黃飛平 鄒駿

（柳州鋼鐵股份有限公司，廣西 柳州 545002）

0 引言

焦?fàn)t煙氣是一種低品位熱源，在南方地區(qū)，焦?fàn)t煙氣的排煙溫度一般為195 ～210 ℃，而且煙氣中含有SO2、NOx及粉塵，在沒(méi)有對(duì)焦?fàn)t煙氣進(jìn)行脫硫脫硝除塵之前，焦?fàn)t煙氣的余熱是無(wú)法利用的。因?yàn)榻範(fàn)t煙氣中所含的酸性氣體和粉塵會(huì)腐蝕、堵塞余熱回收裝置，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)造成煙氣余熱回收裝置腐蝕穿孔或者堵塞失效。近幾年隨著國(guó)家超低排放政策的實(shí)施，幾乎所有焦?fàn)t都配備了焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝除塵一體化裝置，這就為焦?fàn)t煙氣余熱利用創(chuàng)造了有利條件。目前，南方地區(qū)焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝除塵一體化裝置都采用的是SDS 脫硫＋布袋除塵＋SCR 脫硝工藝，系統(tǒng)的溫降為5 ～10 ℃，焦?fàn)t煙氣完成脫硝后的溫度為185 ～200 ℃。因?yàn)榈蜏氐蛪猴柡驼羝仩t的換熱管內(nèi)汽水混合物溫度一般要維持170 ℃，但脫硫脫硝后的排煙溫度最低只有185 ℃，氣水溫差只有15℃，很顯然，這個(gè)溫差基本無(wú)法生產(chǎn)低溫飽和蒸汽。根據(jù)焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝除塵后的溫度特性，筆者開(kāi)發(fā)了焦?fàn)t煙氣余熱間接蒸氨工藝。

1 焦?fàn)t煙氣余熱間接蒸氨工藝

1.1 開(kāi)發(fā)焦?fàn)t煙氣余熱間接蒸氨工藝的起因

焦化蒸氨是指對(duì)煉焦過(guò)程中產(chǎn)生的剩余氨水進(jìn)行加熱，將其中所含的揮發(fā)氨和固定氨脫除的一個(gè)工藝過(guò)程。按對(duì)塔底液體加熱方式的不同可以分為直接蒸氨和間接蒸氨2 種方式，由于直接蒸氨是直接向蒸氨塔中通入低壓蒸汽，因此簡(jiǎn)便易行，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用此蒸氨工藝。但與間接蒸氨工藝相比，直接蒸氨工藝不僅能耗高，而且加熱蒸汽直接進(jìn)入廢水中無(wú)法回收，造成軟水的浪費(fèi)和廢水量的增加，因此采用間接法蒸氨更符合國(guó)家節(jié)能減排的要求，同時(shí)有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［1］。

柳鋼一化蒸氨系統(tǒng)原來(lái)采用蒸汽直接蒸氨，需要消耗低壓新鮮蒸汽，而蒸汽冷凝水混入廢水中，消耗了能源的同時(shí)，還給后續(xù)污水處理工藝增加了負(fù)擔(dān)，鑒于此，柳鋼利用三四焦焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝除塵后凈煙氣余熱，研究開(kāi)發(fā)焦?fàn)t煙氣余熱蒸氨工藝。

1.2 工藝開(kāi)發(fā)思路

因?yàn)榻範(fàn)t煙氣脫硫脫硝除塵后為185 ℃的低品位熱源，無(wú)法直接產(chǎn)生低壓蒸汽，而蒸氨塔塔底廢水溫度約為110 ℃，這為凈化后焦?fàn)t煙氣為熱源進(jìn)行余熱蒸氨提供了合理的溫度梯度。但蒸氨塔塔底廢液含有一定量的瀝青渣，而且蒸氨塔距離相鄰的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，如果直接將蒸氨塔底廢液送至焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)加熱將造成沿途管道的腐蝕和堵塞，處理起來(lái)難度非常大。針對(duì)工藝實(shí)際情況，擬采用過(guò)熱除鹽水作為熱媒水進(jìn)行焦?fàn)t煙道氣余熱間接蒸氨改造，工藝路線見(jiàn)圖1。

圖1 焦?fàn)t煙氣余熱間接蒸氨工藝路線

從焦?fàn)t脫硫脫硝系統(tǒng)過(guò)來(lái)的185 ℃凈煙氣自上而下與熱媒水（過(guò)熱除鹽水）逆流換熱，凈煙氣冷卻至132 ℃后通過(guò)煙氣引風(fēng)機(jī)排放。熱媒水在煙氣換熱模塊中從122 ℃被加熱到152 ℃后送至廢液閃蒸器中用來(lái)加熱循環(huán)廢液，熱媒水循環(huán)過(guò)程中通過(guò)穩(wěn)壓罐始終保持0.7 ～0.8 MPa的壓力，防止熱媒水汽化，當(dāng)熱媒水系統(tǒng)壓力降低時(shí)通過(guò)干熄焦除鹽水給水泵（出口壓力1.2 MPa）給熱媒水系統(tǒng)補(bǔ)水補(bǔ)壓，當(dāng)熱媒水系統(tǒng)超壓或者不凝氣在穩(wěn)壓罐上方聚集造成穩(wěn)壓罐液位偏低時(shí)通過(guò)穩(wěn)壓罐頂?shù)男箟嚎谛箟盒箽猓瑥亩冀K保持熱媒水系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定而且沒(méi)有汽化。

從蒸氨塔底來(lái)的117 ℃左右的廢液通過(guò)高度差和塔底壓力自流進(jìn)廢液沉淀槽，在廢液沉淀槽中對(duì)廢液中的瀝青渣進(jìn)行沉淀，廢液沉淀后的清液溢流過(guò)廢液沉淀槽中的溢流隔板然后進(jìn)入廢液循環(huán)泵，通過(guò)廢液循環(huán)泵壓入廢液閃蒸器中和熱媒水換熱，廢液升溫到126 ℃并閃蒸出部分蒸汽進(jìn)入蒸氨塔進(jìn)行蒸氨。原有的低壓直接蒸汽蒸氨系統(tǒng)保留，在間接蒸氨系統(tǒng)提供的熱量不足時(shí)以低壓直接蒸汽作為熱量補(bǔ)充，已保證蒸氨塔能夠達(dá)到設(shè)計(jì)處理量。

2.3 工藝運(yùn)行效果

柳鋼焦化廠將一化蒸氨系統(tǒng)用直接蒸汽蒸氨和焦?fàn)t煙道余熱蒸氨進(jìn)行了蒸氨后蒸氨廢水指標(biāo)對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1，通過(guò)對(duì)比可知余熱蒸氨后的廢水指標(biāo)和直接蒸氨后的廢水指標(biāo)基本一致，對(duì)后續(xù)水處理系統(tǒng)并不會(huì)造成不良影響，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的間接蒸氨運(yùn)行也驗(yàn)證了間接蒸氨的蒸氨廢水對(duì)水處理系統(tǒng)并無(wú)不良影響。

表1 直接蒸氨和間接蒸氨后蒸氨廢水參數(shù)對(duì)比

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，焦?fàn)t煙氣余熱間接蒸氨的運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 焦?fàn)t煙氣余熱蒸氨運(yùn)行參數(shù)

從表2 可知熱媒水入口平均水溫152 ℃，出口平均水溫122 ℃，溫差△t水=30 ℃，熱媒水循環(huán)量M水=125 t/h=125×103kg/h。

水的比熱容為C水=4.2 kJ（kg·℃），蒸汽比熱容為C蒸汽=2.1 kJ（kg·℃），水的汽化潛熱為C 汽化=2 260 kJ/kg［2］。在此情況下計(jì)算熱媒水替代了多少溫度為160 ℃的低壓蒸汽。

首先計(jì)算1 t 160 ℃的低壓蒸汽從160 ℃降到100 ℃（△t蒸汽=60 ℃）并凝結(jié)成水能放出的熱量。

Q蒸汽=（C蒸汽·△t蒸汽+C汽化）×1 000 kg/t=（2.1×60+2 260）×1 000=2.386×106kJ/t。

再計(jì)算125 t/h 的熱媒水在溫差30 ℃時(shí)放出的熱量Q水=M水·C水·△t水=125×103×4.2×30=15.75×106kJ/h。

熱媒水每小時(shí)替代160 ℃的低壓蒸汽量M蒸汽為：M蒸=Q水×Q蒸汽=15.75×106÷2.386×106=6.6 t/h。

通過(guò)計(jì)算可以得出柳鋼的焦?fàn)t煙氣余熱間接蒸氨系統(tǒng)每小時(shí)可替代6.6 t 的低壓蒸汽，相對(duì)減少了6.6 t/h的蒸氨廢水，在沒(méi)有通入直接低壓蒸汽的情況下，焦?fàn)t煙氣余熱間接蒸氨系統(tǒng)最大蒸氨上水量可達(dá)30 t/h。

本系統(tǒng)使用到的熱媒循環(huán)水泵和廢液循環(huán)泵功率分別為45 kW 和30 kW，合計(jì)75 kW，目前運(yùn)行頻率都不到30 Hz，在余熱系統(tǒng)投用后柳鋼三四焦脫硫脫硝裝置的6 000 kV 高壓引風(fēng)機(jī)因?yàn)闊煔鉁囟认陆?，煙氣體積縮小，運(yùn)行頻率降低了1Hz，目前此風(fēng)機(jī)電機(jī)1 Hz 的頻率對(duì)應(yīng)10 A 的電流，折合節(jié)電85 kW，因此為余熱蒸氨系統(tǒng)而開(kāi)的2 臺(tái)水泵在抵扣高壓引風(fēng)機(jī)節(jié)電功率后，實(shí)際整個(gè)系統(tǒng)是節(jié)電運(yùn)行的。

在柳鋼一化余熱蒸氨對(duì)應(yīng)的三四焦焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝及余熱回收系統(tǒng)當(dāng)前負(fù)荷下，焦?fàn)t煙氣余熱蒸氨系統(tǒng)可代替低壓蒸汽6.6t/h，按低壓蒸汽80 元/t，蒸氨廢水處理費(fèi)20 元/t，系統(tǒng)1 a 運(yùn)行8 700 h 計(jì)算，柳鋼焦?fàn)t煙氣余熱蒸氨系統(tǒng)創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益574.2 萬(wàn)元/a，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析比較可以看出，焦?fàn)t煙氣余熱蒸氨系統(tǒng)巧妙的利用了焦?fàn)t煙氣的余熱，并對(duì)蒸氨系統(tǒng)進(jìn)行了間接蒸氨的改造，實(shí)現(xiàn)了低品質(zhì)余熱的梯級(jí)化利用，不僅環(huán)保節(jié)能，而且產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，是一種值得推廣應(yīng)用的環(huán)保節(jié)能工藝。