焦炉烟气余热用于硫酸铵干燥结晶的方案探讨

2021-07-14宋宪锋孙钦贵

煤化工 2021年3期

宋宪锋，孙钦贵

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司，山东济南271104）

引言

莱钢焦化厂焦炭设计产能350万t/a，其中新区两座6 m顶装焦炉年产焦炭112万t、硫酸铵1.4万t。该装置硫铵工序利用H P F湿法脱硫液生产硫酸铵，硫酸铵干燥工段采用常规的蒸汽加热空气工艺，生产方式为间歇式，一天约有8 h为硫酸铵产出时段。该硫酸铵生产工艺存在以下问题：（1）蒸汽波动会影响硫酸铵的正常生产及产品质量；（2）在硫酸铵生产间歇期会停供蒸汽，但在冬季时为避免冻堵，蒸汽管道末端疏水器要保持一定开度，增加了蒸汽消耗成本，降低了化产品利润。

焦化厂生产过程中会产生较多且稳定的烟气余热，莱钢焦化厂新区6 m焦炉烟气量约18万m3/h，烟气温度为200℃～210℃，余热利用潜力巨大。因此可以考虑利用焦炉烟气余热加热空气，来替代硫酸铵生产所用蒸汽，不但可以减少蒸汽消耗，还可以稳定生产操作和产品质量，是实现节能减排、降低成本的有效途径。

本文论证了焦炉烟气余热干燥硫酸铵的工艺在莱钢焦化厂的可行性，现介绍如下。

1 烟气余热用于硫酸铵干燥的工艺及改造

需对莱钢焦化厂新区6 m焦炉的焦炉烟气及硫酸铵干燥系统进行适应性工艺改进，在不改变生产工艺及产品质量的前提下，利用焦炉烟气作为热源生产硫酸铵。为防止烟气温度过低，造成烟气中水蒸气冷凝和SO2等酸性气体形成酸雾，规定经余热利用后烟气温度不能小于135℃，6 m焦炉烟气脱硫脱硝后至少有45℃的余热利用潜力。焦炉烟气经新增的烟气/空气换热器将空气加热到140℃以上，可满足干燥硫酸铵需要的空气温度要求。焦炉烟气余热干燥硫酸铵工艺流程示意图见图1。

引入焦炉烟气作为热源，新增烟气/空气换热器加热空气。硫酸铵浆液进入硫酸铵干燥床进料口，在干燥床内与经过烟气加热的热空气充分对流接触，硫酸铵逐渐干燥结晶析出，在硫酸铵干燥床出口得到质量合格的硫酸铵产品。具体改造如下。

（1）烟气引入流程

在焦炉烟气管道上开孔，用烟气风机将热烟气从主烟道引出，经烟气/空气换热器与空气换热，实现余热回收。

（2）烟气/空气换热流程

在硫铵工序增加烟气/空气换热器装置，利用该装置将空气加热到140℃以上，换热后的烟气经烟气风机再汇入主烟道，经焦炉烟囱排放，同时适当控制余热回收量，确保换热后烟气温度在140℃以上，杜绝出现露点腐蚀；经过烟气/空气换热器加热后的热空气进入硫酸铵干燥床，与硫酸铵直接接触，使硫酸铵干燥结晶，产出质量稳定的硫酸铵产品。空气及烟气流量用风机变频进行调节，保证生产正常运行。烟气/空气换热器的烟气及空气进出口均设置测温、测压点，以便及时掌握设备运行情况。

理论上通过上述改造，可实现烟气加热空气替换蒸汽加热空气干燥生产硫酸铵，同时原蒸汽加热系统保留作为备用，用阀门与新系统进行隔断，保证新旧系统可切换，实现硫铵系统生产操作的灵活切换。

2 气-气换热器主体结构

烟气/空气换热器外形结构示意图见图2。烟气/空气换热器采用常规气体换热器的卧式结构，分上下两部分，上部为空气侧，下部为烟气侧。换热器内部设置热管，充分利用热管传热速度快、传热效率高的特点。换热器热管管束采用全翅片结构，可增加拓展受热面，减小换热器总体积，节约金属耗材，提高传热效率，有效克服气体间换热时换热系数不高的问题。换热器热管基管材料选用20#无缝钢管，翅片为铝翅片，翅片与基管间螺旋焊接，换热器壳体材料用Q235B钢板。冷、热流体都在热管管外流过，两侧均使用翅片强化，传热效率高，体积紧凑，压力降小，阻力损失小，从而节约风机的动力消耗。热管的热烟气侧和冷空气侧使用隔板分隔开，热管和隔板之间有可靠的密封。通过对热管换热器烟气端管壁温度的控制，可使换热器每一根热管的每一点都在露点以上，从而有效避免露点腐蚀。

3 烟气需求热量和效益核算

莱钢焦化厂新区6 m焦炉实际年产焦炭约112万t，硫酸铵干燥床配套两组风机，1#热风机型号为4-72N O4.5A，流量为3 384 m3/h；2#热风机型号为4-72-11N O5A，流量为11 592 m3/h；总风量为14 976 m3/h。

烟气、空气相关技术参数[1-2]、加热空气理论需求热量计算、烟气实际需求量计算和替换蒸汽用量计算见表1、表2、表3。

表1 加热空气理论需求热量计算

表2 烟气实际需求量计算

表3 替换蒸汽用量计算

由表1、表2、表3可知，加热空气理论需求热量为2.200 G J/h，按照换热效率75%进行计算，实际需求热量为2.929 G J/h；经计算，烟气实际需求量为32 348 m3/h，考虑到莱钢焦化厂新区6 m焦炉烟气量约18万m3/h，烟气温度为200℃～210℃，取用32 348 m3/h的烟气量从工艺上考虑完全可行，同时可确保烟囱烟气温度在140℃以上，杜绝出现露点腐蚀；采用烟气加热空气工艺每年可节约0.4 MPa饱和蒸汽3 953 t，蒸汽价格按457.35元/t计算，年节约蒸汽直接效益180.79万元；按年产112万t焦炭计算，吨焦可降低能耗折标煤0.39 kg。