浅谈纯碱生产中重灰炉气的梯级利用

王秉钧　王秀忠　张润泽　张彪　缪伟

摘 要：重质纯碱生产过程中会产生大量废热炉气，这些低品位热能因无较好的利用方式大多纯碱企业均放空处理，造成了资源的大量浪费。唐山三友化工股份有限公司通过对重灰炉气进行分析检测及技术攻关，成功用于母液多效蒸发，二次高含空气废热炉气再次用于冬季采暖，使重灰炉气得到梯级利用，从而达到节能降耗、降本增效目的，也为各纯碱生产企业实现节能减排提供参考。

关键词：重质纯碱 炉气 梯级利用 节能减排

中图分类号：TQ114.16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0116-02

氨碱法纯碱生产过程中存在多个放热反应操作单元，会产生大量含低品位热能的中间物料和化工废汽，传统的处理方法一般采用循环水冷却方法或直接放空，造成了热能的大量浪费，尤其煅烧工序耗能占纯碱生产总耗能的1/3，具有一定的废热回收潜力。

1 重质纯碱生产工序简介

重质纯碱（以下简称重灰）生产工艺主要有水合法和挤压法。水合法生产工艺是轻质纯碱在水合器内与化合水反应制得一水碱，一水碱在煅烧炉通过加热管被蒸汽加热、干燥，脱去游离水和结晶水，制得重灰；挤压法生产工艺是轻质纯碱经挤压机压辊挤压，排出气体、增密加工成压饼，压饼经多级破碎筛分后值得合格的重灰。

2 存在问题

水合法重灰生产过程中产生的重灰炉气温度约95 ℃，焓值较高，这些低品位热能因空气含量高，回收利用难度大，多数纯碱生产厂家均用引风机排空。该公司现运行5台重灰煅烧炉，每小时可产生低品位水蒸汽50 t左右（质量流量），若将其直接排空不但造成资源的大量浪费，也会影响周边环境还会加剧周围设备及建筑物的腐蚀。

3 重灰炉气梯级利用

3.1 重灰炉气分析检测及回收方案

通过对该公司重灰炉气分析检测（数据见表1），其平均温度95 ℃，水汽含量79%左右，经查表重灰炉气焓值2 668.8 kJ/kg，具有可观的回收效益。

该公司以母液蒸发浓缩、冬季采暖为契机，根据重灰炉气热值较高、空气含量高、换热效果难以保证等特性，制定了合理的热量梯级利用方案，同时开展不同空气含量的废热炉气热能回收装置研发。行业中将重灰炉气首次用于多效蒸发作为浓缩母液的热源，其二次高含空气废热炉气再经热回收器回收，用于厂区及附近区域冬季采暖，实现低品位热能综合利用，推动公司节能降耗技术发展。

3.2 重灰炉气用于多效母液蒸发浓缩

多效蒸发是将几个蒸发器串联运行的蒸发操作，使蒸汽能得到多次利用，从而提高热能的利用率。在三效蒸发操作的流程中，第一个蒸发器以生蒸汽作为加热蒸汽，第二个和第三个蒸发器均以前一个蒸发器的二次蒸汽作为热源。依据二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸发的流程可分为：并流、逆流、错流。

该公司多效蒸发系统分为挥氨工序和蒸发工序两个部分。

挥氨工序：生蒸汽作为动力蒸汽经喷射泵抽吸一效分离室二次闪蒸汽，混合后的蒸汽通过再沸器加热母液，作为挥氨热源，挥发出游离氨及二氧化碳等混合气，经氨冷却器后送至吸收工序，挥氨后的母液送至三效蒸发工序。

蒸发工序：采用三效逆流降膜蒸发工艺，各重灰煅烧炉和水合机的出气经洗涤塔合并到炉气总管，送往蒸发工序二效加热室，作为母液蒸发浓缩的热源。二效蒸发器产生的二次汽再次用于三效加热室的热源，相比于传统的多效逆流蒸发工艺，此流程既提高了二次闪蒸汽的品位，增加了二效、三效的蒸发量，还大大降低了生蒸汽的用量。

3.3 废热用于冬季采暖

重灰炉气经多效母液蒸发系统后，60 %左右的炉气冷凝成80 ℃的冷凝水，继续用于生产；经分析，剩余废热炉气中的空气含量已高达46 %，再次回收利用难度较大，为实现重灰炉气热能的充分回收利用，该公司成功研发了高含空气回收利用技术以及专有回收设备。

以软水为循环介质，一部分循环软水首先送至三效蒸发系统挥氨工序氨冷器进行初次预热，在氨冷器内52 ℃的循环软水与83 ℃左右挥氨塔出气逆流间壁换热，出水温度可升至61 ℃左右。较高压力的氨冷器出水和另一部分循环软水再进入喷射式混合加热器喷嘴进口，在喷嘴出口形成螺旋喷雾与三效风机出口来的二次废热爐气在混合段混合，废热炉气与软水分充分接触换热后凝结，不凝气体经扩压段排出，循环软水被加热提升温至65 ℃左右进入热水桶，经热水泵加压分配用于冬季采暖用户。

4 废热梯级利用效果

重灰炉气用于多效母液蒸发的热源，母液浓度可提高近20 ti，进一步降低了重碱蒸馏塔汽耗，而且二次废热炉气可将循环软水由52 ℃加热至65 ℃，冬季供暖面积达到7万多平米；通过对重灰炉气的梯级利用，回收率达到75 %以上，每小时可回收热量102 GJ，折标煤3.5 t/h。 此外，氨冷却器改用循环软水冷却，相比之前用循环水冷却减少了冷却塔热负荷，更好的保证了其他工序的冷量需求（见图1）。

5 结语

通过对纯碱生产中重灰炉气的梯级利用，使废热资源得到了充分利用，降低生产成本的同时，还积极推动区域循环的发展，适应当前国家及纯碱行业对节能减排发展的需求，具有显著的经济效益和社会效益。

参考文献

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[2] 张彪，缪伟，赵素玉.重灰炉气中水蒸汽含量分析[J].纯碱工业，2015（1）：19-21.

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