硫酸法钛白粉真空结晶工序余热资源分析与利用

王 岩，陈建立

（河南佰利联化学股份有限公司，河南焦作 454100）

硫酸法钛白粉真空结晶工序余热资源分析与利用

王 岩，陈建立

（河南佰利联化学股份有限公司，河南焦作 454100）

钛白粉生产企业属于高耗能企业，节省能耗是钛白粉生产企业的必由之路。根据国家“十二五”节能规划中的余热余压回收政策，采用吸收式余热回收技术，回收硫酸法钛白粉生产过程中真空结晶工序的余热，使得不能直接利用的低温热能能够提供给水解、包膜等工序的用热需求。以一条12万t/a硫酸法钛白粉生产线为例进行设计，每年可节约标煤1万t以上，起到很好的节能减排效果。

钛白；真空结晶；余热回收；节能减排

钛白粉生产企业属于高耗能企业，单位产品能耗高，国家制定钛白粉能耗和能耗准入法规，目的是要加快淘汰落后生产工艺的进程［1］。硫酸法钛白粉生产工艺在中国已有50余年的历史，工艺成熟稳定，装备技术一流，原料来源充足，三废易于治理，目前中国钛白粉生产企业主要采用硫酸法工艺［2］。近几年，随着行业规模的扩大、技术的创新以及清洁文明生产，钛白-硫酸联合生产取得了实际效益［3］。

硫酸法钛白粉生产工艺真空结晶工序中蒸汽喷射器抽真空后的余热，目前采用冷却水吸收再经过冷却塔排到大气中，造成大量热量的浪费。国家“十二五”节能规划明确指出，要加强余热余压的回收利用。笔者以某大型硫酸法钛白粉生产企业为例，阐述真空结晶工序的余热回收利用。

1 余热回收

1.1 余热分析

某企业硫酸法钛白粉生产过程中真空结晶系统的真空结晶工序，采用两级蒸汽喷射法抽真空。两级蒸汽喷射法采用一级蒸汽喷射器、一级水喷淋冷凝器、二级蒸汽喷射器、二级水喷淋冷凝器、真空泵组成真空系统［4］。工艺流程图如图1所示。

图1 硫酸法钛白粉真空结晶工序两级蒸汽喷射法抽真空流程示意图

0.35MPa、240℃的过热蒸汽通过两级蒸汽喷射器抽真空后，废气进入接触式冷凝器，与冷却循环水直接混合降温为冷凝水到冷凝水槽，经循环水泵输出到冷却塔，降温后的循环水再回到接触式冷凝器用于降温，完成冷却循环。冷却循环水运行参数如表1所示。

一条12万t/a钛白粉生产线蒸汽用量为30t/h。在0.35MPa压力下，240℃蒸汽焓h1=2 950kJ/kg，45℃冷凝水焓h2=190kJ/kg，按冷凝水最高温度为45℃计算，则该工序排到大气中的余热Q=m（h1-h2）/3 600=30×（2 950-190）/3 600=23MW。按照90％的余热利用效率计算，可利用余热20.7MW。

表1 真空结晶工序冷却循环水工艺运行参数

真空结晶工序冷却循环水，受自然条件的影响，夏季进冷凝器的温度在35℃左右，冬季进冷凝器的温度仅为20℃。夏季，由于冷却水温度过高，从而影响了结晶器的真空度，导致结晶速度变慢。根据生产经验，同样的产量冬季结晶时间为2h，夏季结晶时间则延长至3h。

1.2 工作原理

余热回收技术是一种从低温热源提取热量的节能技术。恰当地利用余热回收机组可以把那些不能直接利用的低温热能变为有用的热能，从而提高热能利用率，节约大量燃料。国外的吸收式余热回收机组研究及应用在20世纪已得到迅猛发展［5］。中国从20世纪80年代中期开始吸收式余热回收机组的研究取得了一定的成果，同时也开展了在化工领域的应用探索［6］。

根据钛白粉生产特点，使用吸收式余热回收机组。吸收式余热回收机组的工作原理如图2所示。

图2 吸收式余热回收机组工作原理

吸收式余热回收机组，以高品位热能（蒸汽、热水、燃气）作为驱动源，回收低品位余热，形成可被工业使用的热能。能量与热量之间的转换比率（COP）在1.6～2.5。吸收式余热回收机组热量转移如图3所示。

图3 余热回收机组转移图

1.3 系统流程图

采用原系统使用的0.35MPa、240℃蒸汽减温到饱和蒸汽作为余热回收机组的驱动热源，从结晶工序的冷循环水中提取热量，生产出高温热水给物料提供热源。根据冷却循环水运行参数、软化水及自来水水质，结合余热回收机组的性能，设计余热回收机组出水温度为80℃，再通过换热器转化为其他工序所需要的热水，供用热需求，例如水解、包膜工序。

余热回收系统与原蒸汽加热系统并联，互为备用。当余热回收机组出现故障或检修期间，切换到原蒸汽加热系统，确保生产工艺的安全运行。余热回收机组的热水供水/回水温度为80℃/60℃，余热水设计工况为35℃/25℃。结晶工序余热回收系统流程图如图4a、b所示。

图4 真空结晶工序余热回收系统流程图

1.4 余热回收系统主要设备选型

余热回收系统给钛白粉生产工艺的水洗工序、包膜工序的工艺软水和水解工序的自来水加热。加热热负荷如表2所示。

表2 余热回收机组热负荷

根据计算配置余热回收机组容量为43MW，余热回收机组COP=1.67，余热回收机组从真空结晶冷却循环水中提取余热量占总供热量的40％，提取的余热量为17.2MW，小于真空结晶工序可利用余热20.7MW，因此真空结晶工序的余热可以满足要求。

根据余热回收机组总制热量为43MW，热泵供/回水温度为80℃/60℃，热泵热水循环水量Q=CM△t=4.186 8M×20/3 600=43MW，则M=1 849m3/h。

根据余热回收机组提取的余热量为17.2MW，冷却循环水温差按10℃计算，则余热循环水量Q=CM△t=4.1868M×10/3600=17.2MW，则M=1479m3/h。

余热回收系统主要设备见表3。

表3 余热回收系统主要设备

2 效益分析

余热回收系统投入运行后，回收真空结晶工序中的余热17.2MW，节约工艺物料加热的蒸汽用量。按余热回收系统每年运行5 000h计算，则每年可以回收余热量为17.2×3 600×5 000=309 600GJ。

0.35MPa、240℃蒸汽热值为2 950kJ/kg，1t蒸汽的热值约为2.95GJ，则每年可以节约蒸汽量为104 949t。标煤热值按29 306kJ/kg计算，锅炉效率按90％计算，每年可节约标煤11 738t。

余热回收系统投入运行后，真空结晶工序冷却循环水不上冷却塔，减少了飘水损失，按1.5％冷却塔飘水损失计算，则每年可节约110 925t新鲜水。

3 结语

钛白粉生产企业的废气余热排放有目共睹，通过投入吸收式余热回收技术回收其低品位工业余热，减少了工业废热的排放，“变废为宝”；同时把降温工序和用热工序结合，提高了企业的能源利用率；同时解决了真空结晶工序在夏季由于自然条件限制造成的冷却水温度过高、降低生产效率的问题，达到了增产的效果。

［1］唐文骞.钛白生产中先进节能技术应用的探讨［J］.无机盐工业，2008，40（7）：37-39.

［2］毕胜.中国钛白工业的现状、特点、发展前景和政策导向建议［J］.现代涂料与涂装，2009，12（6）：26-29.

［3］唐文骞，刘丽.钛白-硫酸联合生产是新型钛白工业发展之路［J］.化工设计，2013，23（1）：6-8.

［4］王国平，肖永华.真空结晶系统的工艺选择及参数优化［J］.钢铁钒钛，2003，24（1）：50-53.

［5］Aly G，Abrahasson K，Jernqvist A.Application of absorption heat transformers for energy conservation in the oleochemical industry［J］.International Journal of Energy Research，1993，17（7）：571-582.

［6］党洁修，场景昌，张凌之.几种无机物工质对增温型吸收热泵的实验研究［J］.成都科技大学报，1992（4）：27-32.

联系方式：cyjcjl_billions@163.com

可用作锂离子电池正极活性材料的表面改性含锂复合氧化物的制备方法

本发明公布了一种放电容量和体积容量大、密度高、安全性能优异、充放电循环耐久性良好的表面改性含锂复合氧化物（LiwNχMyOzFa）的制备方法。该复合氧化物中除包括具有规定组成的含锂复合氧化物粒子外，粒子表面层中还有含锂、钛、元素Q（Q为选自B、Al、Sc、Y及In中的至少1种元素）的锂钛复合氧化物粒子。锂钛复合氧化物中的钛和元素Q物质的量分数为0.01％～2％。采用X射线衍射（Cu靶Kα辐射）测定锂钛复合氧化物在2θ=43.8°±0.5°处存在衍射峰。

US，8883352

Analysis and utilization of waste heat from vacuum crystallization in production of titanium dioxide by sulfuric acid process

Wang Yan，Chen Jianli
（Henan Billions Chemicals Co.，Ltd.，Jiaozuo 454100，China）

Saving energy is the only way for the titanium dioxide industry which belongs to the high energy-consuming industry.According to the policy of the‘12th Five-Year Plan’，using waste heat recovery technology to recycle the waste heat from the process of vacuum crystallization in the production of titanium dioxide，and turning low temperature heat into useful heat for the hydrolysis and coating processes.Thereby，it plays a very good energy saving effect.A 120 000t/a titanium dioxide production line could save more than 10 000t of standard coal per year.

titanium dioxide；vacuum crystallization；waste heat recovery；energy conservation and emission reduction

TQ621.12

A

1006-4990（2014）12-0047-03

2014-06-19

王岩（1968— ），男，本科，工程师，主要从事化工设备与管理工作。