焦爐循環氨水余熱的應用——以河北旭陽一期循環氨水余熱應用于賓館、浴池設計為例

王朝龍

河北旭陽焦化有限公司，河北保定 073000

1 循環氨水冷卻煤氣原理

煤氣在橋管和集氣管內的冷卻，是用循環氨水通過噴頭強烈噴灑進行的。當細霧狀的氨水與煤氣充分接觸時，由于煤氣溫度很高而濕度又很低，故煤氣放出大量顯熱，氨水大量蒸發，快速進行著傳熱和傳質過程。傳熱過程推動力是煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，是高溫的煤氣將熱量傳給低溫的循環氨水。傳質過程的推動力是循環氨水液面上的水汽分壓與煤氣中的水汽分壓之差，氨水部分蒸發，煤氣溫度急劇降低，以供給氨水蒸發所需的潛熱，此部分熱量約占煤氣冷卻所放出總熱量的75%～80%，另有約占放出總熱量10%的熱量由集氣管表面散失。

通過上述過程，煤氣溫度由650℃～750℃降至80℃～85℃，同時有60%左右的煤焦油氣冷凝下來，含在煤氣中的粉塵也被沖洗下來，有煤焦油渣產生。在集氣管冷卻煤氣主要是靠氨水蒸發吸收需要的相變熱、使煤氣顯熱減少濕度降低，所以煤氣溫度可冷卻至高于其最終達到的露點溫度1℃～3℃。煤氣的露點溫度就是煤氣被水汽飽和的溫度，也是煤氣在集氣管中冷卻的極限。

2 循環氨水余熱利用的可能性

北京煉焦化學總廠做了將循環氨水降到集氣管入口煤氣露點以下5℃時， 焦爐集氣管里焦油堵塞及煤氣冷卻的試驗。所得出的結論是：一般正常情況下，煤氣露點很少會低于67℃～68℃，這時若有大量循環氨水噴灑沖洗，焦油仍保持較好的流動性，焦油突然沉降下來堵塞煤氣管的情況不大可能發生。因此適當降低循環氨水溫度，不會對煉焦生產帶來威脅。以上的理論與實踐提供了一個循環氨水余熱的溫度極限，即若能保證噴灑焦爐集氣管的循環氨水為7O℃～75℃，就可以保證安全生產。而河北旭陽焦化有限公司循環氨水溫度維持在80±2℃之間。因此，適當提取部分余熱做為其它用途是可行的。

3 河北旭陽焦化有限公司循環氨水中可提取出的熱量

我廠現有三座JNDK43-99D型焦爐。由上升管操作記錄可查得循環氨水溫度經常維持在78℃～82℃（其中：2#、3#為80±2℃；1#焦爐因管道途徑稍遠，為78℃～80℃）。若將焦爐集氣管處循環氨水溫度設法控制在≥70℃～75℃ ，這樣即可滿足生產需求，又可提取出5℃的溫差用于熱水采暖。在以下的估算中溫差取 3℃ ～4℃ 。

1）計算條件

（1）換熱前后循環氨水溫差Δt：3℃～4℃

（2）循環氨水溫度t=80±2℃

（3）循環氨水量F=1 250m3/h(新風機操作室記錄查得三座焦爐共計回爐循環氨水流量F=1 285m3/h～1 350m3/h)。以下取1 250m3/h計。

（4）水的比熱C水=4.187kJ/(kg·℃)

2.1 兩組臨床療效比較 A組痊愈60例、顯效52例、有效30例、無效9例、總有效率為94.0%(142/151)，B組痊愈78例、顯效47例、有效24例、無效2例、總有效率為98.7(149/151)，兩組總有效率比較，差異有統計學意義(P<0.05)。

2）計算取出的熱量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℃ )

則 Q =1.57×107～2.09×107kJ/h

3）南院賓館與二個浴池用水所需熱量（清水由18℃加熱到45℃）

南院賓館用水量為3.85 m3/h，

南院浴池用水量為30m3/h，

北院浴池用水量為30m3/h，

則共需熱量：

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

由以上數據可以看出，以Δt=3℃計算，使用一個半焦爐的循環氨水量即可滿足所需熱量。

4 循環氨水余熱利用為館賓、浴室供熱設計方案

1）因廠區位置的限制，以1#焦爐、2#焦爐的1/2做為熱源，循環氨水管道布置示意圖如下：

圖中：粗實線為現有管路；細實線為需要去換熱的循環氨水管道及回焦爐的循環氨水管道；3個閥門為新加閥門，其作用分別為：原有(粗實線)管路上2個閥門控制循環氨水走向，新加(細實線)管路上閥門控制流量大小。

2）循環氨水與清水換熱示意圖：

（1）循環氨水由4（循環氨水槽）經6（循環氨水泵）送到1、2（螺旋板式換熱器），與清水換熱后去5（焦爐）為荒煤氣降溫，最后回到4（循環氨水槽）。

（2）清水由3（清水儲槽）經7（清水泵）送到1、2（換熱器），與循環氨水換熱后送往賓館、浴室，損失的清水由地下水補充至3（清水儲槽），經過換熱的清水在不使用的情況下循環流動，保持浴室24小時連續供熱。

上圖為循環氨水與清水換熱示意圖的基礎圖例，現實應用中為了確保賓館、浴池用水不被循環氨水污染，應在循環氨水與清水之間加裝軟化水裝置作為過渡。先用循環氨水與軟化水換熱，軟化水再與清水換熱，檢測裝置用于監測軟化水。此做法可以保證用水的清潔，但會增加一定的初建費用和運行成本。

5 結論

相對建設蒸汽加熱設備或以電力設備加熱而言，此方案投資較少，運行過程中節省了大量的蒸汽或電力，從而節約了煤氣或燃料煤等能源，降低了SO2等廢棄物的排放，減少環境污染，并能夠消除以蒸汽為加熱方式出現的跑、冒、 滴、漏現象，維護檢修工作量減少，并能夠保證生產正常操作、工藝指標達標。

有可能出現的不足之處：由于循環氨水雜質較多，個別死角處或管徑較小的管道閥門可能會有堵塞現象。（ 建成后需注意熱交換器內的堵塞現象、與清水混合現象。）

[1]何建平.煉焦化學產品回收與加工，2005，5：12-14.

[2]程振華，王世軍.循環氨水余熱采暖[J].萊鋼科技，1991(3)：42-43.