硫酸法鈦白粉真空結晶工序余熱資源分析與利用

王 巖，陳建立

（河南佰利聯化學股份有限公司，河南焦作 454100）

硫酸法鈦白粉真空結晶工序余熱資源分析與利用

王 巖，陳建立

（河南佰利聯化學股份有限公司，河南焦作 454100）

鈦白粉生產企業屬于高耗能企業，節省能耗是鈦白粉生產企業的必由之路。根據國家“十二五”節能規劃中的余熱余壓回收政策，采用吸收式余熱回收技術，回收硫酸法鈦白粉生產過程中真空結晶工序的余熱，使得不能直接利用的低溫熱能能夠提供給水解、包膜等工序的用熱需求。以一條12萬t/a硫酸法鈦白粉生產線為例進行設計，每年可節約標煤1萬t以上，起到很好的節能減排效果。

鈦白；真空結晶；余熱回收；節能減排

鈦白粉生產企業屬于高耗能企業，單位產品能耗高，國家制定鈦白粉能耗和能耗準入法規，目的是要加快淘汰落后生產工藝的進程［1］。硫酸法鈦白粉生產工藝在中國已有50余年的歷史，工藝成熟穩定，裝備技術一流，原料來源充足，三廢易于治理，目前中國鈦白粉生產企業主要采用硫酸法工藝［2］。近幾年，隨著行業規模的擴大、技術的創新以及清潔文明生產，鈦白-硫酸聯合生產取得了實際效益［3］。

硫酸法鈦白粉生產工藝真空結晶工序中蒸汽噴射器抽真空后的余熱，目前采用冷卻水吸收再經過冷卻塔排到大氣中，造成大量熱量的浪費。國家“十二五”節能規劃明確指出，要加強余熱余壓的回收利用。筆者以某大型硫酸法鈦白粉生產企業為例，闡述真空結晶工序的余熱回收利用。

1 余熱回收

1.1 余熱分析

某企業硫酸法鈦白粉生產過程中真空結晶系統的真空結晶工序，采用兩級蒸汽噴射法抽真空。兩級蒸汽噴射法采用一級蒸汽噴射器、一級水噴淋冷凝器、二級蒸汽噴射器、二級水噴淋冷凝器、真空泵組成真空系統［4］。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 硫酸法鈦白粉真空結晶工序兩級蒸汽噴射法抽真空流程示意圖

0.35MPa、240℃的過熱蒸汽通過兩級蒸汽噴射器抽真空后，廢氣進入接觸式冷凝器，與冷卻循環水直接混合降溫為冷凝水到冷凝水槽，經循環水泵輸出到冷卻塔，降溫后的循環水再回到接觸式冷凝器用于降溫，完成冷卻循環。冷卻循環水運行參數如表1所示。

一條12萬t/a鈦白粉生產線蒸汽用量為30t/h。在0.35MPa壓力下，240℃蒸汽焓h1=2 950kJ/kg，45℃冷凝水焓h2=190kJ/kg，按冷凝水最高溫度為45℃計算，則該工序排到大氣中的余熱Q=m（h1-h2）/3 600=30×（2 950-190）/3 600=23MW。按照90％的余熱利用效率計算，可利用余熱20.7MW。

表1 真空結晶工序冷卻循環水工藝運行參數

真空結晶工序冷卻循環水，受自然條件的影響，夏季進冷凝器的溫度在35℃左右，冬季進冷凝器的溫度僅為20℃。夏季，由于冷卻水溫度過高，從而影響了結晶器的真空度，導致結晶速度變慢。根據生產經驗，同樣的產量冬季結晶時間為2h，夏季結晶時間則延長至3h。

1.2 工作原理

余熱回收技術是一種從低溫熱源提取熱量的節能技術。恰當地利用余熱回收機組可以把那些不能直接利用的低溫熱能變為有用的熱能，從而提高熱能利用率，節約大量燃料。國外的吸收式余熱回收機組研究及應用在20世紀已得到迅猛發展［5］。中國從20世紀80年代中期開始吸收式余熱回收機組的研究取得了一定的成果，同時也開展了在化工領域的應用探索［6］。

根據鈦白粉生產特點，使用吸收式余熱回收機組。吸收式余熱回收機組的工作原理如圖2所示。

圖2 吸收式余熱回收機組工作原理

吸收式余熱回收機組，以高品位熱能（蒸汽、熱水、燃氣）作為驅動源，回收低品位余熱，形成可被工業使用的熱能。能量與熱量之間的轉換比率（COP）在1.6～2.5。吸收式余熱回收機組熱量轉移如圖3所示。

圖3 余熱回收機組轉移圖

1.3 系統流程圖

采用原系統使用的0.35MPa、240℃蒸汽減溫到飽和蒸汽作為余熱回收機組的驅動熱源，從結晶工序的冷循環水中提取熱量，生產出高溫熱水給物料提供熱源。根據冷卻循環水運行參數、軟化水及自來水水質，結合余熱回收機組的性能，設計余熱回收機組出水溫度為80℃，再通過換熱器轉化為其他工序所需要的熱水，供用熱需求，例如水解、包膜工序。

余熱回收系統與原蒸汽加熱系統并聯，互為備用。當余熱回收機組出現故障或檢修期間，切換到原蒸汽加熱系統，確保生產工藝的安全運行。余熱回收機組的熱水供水/回水溫度為80℃/60℃，余熱水設計工況為35℃/25℃。結晶工序余熱回收系統流程圖如圖4a、b所示。

圖4 真空結晶工序余熱回收系統流程圖

1.4 余熱回收系統主要設備選型

余熱回收系統給鈦白粉生產工藝的水洗工序、包膜工序的工藝軟水和水解工序的自來水加熱。加熱熱負荷如表2所示。

表2 余熱回收機組熱負荷

根據計算配置余熱回收機組容量為43MW，余熱回收機組COP=1.67，余熱回收機組從真空結晶冷卻循環水中提取余熱量占總供熱量的40％，提取的余熱量為17.2MW，小于真空結晶工序可利用余熱20.7MW，因此真空結晶工序的余熱可以滿足要求。

根據余熱回收機組總制熱量為43MW，熱泵供/回水溫度為80℃/60℃，熱泵熱水循環水量Q=CM△t=4.186 8M×20/3 600=43MW，則M=1 849m3/h。

根據余熱回收機組提取的余熱量為17.2MW，冷卻循環水溫差按10℃計算，則余熱循環水量Q=CM△t=4.1868M×10/3600=17.2MW，則M=1479m3/h。

余熱回收系統主要設備見表3。

表3 余熱回收系統主要設備

2 效益分析

余熱回收系統投入運行后，回收真空結晶工序中的余熱17.2MW，節約工藝物料加熱的蒸汽用量。按余熱回收系統每年運行5 000h計算，則每年可以回收余熱量為17.2×3 600×5 000=309 600GJ。

0.35MPa、240℃蒸汽熱值為2 950kJ/kg，1t蒸汽的熱值約為2.95GJ，則每年可以節約蒸汽量為104 949t。標煤熱值按29 306kJ/kg計算，鍋爐效率按90％計算，每年可節約標煤11 738t。

余熱回收系統投入運行后，真空結晶工序冷卻循環水不上冷卻塔，減少了飄水損失，按1.5％冷卻塔飄水損失計算，則每年可節約110 925t新鮮水。

3 結語

鈦白粉生產企業的廢氣余熱排放有目共睹，通過投入吸收式余熱回收技術回收其低品位工業余熱，減少了工業廢熱的排放，“變廢為寶”；同時把降溫工序和用熱工序結合，提高了企業的能源利用率；同時解決了真空結晶工序在夏季由于自然條件限制造成的冷卻水溫度過高、降低生產效率的問題，達到了增產的效果。

［1］唐文騫.鈦白生產中先進節能技術應用的探討［J］.無機鹽工業，2008，40（7）：37-39.

［2］畢勝.中國鈦白工業的現狀、特點、發展前景和政策導向建議［J］.現代涂料與涂裝，2009，12（6）：26-29.

［3］唐文騫，劉麗.鈦白-硫酸聯合生產是新型鈦白工業發展之路［J］.化工設計，2013，23（1）：6-8.

［4］王國平，肖永華.真空結晶系統的工藝選擇及參數優化［J］.鋼鐵釩鈦，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］黨潔修，場景昌，張凌之.幾種無機物工質對增溫型吸收熱泵的實驗研究［J］.成都科技大學報，1992（4）：27-32.

聯系方式：cyjcjl_billions@163.com

可用作鋰離子電池正極活性材料的表面改性含鋰復合氧化物的制備方法

本發明公布了一種放電容量和體積容量大、密度高、安全性能優異、充放電循環耐久性良好的表面改性含鋰復合氧化物（LiwNχMyOzFa）的制備方法。該復合氧化物中除包括具有規定組成的含鋰復合氧化物粒子外，粒子表面層中還有含鋰、鈦、元素Q（Q為選自B、Al、Sc、Y及In中的至少1種元素）的鋰鈦復合氧化物粒子。鋰鈦復合氧化物中的鈦和元素Q物質的量分數為0.01％～2％。采用X射線衍射（Cu靶Kα輻射）測定鋰鈦復合氧化物在2θ=43.8°±0.5°處存在衍射峰。

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

王巖（1968— ），男，本科，工程師，主要從事化工設備與管理工作。