管式爐蒸氨工藝在韶鋼的應用

盧曉鋒 梁永雄（寶武集團廣東韶關鋼鐵股份有限公司 焦化分廠）

管式爐蒸氨工藝在韶鋼的應用

盧曉鋒 梁永雄（寶武集團廣東韶關鋼鐵股份有限公司 焦化分廠）

韶鋼焦化分廠以直接蒸汽蒸氨使用經驗為基礎，在管式爐蒸氨新工藝的設計、應用中實施優化改造，取得了一定的經濟效益。

管式爐；蒸氨；剩余氨水；廢水

韶鋼煉鐵廠焦化分廠原有兩套煤氣凈化化產系統，分別與年產70萬噸4.3m焦爐和年產110萬噸6m焦爐配套，兩套化產系統均采用焦化行業常用的直接蒸汽蒸氨工藝。該工藝雖然有簡單、成熟，投資較低等優勢，但隨著新興蒸氨工藝出現，其優勢已逐漸弱化。韶鋼2014年9月投產的2X55孔、年產焦炭110萬t焦爐，配套煤氣凈化系統（以下簡稱新焦化產）蒸氨工藝改采用管式爐蒸氨工藝，該裝置投產至今，運行穩定，蒸氨廢水質量良好，年節約蒸汽6.57萬噸，同時降低了蒸氨廢水量，為公司降低了酚氰廢水處理成本。

1 管式爐蒸氨工藝介紹

剩余氨水經焦油氨水分離工序1個帶錐底結構的氨水槽和2個無結構氨水槽逐級滿流、重力沉降后，由泵送經陶瓷膜過濾器過濾，經氨水/廢水換熱器，與蒸氨塔底出來的蒸氨廢水換熱至95～98℃后，從塔頂進入蒸氨塔，蒸出的氨汽經塔頂分縮器分凝后送入硫銨飽和器。

用2.5～5%氫氧化鈉溶液連續加入到進塔剩余氨水管線混合器內，同送入蒸氨塔，使氯化銨等固定銨鹽分解后蒸出。蒸氨塔底103～105℃的蒸氨廢水經與原料氨水、循環水兩級冷卻至40℃后送酚氰廢水處理站。

以上工藝狀況與直接蒸汽蒸氨工藝基本一致。

新焦化產管式爐蒸氨工藝的特點在于設置了一臺高/焦爐煤氣管式爐，可采用單高爐煤氣、單焦爐煤氣和高/焦爐混合煤氣等三種加熱蒸氨廢水的方式，代替直接蒸汽為蒸氨工藝提供熱源。即蒸氨塔底廢水用廢水循環泵抽出，經管式爐加熱升溫至123℃后回送入蒸氨塔底。另外，仍保留直接蒸汽蒸氨工藝功能，在塔底預留直接蒸汽加熱管，保證蒸氨系統全年連續運行。

2 管式爐蒸氨工藝優化

在原直接蒸汽蒸氨的生產經驗的基礎上，為降低蒸汽能源消耗，綜合利用公司過剩的高、焦爐煤氣，降低生產運行成本，新焦化產選擇了配套實施管式爐蒸氨工藝。在工程實施和投產運行過程中，新焦化產做了一些工作，進一步優化管式爐蒸氨工藝。

2.1 剩余氨水凈化改造

剩余氨水含油是導致蒸氨廢水COD高的重要原因之一，從源頭上降低剩余氨水含油至關重要。

（1）將終極重力沉降剩余氨水槽的氨水出口管高度由離底部0.5m提高至1.5m；使剩余氨水出口遠離經重力沉降后的槽底焦油層，槽底進行定期排污，保證沉降后的油及時轉走。

（2）陶瓷膜過濾器原設計采用未過濾的剩余氨水來反洗，直接影響反洗效果，導致剩余氨水過濾效果差，如表1。

表1 2015年剩余氨水含油（mg/l）改造前

9月，改用脫硫工序來的熱水（潔凈水，約62℃）代替未過濾的剩余氨水進行過濾器反洗，避免二次污染，并提高過濾器反洗時長和頻次，保證反洗效果，進而提高過濾效果。改造后，陶瓷膜過濾器過濾前和過濾后的剩余氨水含油量均降低，過濾效果23.59%上升至56.6%，如表2。

表2 2015年剩余氨水含油（m g/l）改造后

2.2 管式爐煤氣管線改造

（1）將入管式爐燃燒器的環形管線煤氣出口支管由原設計的底部改為上部，防止煤氣管道因積液而堵塞導致管式爐熄火停產。

（2）管式爐煤氣燃燒器前設有阻火器，是用于防止煤氣突然中斷時發生回火現象的安全設施。阻火器內芯由致密的隔網組成，容易被煤氣攜帶的雜質堵塞，必須經常清理。原設計無法實現不停產檢修。通過阻火器前、后設閥門的簡單改造，并備一臺離線阻火器隨時待用后，阻火器清理極其方便且對蒸氨廢水溫度影響極小。

2.3 氨汽管線優化

原直接蒸汽蒸氨工藝蒸氨塔頂出口氨汽管道及閘閥均采用316L材質不銹鋼，但塔頂放散閥、氨汽出口總閥閥體及入飽和器三通管道等冷點容易集聚冷凝的氨汽，使管道閥門發生腐蝕性穿漏，造成蒸氨系統停產。

新焦化產蒸氨塔出口氨汽閥門改采用鈦材、管道改而采用鋁管，且取消管道U型，在飽和器處氨氣總管上設DN50鋁管放散管，在蒸氨塔頂總管上設DN25吹掃管，并在氨氣閥與飽和器之間各加一對活套法蘭。既考慮了氨汽冷凝產生腐蝕問題，也增加了吹掃功能，并設法蘭降低檢修難度。

2.4 蒸氨塔塔板結構選型優化

韶鋼兩套原化產系統蒸氨塔分別為泡罩塔和浮閥塔。

泡罩塔板雖然操作彈性較大，塔板不易堵塞但結構復雜、造價高，生產能力及板效率較低。

篩板塔使用時塔板上仍然有液體的逆向混合，因而會降低傳質效率，另外閥片容易卡住，影響其自由開啟，特別是使用時間稍長后塔板容易粘結焦油或鹽內造成塔板堵塞、液泛、塔阻升高，蒸氨效果下降，能耗升高。

新焦化產蒸氨塔優化為斜孔篩板塔，斜孔篩板塔具有處理量大、塔板效率高、塔板阻力小、塔板防垢能力強的特點。

2.5 螺旋板換熱器堵塞處理優化

氨水換熱器等螺旋板換熱器流道堵塞時，通常采用蒸汽吹掃，換熱器內的焦油很難吹出，且高溫容易使焦油脫水變成瀝青，更難處理；且蒸汽吹掃容易使換熱器內溫度超過設計溫度110℃而損壞。

新焦化產在排空換熱器內介質后，改采用洗油循環沖洗的方式，用相似相溶原理，溶解流道結垢的焦油，效果良好。

3 管式爐蒸氨工藝效益分析

與直接蒸汽蒸氨工藝相比，管式爐蒸氨工藝雖然增加了一臺管式爐、兩臺廢水循環泵等基建投資，但效益十分明顯。經過優化改造后，系統操作穩定性得到提高，蒸氨系統從未被迫停工檢修。

3.1 主要經濟效益

管式爐蒸氨工藝用公司過剩的高、焦爐煤氣代替價格昂貴的蒸汽，經濟效益明顯。

(1）按剩余氨水處理量45m3/h，蒸氨低壓蒸汽消耗0.15t/t氨水計，與直接蒸汽蒸氨工藝相比，管式爐蒸氨工藝年節約蒸汽6.57萬噸，年直接經濟效益788.4萬元。

(2）按照廢水處理綜合費用為12.5元/t計算，管式爐蒸氨工藝每年為酚氰污水處理節約82.1萬元。

(3）按單焦爐煤氣燃燒用量1250m3/h，焦爐煤氣價格44.78元/GJ計算，為公司回收過剩的焦爐煤氣效益848.3萬元。

3.2 其它效益

(1）蒸氨效果不再受外線蒸汽壓力波動的影響，保證了廢水質量；

(2）蒸氨系統運行穩定性得到提高，降低了檢修和備件費用。

4 結語

管式爐蒸氨工藝在保證蒸氨廢水質量的前提下，解決了韶鋼煤氣過剩的問題，同時實現了無蒸汽蒸氨、減少了廢水外排量，且不用增加過多基建投資就達到了節能減排和低成本化生產運營的目的，具有一定的先進性和競爭優勢。

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[4]王增忱陳冬霞.熱泵與斜孔塔盤在蒸氨工藝上的應用.中國化工貿易,2012(3)：074