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        蒸汽余熱利用在四氯化鈦生產(chǎn)中的實(shí)踐

        2021-06-26 00:50:14曲銀化李亞軍劉正紅
        冶金動(dòng)力 2021年3期
        關(guān)鍵詞:四氯化鈦液氯冷態(tài)

        曲銀化,李亞軍,劉正紅,王 剛

        (洛陽雙瑞萬基鈦業(yè)有限公司,河南洛陽 471832)

        1 概述

        隨著國家節(jié)能政策和企業(yè)節(jié)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(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本,同時(shí)推進(jìn)節(jié)約煤電消耗、保護(hù)生態(tài)環(huán)境,是實(shí)現(xiàn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,展現(xiàn)企業(yè)社會價(jià)值和踐行“青山綠水就是金山銀山”理念的高度統(tǒng)一[1-2]。

        近年來,四氯化鈦行業(yè)競爭異常激烈,在穩(wěn)定和提升質(zhì)量的同時(shí),要求企業(yè)不斷地壓縮成本。影響四氯化鈦的生產(chǎn)成本的因素有三個(gè):原料、電力和蒸汽,其中蒸汽成本占能源費(fèi)用的53%。蒸汽與冷態(tài)粗四氯化鈦換熱后,獲得精制后的四氯化鈦產(chǎn)品,如果能夠提高蒸汽利用率,節(jié)約蒸汽用量,對降低能源費(fèi)用,降低四氯化鈦生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        2 蒸汽使用現(xiàn)狀

        某四氯化鈦生產(chǎn)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(jīng)管線排入廠循環(huán)水池。如此壓力、溫度的蒸汽直接進(jìn)入循環(huán)水冷卻系統(tǒng),既造成余熱資源的嚴(yán)重浪費(fèi)、也給廠區(qū)循環(huán)水冷卻增加了負(fù)擔(dān)。如果合理、有效地對蒸汽余熱進(jìn)行利用,不但會節(jié)省可觀的蒸汽采購費(fèi)用,也會降低循環(huán)水站的運(yùn)行成本。

        3 蒸汽余熱利用設(shè)計(jì)

        3.1 設(shè)計(jì)思路

        (1)將再沸器使用后的余熱蒸汽,用于預(yù)熱冷態(tài)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(jié)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(jìn)入循環(huán)水。

        (3)每年冬季生產(chǎn)樓、餐廳、化驗(yàn)樓、辦公樓等用空調(diào)取暖(4 個(gè)月取暖),耗電費(fèi)用太高。如果蒸汽余熱用于辦公樓、生產(chǎn)樓、餐廳、化驗(yàn)樓等冬季取暖,將節(jié)約大量電費(fèi)。

        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(shè)計(jì)可疏通固體顆粒的形式。

        基于以上三點(diǎn)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(yōu)勢,因此選擇列管式換熱器,管內(nèi)走四氯化鈦,管外走水蒸氣。

        3.3 余熱換熱器的換熱面積計(jì)算

        使用蒸汽余熱預(yù)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(jù)四氯化鈦比熱:

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

        可計(jì)算出四氯化鈦需要的熱量為:

        根據(jù)四氯化鈦和蒸汽在列管式換熱器的傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)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(jìn)口溫度T1=167 ℃、余熱蒸汽出口溫度T2=128 ℃、四氯化鈦進(jìn)口溫度t1=30 ℃、四氯化鈦出口溫度t2=70 ℃,得△T=98 ℃,可計(jì)算出粗四氯化鈦的新?lián)Q熱器需要的換熱面積為A=52×1 000/(12.3×98)=43(m2)??紤]到換熱余量,選用換熱面積46 m2的換熱器。

        4 節(jié)能效果分析

        4.1 節(jié)約新蒸汽用量

        余熱換熱器節(jié)能項(xiàng)目投用后,用于加熱冷態(tài)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(shí)現(xiàn)蒸汽余熱二次利用。

        四氯化鈦生產(chǎn)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(tǒng)。

        原6 t/h四氯化鈦產(chǎn)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(yù)熱冷態(tài)四氯化鈦的此類換熱器共4臺,共節(jié)省新蒸汽為4 t/h,按照全年365天運(yùn)行計(jì)算,全年節(jié)省新蒸汽35 040 t。

        4.2 降低廠循環(huán)水的運(yùn)行費(fèi)用

        四氯化鈦生產(chǎn)車間經(jīng)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(jīng)過余熱換熱器二次再利用(四氯化鈦的預(yù)熱、液氯的汽化、冬季生活供暖)后,溫度降至70 ℃,再進(jìn)入廠循環(huán)水,每年節(jié)省廠循環(huán)水站的運(yùn)行成本為15.2萬元。

        4.3 往廠循環(huán)水補(bǔ)充了軟化水

        由于余熱蒸汽為軟化水,該水進(jìn)入廠循環(huán)水,降低了廠循環(huán)水的結(jié)垢速度,也減少了每年往廠循環(huán)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(jīng)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(jìn)入循環(huán)水,可節(jié)約新蒸汽的使用量。

        4.5 節(jié)省冬季取暖費(fèi)

        冬季生產(chǎn)樓、餐廳、化驗(yàn)樓、辦公樓等場所用空調(diào)取暖共耗電約16萬kWh。經(jīng)過本技改項(xiàng)目,使用四氯化鈦生產(chǎn)車間來的蒸汽余熱取暖,一個(gè)冬季(4個(gè)月)可節(jié)約電費(fèi)約10萬元。

        5 結(jié)論

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

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