/h，考慮到萊鋼焦化廠新區6 m焦爐煙氣量約18萬m3/h，煙氣溫度為200℃～210℃，取用32 348 m3/h的煙氣量從工藝上考慮完全可行，同時可確保煙囪煙氣溫度在140℃以上，杜絕出現露點腐蝕；采用煙氣加熱空氣工藝每年可節約0.4 MPa飽和蒸汽3 953 t，蒸汽價格按457.35元/t計算，年節約蒸汽直接效益180.79萬元；按年產112萬t焦炭計算，噸焦可降低能耗折標煤0.39 kg。

4 結 語

萊鋼焦化廠采用焦爐煙氣余熱干燥硫酸銨的工藝方案，理論上可實現焦爐煙氣余熱的回收利用，解決傳統硫酸銨干燥床利用蒸汽作為熱源存在的缺點，且降低焦化廠蒸汽消耗，提升化產品效益，具有一定的推廣前景和社會效益。