蒸汽余热利用在四氯化钛生产中的实践

曲银化，李亚军，刘正红，王 刚

（洛阳双瑞万基钛业有限公司，河南洛阳 471832）

1 概述

随着国家节能政策和企业节能成本控制程度的不断加大，余热资源的利用越来越受重视。利用好余热资源，可以提高企业的产品产量和品质、降低生产成本，同时推进节约煤电消耗、保护生态环境，是实现企业高质量发展，展现企业社会价值和践行“青山绿水就是金山银山”理念的高度统一[1-2]。

近年来，四氯化钛行业竞争异常激烈，在稳定和提升质量的同时，要求企业不断地压缩成本。影响四氯化钛的生产成本的因素有三个：原料、电力和蒸汽，其中蒸汽成本占能源费用的53%。蒸汽与冷态粗四氯化钛换热后，获得精制后的四氯化钛产品，如果能够提高蒸汽利用率，节约蒸汽用量，对降低能源费用，降低四氯化钛生产成本，实现节能减排、可持续发展具有重要的现实意义。

2 蒸汽使用现状

某四氯化钛生产厂家蒸汽使用有两种途径：

（1）再沸器使用蒸汽（330 ℃、1.0 MPa）作为热源，用于四氯化钛精制提纯，蒸汽用量5.5 t/h。

（2）液氯汽化站使用蒸汽作为热源，蒸汽用量1.5 t/h。

以上两种方式使用后的余热蒸汽压力为0.35 MPa、温度150 ℃，经管线排入厂循环水池。如此压力、温度的蒸汽直接进入循环水冷却系统，既造成余热资源的严重浪费、也给厂区循环水冷却增加了负担。如果合理、有效地对蒸汽余热进行利用，不但会节省可观的蒸汽采购费用，也会降低循环水站的运行成本。

3 蒸汽余热利用设计

3.1 设计思路

（1）将再沸器使用后的余热蒸汽，用于预热冷态的粗四氯化钛和一级精制四氯化钛，四氯化钛温度由30 ℃加热至70 ℃，节约新蒸汽。

（2）液氯汽化站使用蒸汽流量为1.5 t/h，可以用余热蒸汽替代新蒸汽汽化液氯，回水温度降至60 ℃以下后收集进入循环水。

（3）每年冬季生产楼、餐厅、化验楼、办公楼等用空调取暖（4 个月取暖），耗电费用太高。如果蒸汽余热用于办公楼、生产楼、餐厅、化验楼等冬季取暖，将节约大量电费。

3.2 余热换热器的选型

（1）加热的四氯化钛具有固体颗粒，容易堵塞，且不能遇到空气和水分。

（2）热源为水蒸气，因此需要间接换热。

（3）为防止四氯化钛中固体颗粒堵塞换热器，需要设计可疏通固体颗粒的形式。

基于以上三点原因，在四氯化钛换热和维修过程中，列管式换热器比螺旋版式、板式换热器都更有优势，因此选择列管式换热器，管内走四氯化钛，管外走水蒸气。

3.3 余热换热器的换热面积计算

使用蒸汽余热预热粗四氯化钛流量为6 t/h，从30 ℃（t1=273+30=303 K）加热至70 ℃（t2=273+70=343 K），根据四氯化钛比热：

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

可计算出四氯化钛需要的热量为：

根据四氯化钛和蒸汽在列管式换热器的传热系数经验值K=12.3 W/（m2·℃），由传热方程式：

粗四氯化钛余热换热器换热量Q=52 kW，余热蒸汽进口温度T1=167 ℃、余热蒸汽出口温度T2=128 ℃、四氯化钛进口温度t1=30 ℃、四氯化钛出口温度t2=70 ℃，得△T=98 ℃，可计算出粗四氯化钛的新换热器需要的换热面积为A=52×1 000/（12.3×98）=43(m2)。考虑到换热余量，选用换热面积46 m2的换热器。

4 节能效果分析

4.1 节约新蒸汽用量

余热换热器节能项目投用后，用于加热冷态的四氯化钛，其回水用于液氯汽化和冬季采暖，减少新蒸汽的消耗，实现蒸汽余热二次利用。

四氯化钛生产车间安装2台余热换热器用于加热粗四氯化钛，由30 ℃加热至90 ℃，送至一级精制系统。

原6 t/h四氯化钛产能情况下，需要2.5～3 t/h的新蒸汽，目前仅需要1.5～2 t/h 新蒸汽，平均减少了新蒸汽的消耗1 t/h。某公司在需要预热冷态四氯化钛的此类换热器共4台，共节省新蒸汽为4 t/h，按照全年365天运行计算，全年节省新蒸汽35 040 t。

4.2 降低厂循环水的运行费用

四氯化钛生产车间经过再沸器一次换热后的蒸汽余热温度为150 ℃以上，该蒸汽余热经过余热换热器二次再利用（四氯化钛的预热、液氯的汽化、冬季生活供暖）后，温度降至70 ℃，再进入厂循环水，每年节省厂循环水站的运行成本为15.2万元。

4.3 往厂循环水补充了软化水

由于余热蒸汽为软化水，该水进入厂循环水，降低了厂循环水的结垢速度，也减少了每年往厂循环水加阻垢剂的量52 kg。

4.4 液氯气化

液氯汽化站原来使用新蒸汽流量为1.5 t/h，经过改造，目前可以用余热蒸汽替代新蒸汽汽化液氯，回水温度降至60 ℃以下后收集进入循环水，可节约新蒸汽的使用量。

4.5 节省冬季取暖费

冬季生产楼、餐厅、化验楼、办公楼等场所用空调取暖共耗电约16万kWh。经过本技改项目，使用四氯化钛生产车间来的蒸汽余热取暖，一个冬季（4个月）可节约电费约10万元。

5 结论

该余热利用方式，既保证了生产中四氯化钛被加热的需求，又使生产蒸汽余热资源得以回收，用于四氯化钛预热、液氯汽化、冬季生活供暖等；且冷凝水进入到了全厂循环水系统回用，水资源和热资源基本完全利用，降低了运行成本。本节能技改项目实施后，一次性投入20 万元余热换热器和安装费，每年节约蒸汽35 040 t。