江苏沃德凯环保科技有限公司 江苏宜兴市 214241
摘要：介绍了水钢煤焦化公司新改造的利用烟道气余热进行负压蒸氨的新工艺，改造后既回收了烟道气余热，也有效降低了剩余氨水的处理能耗。与常压蒸氨相比，该工艺处理一吨剩余氨水可节省蒸汽150~200kg，节能效果显著。
关键词：烟道气；余热；负压蒸氨工艺
剩余氨水和富液混合形成了煤焦化净化工段废水，焦化厂通常采用蒸馏法处理剩余氨水，其目的在于：一是，从剩余氨水中回收氨资源生产硫铵或浓氨水，或送脱硫用以提高脱硫液氨的浓度；二是，脱氨作为废水进入生化系统前预处理，以降低NH3-N、酚、氰、硫、COD等污染物含量，为废水生化处理达标创造条件。
水钢老蒸氨塔采用直接蒸汽供热回收浓氨水，运行存在以下问题：
① 蒸汽直接与废水接触，直接加热，每处理一吨剩余氨水大约需要130000～140000Kcal的热量，热量消耗大，蒸气消耗居焦化厂煤气净化系统各工序前列，蒸汽在蒸氨过程中转化为废水，使废水量增加，每吨废水增加蒸汽冷凝水约200kg，增加后续废水处理的成本。
② 原蒸氨塔采用泡罩塔盘，废水中的焦油及其他有机物在塔盘死角处堆积容易堵塞，造成蒸汽耗量增大，同时随着时间的积累脱氨效率下降，频繁清洗塔盘也使得运行维护成本上升。
③ 氨水浓度不稳定，由于老蒸氨塔采用正压脱氨，回收氨水浓度依靠调节全凝器回流量来控制，当废水氨氮浓度出现波动时，回流量无法及时调节造成氨水浓度不稳定无法回用的问题。
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④ 老蒸氨塔腐蚀严重，废水腐蚀性强，即使塔顶使用了316L的材质也难以持续使用半年。全凝器采用钛材，氨水罐采用904材质，才勉强能够正常运行，但是相关管道的腐蚀问题也大大增加了设备的维护成本。
综合分析以上问题，结合江苏沃德凯环保科技有限公司在工业废水负压脱氨领域的丰富经验和技术实力。决定将水钢现有蒸氨工艺升级改造为负压蒸氨工艺。同时，为了降低蒸氨能耗，利用焦化厂两座焦炉排放烟气为能源回收热量供负压脱氨。该项目于2018年4月建成投产，现已交付运行三年时间，现将该工艺的具体过程和运行效果综述如下：
1.烟道气余热回收负压蒸氨工艺的提出
焦炉是能源转换器，在能源转换过程中热量损失巨大。180～230℃焦炉烟道废气带出热约占焦炉热量的17%，直排大气造成极大的能源浪费，而且造成空气污染。目前主流的焦炉烟道气余热回收利用工艺技术主要有：热管生产蒸汽技术、煤调湿、烟气直接负压蒸氨等。在这些烟道气余热利用技术中，生产蒸汽具有技术成熟、投资少、热回收率高等优点，是目前较为理想的利用方式。由于项目焦炉和蒸氨区域的距离远，本项目采用烟道气先回收高温热水，高温热水再输送至蒸氨塔釜再沸器的工艺方案。
2.烟道气余热回收负压蒸氨工艺方案和流程
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工艺流程详述：烟道引风至节能器，节能器利用热风加热软水产生高温热水。高温热水由高温热水循环泵在蒸氨塔釜再沸器和节能器之间循环，将高温热水的热量作为蒸氨塔的能量来源。
来自剩余氨水槽的剩余氨水，经过贫富液预热器，与蒸氨废水进行换热后，在管道混合器与来自界区外的碱液混合后从蒸氨塔的中部加入。蒸氨塔釜再沸器产生二次蒸汽与塔顶的废水逆流接触，废水至塔釜时剩余氨水的氨氮全部逃逸至气相；塔釜的废水由出水泵抽出，与贫富液预热器换热，加热剩余氨水进料，再经循环水深度冷却换热后送出系统至生化。
蒸氨塔顶氨蒸汽进入冷凝器冷凝，冷凝液回流至塔顶浓缩，浓缩后的氨气经过抽氨真空装置抽至氨回收塔吸收成浓氨水，最后送入氨水罐，外售或供给脱硫使用。
3.技术路线和主体工艺设备
3.1.烟道气余热回收技术
水钢现有焦炭生产能力为140万t/a，水洗氨工艺，氨水产生量约60t-80t/h（设计按一套最大氨水处理能力为100t/h考虑），采用5.5m顶装焦炉烟气处理。每1座焦炉每小时产生烟道废气量约为110000-120000Nm3（两座焦炉220000-240000Nm3/h）。根据烟道废气负压蒸氨生产装置运行标定，换热前废气温度280℃，每处理1吨剩余氨水需要烟气量2800Nm3，处理100t/h剩余氨水约需224000Nm3/h焦炉烟道废气，因此在保持烟囱吸力稳定的情况下，基本满足蒸氨的供热，当热量稍有欠缺时，可在适当采用部分蒸汽作为补充。
新设计负压蒸氨塔1台布置在现有100万t/a焦化蒸氨钢结构框架位置，在现有2座烟囱附近各布置1台烟气引风机和1台烟气节能器。
在焦炉主烟道翻板阀前开孔，将主烟道热烟气引出进入节能器（热管锅炉），换热降温后烟气排入主烟道翻板阀后的地下主烟道，最后经烟囱排入大气。
3.1.1.节能器
焦炉烟道气的温度为260~280℃，每座焦炉的废气量为110000-120000Nm3/h（共两座焦炉），利用节能器可将焦炉烟道废气换热产生每小时250吨120度的高温热水，采用负压方式处理焦化厂生产过程中产生的60t-80t/h剩余氨水（设计按一套最大氨水处理能力为100t/h考虑）。
余热回收部分主要设备一览表
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余热回收部分主要设备一览表
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序号
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名称
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规格
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材质
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数量
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单位
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备注
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1
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引风机
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Y4-73 19D 左180
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304
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1
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台
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2
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引风机
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Y4-73 19D 左0
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玻璃钢
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1
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台
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3
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节能器
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FP-LJNQ-80/120/1.6-Q（120）
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2
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台
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4
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化工流程泵
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YTZE80-315
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3
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台
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5
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立式锅炉给水泵
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JGGCN12-100Y
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1
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台
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6
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补给水箱
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FP-C 1800*3400
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304
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1
|
台
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3.2.负压蒸氨技术
为降低能耗，蒸氨系统采用负压真空系统；原水与塔底高温水换热后进入负压脱氨塔，由于氨的相对挥发度大于水，在沸腾汽提下易挥发游离氨进入气相，并与上一层E型塔板流下的液体建立新的气液平衡，经过多次气液相平衡后，气相中的氨浓度被提高到设计要求，氨蒸汽由塔顶进入冷凝器，冷凝液化后生成稀氨水进行回流，未冷凝的氨气，进入氨回收装置，循环吸收回收20%的浓氨水，不凝气通过尾气净化塔净化后外排。
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负压蒸氨部分主要设备一览表
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序号
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名称
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规格
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材质
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数量
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单位
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备注
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1
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脱氨塔
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DN3200*30000
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304
|
1
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台
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2
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氨回收装置
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DN2800*6500
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玻璃钢
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1
|
台
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3
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再沸器
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300m2
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|
1
|
台
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|
4
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预热器
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60m2
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|
1
|
台
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|
|
5
|
冷却器
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120m2
|
|
1
|
台
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|
6
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洗氨塔
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DN1200
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304
|
1
|
台
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7
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油渣罐
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DN2300*2400
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玻璃钢
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1
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台
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8
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汽浮除油装置
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9500*2800*2200
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Q235
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2
|
台
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9
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陶瓷膜过滤器
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DN2800*4500
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Q235
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3
|
台
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二用一备
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10
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冷凝器
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400m2
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1
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台
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11
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汽液分离罐
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DN1800*2400
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|
1
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台
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12
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深冷器
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150m2
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1
|
台
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4.实施成果
4.1.剩余氨水蒸氨后的各项污染物指标变化显著
蒸氨过程采用负压工艺，蒸氨塔内负压运行，废水的沸点降低，氨和部分有机物更容易挥发逃逸至气相。蒸氨效率和稳定性大大提高，剩余氨水蒸氨后的废水氨氮含量稳定在100mg/L以下。同时油类、硫化物和氰化物等指标也控制在较低水平，与原有的正压蒸氨工艺比较蒸馏的效果得到很好地改善。
4.2.回收氨水的浓度更高
蒸氨塔顶的氨蒸汽经过冷凝，采用水喷射混合吸收技术进行氨水的回收工艺，既提供了蒸氨系统的负压，又提供了氨回收强制循环的动力。喷射吸收得到的氨水浓度稳定可以调节而且使得氨水的回收工艺简便易于控制，氨水的浓度正常可以达到20%左右。产生氨水的工艺控制简单，与原系统回收冷凝液回流调节氨水浓度的做法相比，更加稳定、高效。
4.3.节能效果显著
烟道气余热回收负压蒸氨技术的实施，利用余热进行回收高温热水代替焦化厂使用蒸汽蒸氨的传统，大大节约了能源。原有的蒸氨系统蒸汽耗量为每方水160kg饱和蒸汽。改造后利用余热高温水代替饱和蒸汽，用电量为每小时增加440kwh，核算每吨水为4.4kwh。在蒸氨蒸汽提供这一方面每吨水处理可节省大约28元。这一改造为焦化厂的剩余氨水处理提供了具有环保经济双重效益的方案，具有广阔的前景和积极的推广价值。
上接第151页
（6）掘进机月施工进度参照贵阳八鸽岩隧道［6］；
（7）钻爆法施工超挖值S5围岩取设计初期支护的1.6倍，S4围岩取设计初期支护的1.3倍；
（8）掘进机开挖超挖值参照重庆轨道交通环线华龙站～重庆西站区间隧道[7]；
（9）喷射混凝土材料成本取440元/m³；
根据新磨溪二号隧道的统计数据，悬臂掘进机开挖单价约为 62.5元/m³［8］，传统钻爆施工工艺开挖单价约36元/m³。经计算，采用悬臂掘进机开挖成本较钻爆法增加约282.2万元，但悬臂掘进机开挖可节省喷射混凝土约308.7万元，其施工总成本将节省26.5万元。
6 结论
根据悬臂掘进机已往的成功应用经验，大断面软弱围岩隧道采用悬臂掘进机开挖可减少临时支护工程量、减少施工工序、降低隧道超挖值、能够极大的缩短工期、降低施工总成本。以百花寺隧道右线为例，采用悬臂掘进机施工较钻爆法施工，工期可节约5个月，施工总体成本可节约26.5万元，若将临时支护的人工成本、工期节省的管理成本等费用一并考虑，经济效益更为明显。通过比选，在传统钻爆法施工无法高效解决隧道超挖的情况下，悬臂掘进机具有机械化程度高、对围岩扰动小、超欠挖容易控制等特点，其在高速公路大断面软弱围岩隧道施工中进行推广应用是可行的。
参考文献：
［1］ 吴绍升.大跨度超浅埋隧道特殊地质下双侧壁导坑施工工法的优化与施工.隧道/地下工程，1009-4539（2015）05-0084-03
［2］张楠.悬臂掘进机隧道施工研究与应用.1002－2333（2020）08－0115－03
［3］韩常领.铣挖法在软岩隧道开挖中的应用.中外公路，1671 -2579（2009）04 -0377-03
［4］刘文学.高速公路大断面黄土隧道关键工序机械化配套研究.交通科技，DOI 10．3963/j.issn.167-7570.2020.06.024
［5］张立敏.弱质围岩大断面特长公路隧道三台阶法施工实践.内蒙古公路与运输，1005－0574－（2015）03－0025－04
［6］刘浪.悬臂式掘进机在市政大断面软弱围岩隧道施工中的应用.工程设备与材料，2096-2789（2020）08-0131-02
［7］ 陈东.悬臂式掘进机在城市地铁施工中的应用.工程施工，1007-6344（2020）07-0244-02
［8］林宏.悬臂掘进机成套机械化作业线在铁路隧道施工中的应用.现代隧道技术，1009-6582（2019）02-0188-06