焦炉循环氨水余热的应用——以河北旭阳一期循环氨水余热应用于宾馆、浴池设计为例

王朝龙

河北旭阳焦化有限公司，河北保定 073000

1 循环氨水冷却煤气原理

煤气在桥管和集气管内的冷却，是用循环氨水通过喷头强烈喷洒进行的。当细雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高而湿度又很低，故煤气放出大量显热，氨水大量蒸发，快速进行着传热和传质过程。传热过程推动力是煤气与氨水的温度差，所传递的热量为显热，是高温的煤气将热量传给低温的循环氨水。传质过程的推动力是循环氨水液面上的水汽分压与煤气中的水汽分压之差，氨水部分蒸发，煤气温度急剧降低，以供给氨水蒸发所需的潜热，此部分热量约占煤气冷却所放出总热量的75%～80%，另有约占放出总热量10%的热量由集气管表面散失。

通过上述过程，煤气温度由650℃～750℃降至80℃～85℃，同时有60%左右的煤焦油气冷凝下来，含在煤气中的粉尘也被冲洗下来，有煤焦油渣产生。在集气管冷却煤气主要是靠氨水蒸发吸收需要的相变热、使煤气显热减少湿度降低，所以煤气温度可冷却至高于其最终达到的露点温度1℃～3℃。煤气的露点温度就是煤气被水汽饱和的温度，也是煤气在集气管中冷却的极限。

2 循环氨水余热利用的可能性

北京炼焦化学总厂做了将循环氨水降到集气管入口煤气露点以下5℃时， 焦炉集气管里焦油堵塞及煤气冷却的试验。所得出的结论是：一般正常情况下，煤气露点很少会低于67℃～68℃，这时若有大量循环氨水喷洒冲洗，焦油仍保持较好的流动性，焦油突然沉降下来堵塞煤气管的情况不大可能发生。因此适当降低循环氨水温度，不会对炼焦生产带来威胁。以上的理论与实践提供了一个循环氨水余热的温度极限，即若能保证喷洒焦炉集气管的循环氨水为7O℃～75℃，就可以保证安全生产。而河北旭阳焦化有限公司循环氨水温度维持在80±2℃之间。因此，适当提取部分余热做为其它用途是可行的。

3 河北旭阳焦化有限公司循环氨水中可提取出的热量

我厂现有三座JNDK43-99D型焦炉。由上升管操作记录可查得循环氨水温度经常维持在78℃～82℃（其中：2#、3#为80±2℃；1#焦炉因管道途径稍远，为78℃～80℃）。若将焦炉集气管处循环氨水温度设法控制在≥70℃～75℃ ，这样即可满足生产需求，又可提取出5℃的温差用于热水采暖。在以下的估算中温差取 3℃ ～4℃ 。

1）计算条件

（1）换热前后循环氨水温差Δt：3℃～4℃

（2）循环氨水温度t=80±2℃

（3）循环氨水量F=1 250m3/h(新风机操作室记录查得三座焦炉共计回炉循环氨水流量F=1 285m3/h～1 350m3/h)。以下取1 250m3/h计。

（4）水的比热C水=4.187kJ/(kg·℃)

2.1 两组临床疗效比较 A组痊愈60例、显效52例、有效30例、无效9例、总有效率为94.0%(142/151)，B组痊愈78例、显效47例、有效24例、无效2例、总有效率为98.7(149/151)，两组总有效率比较，差异有统计学意义(P<0.05)。

2）计算取出的热量Q=C水×F×Δt

Q1=4.187×1 250×103×3=1.57×107kJ/h (Δt=3℃ )

同理

Q2=2.09×107kJ/h (Δt=4℃ )

则 Q =1.57×107～2.09×107kJ/h

3）南院宾馆与二个浴池用水所需热量（清水由18℃加热到45℃）

南院宾馆用水量为3.85 m3/h，

南院浴池用水量为30m3/h，

北院浴池用水量为30m3/h，

则共需热量：

Q3=4.187×(3.85+30+30)×103×(45-18)= 7.22×106kJ/h

由以上数据可以看出，以Δt=3℃计算，使用一个半焦炉的循环氨水量即可满足所需热量。

4 循环氨水余热利用为馆宾、浴室供热设计方案

1）因厂区位置的限制，以1#焦炉、2#焦炉的1/2做为热源，循环氨水管道布置示意图如下：

图中：粗实线为现有管路；细实线为需要去换热的循环氨水管道及回焦炉的循环氨水管道；3个阀门为新加阀门，其作用分别为：原有(粗实线)管路上2个阀门控制循环氨水走向，新加(细实线)管路上阀门控制流量大小。

2）循环氨水与清水换热示意图：

（1）循环氨水由4（循环氨水槽）经6（循环氨水泵）送到1、2（螺旋板式换热器），与清水换热后去5（焦炉）为荒煤气降温，最后回到4（循环氨水槽）。

（2）清水由3（清水储槽）经7（清水泵）送到1、2（换热器），与循环氨水换热后送往宾馆、浴室，损失的清水由地下水补充至3（清水储槽），经过换热的清水在不使用的情况下循环流动，保持浴室24小时连续供热。

上图为循环氨水与清水换热示意图的基础图例，现实应用中为了确保宾馆、浴池用水不被循环氨水污染，应在循环氨水与清水之间加装软化水装置作为过渡。先用循环氨水与软化水换热，软化水再与清水换热，检测装置用于监测软化水。此做法可以保证用水的清洁，但会增加一定的初建费用和运行成本。

5 结论

相对建设蒸汽加热设备或以电力设备加热而言，此方案投资较少，运行过程中节省了大量的蒸汽或电力，从而节约了煤气或燃料煤等能源，降低了SO2等废弃物的排放，减少环境污染，并能够消除以蒸汽为加热方式出现的跑、冒、 滴、漏现象，维护检修工作量减少，并能够保证生产正常操作、工艺指标达标。

有可能出现的不足之处：由于循环氨水杂质较多，个别死角处或管径较小的管道阀门可能会有堵塞现象。（ 建成后需注意热交换器内的堵塞现象、与清水混合现象。）

[1]何建平.炼焦化学产品回收与加工，2005，5：12-14.

[2]程振华，王世军.循环氨水余热采暖[J].莱钢科技，1991(3)：42-43.