蒸汽余熱利用在四氯化鈦生產中的實踐

曲銀化，李亞軍，劉正紅，王 剛

（洛陽雙瑞萬基鈦業有限公司，河南洛陽 471832）

1 概述

隨著國家節能政策和企業節能成本控制程度的不斷加大，余熱資源的利用越來越受重視。利用好余熱資源，可以提高企業的產品產量和品質、降低生產成本，同時推進節約煤電消耗、保護生態環境，是實現企業高質量發展，展現企業社會價值和踐行“青山綠水就是金山銀山”理念的高度統一[1-2]。

近年來，四氯化鈦行業競爭異常激烈，在穩定和提升質量的同時，要求企業不斷地壓縮成本。影響四氯化鈦的生產成本的因素有三個：原料、電力和蒸汽，其中蒸汽成本占能源費用的53%。蒸汽與冷態粗四氯化鈦換熱后，獲得精制后的四氯化鈦產品，如果能夠提高蒸汽利用率，節約蒸汽用量，對降低能源費用，降低四氯化鈦生產成本，實現節能減排、可持續發展具有重要的現實意義。

2 蒸汽使用現狀

某四氯化鈦生產廠家蒸汽使用有兩種途徑：

（1）再沸器使用蒸汽（330 ℃、1.0 MPa）作為熱源，用于四氯化鈦精制提純，蒸汽用量5.5 t/h。

（2）液氯汽化站使用蒸汽作為熱源，蒸汽用量1.5 t/h。

以上兩種方式使用后的余熱蒸汽壓力為0.35 MPa、溫度150 ℃，經管線排入廠循環水池。如此壓力、溫度的蒸汽直接進入循環水冷卻系統，既造成余熱資源的嚴重浪費、也給廠區循環水冷卻增加了負擔。如果合理、有效地對蒸汽余熱進行利用，不但會節省可觀的蒸汽采購費用，也會降低循環水站的運行成本。

3 蒸汽余熱利用設計

3.1 設計思路

（1）將再沸器使用后的余熱蒸汽，用于預熱冷態的粗四氯化鈦和一級精制四氯化鈦，四氯化鈦溫度由30 ℃加熱至70 ℃，節約新蒸汽。

（2）液氯汽化站使用蒸汽流量為1.5 t/h，可以用余熱蒸汽替代新蒸汽汽化液氯，回水溫度降至60 ℃以下后收集進入循環水。

（3）每年冬季生產樓、餐廳、化驗樓、辦公樓等用空調取暖（4 個月取暖），耗電費用太高。如果蒸汽余熱用于辦公樓、生產樓、餐廳、化驗樓等冬季取暖，將節約大量電費。

3.2 余熱換熱器的選型

（1）加熱的四氯化鈦具有固體顆粒，容易堵塞，且不能遇到空氣和水分。

（2）熱源為水蒸氣，因此需要間接換熱。

（3）為防止四氯化鈦中固體顆粒堵塞換熱器，需要設計可疏通固體顆粒的形式。

基于以上三點原因，在四氯化鈦換熱和維修過程中，列管式換熱器比螺旋版式、板式換熱器都更有優勢，因此選擇列管式換熱器，管內走四氯化鈦，管外走水蒸氣。

3.3 余熱換熱器的換熱面積計算

使用蒸汽余熱預熱粗四氯化鈦流量為6 t/h，從30 ℃（t1=273+30=303 K）加熱至70 ℃（t2=273+70=343 K），根據四氯化鈦比熱：

Cp（Cal/mol·K）=34.12+2.08×10-3×T-4 000/T2

可計算出四氯化鈦需要的熱量為：

根據四氯化鈦和蒸汽在列管式換熱器的傳熱系數經驗值K=12.3 W/（m2·℃），由傳熱方程式：

粗四氯化鈦余熱換熱器換熱量Q=52 kW，余熱蒸汽進口溫度T1=167 ℃、余熱蒸汽出口溫度T2=128 ℃、四氯化鈦進口溫度t1=30 ℃、四氯化鈦出口溫度t2=70 ℃，得△T=98 ℃，可計算出粗四氯化鈦的新換熱器需要的換熱面積為A=52×1 000/（12.3×98）=43(m2)。考慮到換熱余量，選用換熱面積46 m2的換熱器。

4 節能效果分析

4.1 節約新蒸汽用量

余熱換熱器節能項目投用后，用于加熱冷態的四氯化鈦，其回水用于液氯汽化和冬季采暖，減少新蒸汽的消耗，實現蒸汽余熱二次利用。

四氯化鈦生產車間安裝2臺余熱換熱器用于加熱粗四氯化鈦，由30 ℃加熱至90 ℃，送至一級精制系統。

原6 t/h四氯化鈦產能情況下，需要2.5～3 t/h的新蒸汽，目前僅需要1.5～2 t/h 新蒸汽，平均減少了新蒸汽的消耗1 t/h。某公司在需要預熱冷態四氯化鈦的此類換熱器共4臺，共節省新蒸汽為4 t/h，按照全年365天運行計算，全年節省新蒸汽35 040 t。

4.2 降低廠循環水的運行費用

四氯化鈦生產車間經過再沸器一次換熱后的蒸汽余熱溫度為150 ℃以上，該蒸汽余熱經過余熱換熱器二次再利用（四氯化鈦的預熱、液氯的汽化、冬季生活供暖）后，溫度降至70 ℃，再進入廠循環水，每年節省廠循環水站的運行成本為15.2萬元。

4.3 往廠循環水補充了軟化水

由于余熱蒸汽為軟化水，該水進入廠循環水，降低了廠循環水的結垢速度，也減少了每年往廠循環水加阻垢劑的量52 kg。

4.4 液氯氣化

液氯汽化站原來使用新蒸汽流量為1.5 t/h，經過改造，目前可以用余熱蒸汽替代新蒸汽汽化液氯，回水溫度降至60 ℃以下后收集進入循環水，可節約新蒸汽的使用量。

4.5 節省冬季取暖費

冬季生產樓、餐廳、化驗樓、辦公樓等場所用空調取暖共耗電約16萬kWh。經過本技改項目，使用四氯化鈦生產車間來的蒸汽余熱取暖，一個冬季（4個月）可節約電費約10萬元。

5 結論

該余熱利用方式，既保證了生產中四氯化鈦被加熱的需求，又使生產蒸汽余熱資源得以回收，用于四氯化鈦預熱、液氯汽化、冬季生活供暖等；且冷凝水進入到了全廠循環水系統回用，水資源和熱資源基本完全利用，降低了運行成本。本節能技改項目實施后，一次性投入20 萬元余熱換熱器和安裝費，每年節約蒸汽35 040 t。