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蒸氨新工艺在首钢京唐工程中的应用
                      王保华 张素利 于义林（中冶焦耐工程技术有限公司，鞍山114002)0 ?( X1 v* z/ s' u
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1   蒸氨工艺简介7 d; B! S6 ~+ Y
    众所周知，蒸氨就是利用水蒸汽将原料氨水中的氨蒸出，使蒸氨废水中的氨含量较低，以便于生化装置的操作，同时可得到较高浓度的氨汽。7 o- S9 T- Q( I4 H" u' V
    根据外来水蒸汽是否直接进入蒸氨塔作为蒸馏介质，蒸氨工艺又可分为直接蒸氨工艺和间接蒸氨工艺。水蒸汽直接进入蒸氨塔作为蒸馏介质的工艺称直接蒸氨工艺，加热蒸氨塔底的蒸氨废水，将产生的蒸汽作为蒸馏介质的工艺称间接蒸氨工艺。间接蒸氨工艺根据蒸氨废水被加热的方式又分为蒸汽加热（图1)、煤气管式炉加热（图2)和导热油加热（图3)三种。
    由于直接蒸氨工艺较为简单，虽然增加了废水量，但可降低蒸氨废水的浓度，废水中污染物总量并没有随废水量成比例增加，生化装置的处理负荷只是略有增加。因此，直接蒸氨工艺已得到世界各国的广泛应用，如德国伍德公司、美国凯撒公司、日本新日铁公司等著名工程公司在设计中都是采用了直接蒸氨工艺。+ o6 A9 |" l) b9 _# e2 P
    间接蒸氨工艺虽然比直接蒸氨工艺复杂，但也有其优点，即可节省蒸氨用的直接蒸汽量，降低了蒸氨废水的排放量。因此比较适合淡水严重短缺的地区使用。$ _0 U6 b# U; j
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                         图1  蒸汽加热废水的间接蒸氨工艺流程图
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图2    煤气管式炉加热废水的间接蒸氨工艺流程图  I. b+ w/ k) B3 u. l# z* F- S% {

                       图3     导热油加热废水的间接蒸氨工艺流程图

2   首钢京唐工程对蒸氨工艺的要求9 Q" `" ]/ y3 \
    首钢京唐工程地处渤海边，淡水严重短缺，要求废水经膜渗透处理后大部分回用，要尽可能地减少废水的排放量。因此，首钢京唐工程要求采用间接蒸氨工艺，以节省蒸氨用直接蒸汽的消耗量，以降低蒸氨废水的排放量。
3   各种间接蒸氨工艺的比较
    针对首钢京唐工程采用间接蒸氨工艺的要求，我公司组织相关人员进行了认真研究，认为首钢京唐工程这样已配备了干熄焦装置的工程，蒸汽有大量过剩，应首选蒸汽加热废水的间接蒸氨工艺，这样既达到了节约直接蒸汽耗量和降低蒸氨废水量的目的，工艺流程又相对简单，只需在蒸氨塔底增加蒸汽再沸器。
3.1  蒸氨废水用蒸汽或导热油加热的间接蒸氨工艺9 X; e: v* M  m' c2 b3 C* d
    蒸氨废水用蒸汽加热和导热油加热的间接蒸氨工艺极为类似，都是利用循环使用的热传递介质（水或导热油）吸收煤气或煤燃烧产生的热量，用于加热蒸氨塔底的蒸氨废水。两种方式的对比情况如下：3 S7 Z2 ~. e7 }( y
    （1）蒸汽是最廉价的动力介质，也是仅次于电、最方便使用的动力介质。在加热温度许可的情况下，应优先采用蒸汽作为动力介质。世界上几乎所有钢铁厂和化工厂都把蒸汽作为首选动力介质。另外，蒸汽具有载热量大、传热系数大和蒸汽加热设备制造成本低等优点。蒸汽的加热过程是利用水的汽化和冷凝潜热来传导热量的，而导热油则是利用油温的升降来传导热量，单位质量蒸汽传导的热量远大于导热油传导的热量。由于蒸汽冷凝的给热系数远大于导热油的给热系数，所以蒸汽加热的总传热系数远大于导热油加热的总传热系数，因此蒸汽加热设备的制造成本就更低。2 `8 _1 Y# i& F7 v; Y3 L: @; F8 [. C
    （2）导热油加热适用于加热温度比较高的场合。在焦化行业的苯加氢和克劳斯炉系统，被加热介质的温度高达250℃，如采用蒸汽加热，则蒸汽压力至少要达到4.0MPa，这么高压力的蒸汽一般工厂没有，由于用量也比较少，不值得新建一套高压锅炉，故可采用导热油加热。由于导热油的气化温度较高，导热油在常压下就可满足上述加热要求，由此可见，导热油比较适用于加热温度较高、且热负荷较低的场合。
    （3）蒸汽是最环保、最安全的动力介质。蒸汽或导热油在使用过程中不可避免地会造成泄漏，蒸汽泄漏后冷凝成水，对环境无任何污染，而导热油泄漏后将对环境造成严重污染。导热油在正常循环使用过程中会有少量裂解变质，裂解气排入大气会对环境造成污染。导热油可燃，操作温度高，出现泄漏时很容易造成火灾，而蒸汽不可燃，不会造成火灾。
    由以上对比可看出，对于蒸氨这种加热温度只有110℃的操作条件，即使厂内无蒸汽，新建一套锅炉（能力约21 t/h）生产蒸汽用于蒸氨，也比新建一套导热油系统用于蒸氨更合理。
3.2  蒸氨废水用管式炉或导热油加热的间接蒸氨工艺
    如果没有过剩的蒸汽供给，上级公司又不允许新建锅炉，就应选择煤气管式炉加热的间接蒸氨工艺。无论是煤气管式炉加热还是导热油加热的间接蒸氨工艺，实质都是利用煤气的热能加热蒸氨废水，但煤气管式炉加热是直接利用管式炉加热蒸氨废水，而导热油加热则是先利用煤气加热炉加热导热油，再用导热油加热蒸氨废水，中间增加了一道工序，既增加了设备投资、热损失和操作费用，又增加了导热油对环境的污染的可能性和安全隐患，而达到的加热效果却是一样的。因此，在这种条件下，应优先采用煤气管式炉加热蒸氨废水的间接蒸氨工艺。7 s! _; g5 `" v; ]+ n
   在我公司总承包建设的新疆大黄山焦化工程中，采用的就是煤气管式炉加热蒸氨废水的间接蒸氨工艺，该工程已于2006年5月投产，各项操作指标均达到了设计要求。( P8 p5 ^5 X+ G9 ]/ ?+ F/ E! n
3.3  各种间接蒸氨工艺的经济比较, Q0 n9 e( H7 Q4 J* ?
    首钢京唐工程蒸氨装置的处理能力为120m3/h, 分为两系，每系处理能力为60m3/h，共设3台蒸氨塔，2开1备。按此条件各种间接蒸氨工艺的对比结果见表1。! y7 W/ a: w2 Z5 V4 o1 m# Z3 m

表1    各种间接蒸氨工艺的对比结果
项   目 蒸汽加热 煤气管式炉加热 导热油加热 单  价 
动力消耗  电，kWh/h 44 388 480 0.7元/kWh 
          蒸汽，t/h 21 － － 90元／t * l' ]* E& C2 I. K  W
          焦炉煤气，m3/h － 4000 4000 0.4元／m3 9 t, ~8 |  b$ Q" \6 q0 m
          动力总费用，万元／a 1683 1640 1696   8 N1 D, q5 a$ J# L; z  I: Y
投资，万元 330 930 1050   
设备折旧及维修费，万元／a 33 93 105   
年生产成本万元 1716 1733 1801   
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注：1)各种间接蒸氨工艺的循环冷却水消耗量相同，因此未计入动力消耗中；2)各种间接蒸氨工艺的投资比直接蒸氨工艺多出的部分投资，不是蒸氨装置的总投资。  A& [) @2 W/ v& v& U4 r, J* w* E
    由表1对比结果可看出：
    （1）各种间接蒸氨工艺的生产成本基本相当。. x# v( T7 @- W
    （2）蒸汽加热蒸氨废水的间接蒸氨工艺略低，其主要是蒸汽来自于大型锅炉，大型锅炉的热效率高于煤气管式炉和导热油炉，因此蒸汽生产成本较低，从而使蒸汽加热的间接蒸氨工艺的生产成本较低。6 N  u5 \* b: ?7 X, i+ B9 U7 K' S
    （3）导热油加热蒸氨废水的间接蒸氨工艺略高，其主要是导热油循环系统的电耗较高。# h: ~3 ~4 t! M6 t" p( J* r
4   首钢京唐工程采用的蒸氨工艺0 h, U3 }' S) `4 o$ v2 C
    根据以上比较，我公司建议首钢京唐工程作业部在蒸氨工艺的选择上，应首选蒸汽加热的间接蒸氨工艺，其次可选择煤气管式炉加热的间接蒸氨工艺，而不应选择导热油加热的间接蒸氨工艺。
    虽然首钢京唐工程配备的干熄焦装置采用的是全凝发电机组，无过剩蒸汽供给蒸氨使用，但公司蒸汽管网有充足的蒸汽可供，因此，首钢京唐工程作业部同意我公司的建议，采用蒸汽加热蒸氨废水的间接蒸氨工艺。现在首钢京唐工程正在进行施工安装，不久将投入生产。我们相信蒸汽加热蒸氨废水的间接蒸氨工艺将会在焦化行业逐渐推广，特别适用于北方严重缺水的地区。