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摘要：某煤化工企业硫铵装置采用酸洗配DTB结晶器法生产大颗粒工业用硫铵，其蒸汽消耗所占能源比例很大，蒸汽单耗达到1.7t蒸汽/t硫铵。为了降低蒸汽消耗，对蒸汽喷射泵重新设计改造，改造后硫铵吨产品蒸汽耗下降20%，汽耗降至1.36t/t。
关键词：蒸汽喷射泵;硫铵;节能降耗中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-146
一、硫铵结晶工艺的介绍
焦炉煤气中含氨量为6～9g/m3，回收煤气中的氨一方面可以减少煤气处理过程中的腐蚀，另外可以回收生产硫铵产品作为农用化肥或者工业生产。宝钢一期工程引进了酸洗法生产硫铵工艺，该工艺通过酸洗塔中不饱和硫铵母液洗涤煤气吸收其中的铵，生产母液送至结晶器中真空蒸发，产品经过离心机、干燥和打包成品外卖[1，2]。
该公司采用酸洗DTB结晶器生产硫铵，用硫铵母液泵将不饱和硫铵母液从酸洗塔送至结晶器，母液在结晶器内进行蒸发结晶，伴随着母液达到饱和或过饱和状态，结晶颗粒逐渐长大。热饱和硫铵母液连续加到循环管下部与循环管内夹带有小晶体的硫铵母液混合后泵送至加热器，母液加热器采用蒸汽对外部循环母液进行加热。结晶器内的搅拌桨将加热后的硫铵母液送至液面，真空泵抽结晶器内的不凝气体形成真空，硫铵母液在液面进行蒸发结晶达到过饱和状态。
采用蒸汽直接加热外部循环母液，蒸汽消耗较高达到1.7t蒸汽/t硫铵，远高于同行业的标杆的1.2t蒸汽/t硫铵的水平。因此考虑在进加热器前的蒸汽管上增加喷射泵，同时回收蒸发结晶尾气中的潜热，意图降低蒸汽消耗。
二、蒸汽喷射泵的原理及其应用
蒸汽喷射泵属于废热资源化技术，利用蒸汽喷射器对高品位蒸汽引射式减压替代传统的阀门节流减压，向热力系统提供所需品位和数量的蒸汽，既可以实现蒸汽无损耗减压，又可以利用高品位蒸汽减压前后的压力差为动力，回收工业废热蒸汽（或冷凝水系统产生的二次蒸发汽或副产低品位蒸汽）回用到生产中，既可以实现废热资源化，提高能源的利用率，从而实现能源梯级利用、降低产品蒸汽单号、节约资源宝华环境的目的[3]。据多方应用说明，蒸汽喷射器废热资源化技术在工业生产改造应用中，蒸汽平均节约率可达到20%左右，在特别的蒸汽能耗高的行业中，蒸汽节约率可以达到30%以上[4-6]。
三、设计的基础数据
四、设计计算
（1） 热泵运行设计工况
热泵进口新蒸汽压力：0.70MPa（t=180℃，过热）
热泵吸入口压力： 8.5～9.0KPa
热泵供出蒸汽压力：35～36KPa（绝压）
（2） 耗汽量计算
硫铵结晶耗汽量应包括母液升温及汽化潜热两部份组成。
a 母液升温用汽量
进结晶器母液量20～25t/h，取用25t/h，取母液浓度40%、产量5.5t/h，则5.5/0.40=13.75t/h，进结晶器母液循环量必须大于13.75t/h。余量即为母液升温溢流量。
母液升温耗用蒸汽量25×103×0.64×（60-30）×1.27/557.3/5.5/0.85=198.9/0.85=234kg/t=240kg/t。
取用每吨产品耗汽量为240kg/t。
b 母液汽化用汽量
按结晶器出口干燥，产品干度0.88，硫铵母液浓度0.40，则生产1吨产品脱水量为0.88/0.4-1=1.2t/t。
母液汽化用汽量573.4/557.3×1.2/0.9=1.33t/t
其中573.4仟卡/公斤、557.3仟卡/公斤分别为P=8.5KPa和P=32KPa的蒸汽汽化潜热。
在上述计算中分别考虑母液加热器和结晶器的热效率，分别取值为0.85和0.90，则其升温及汽化用汽量总和为1.57t/t，约为1.60t/t。
c 热泵运行节汽量
热泵运行回收的二次蒸发汽数量即热泵节汽量，其计算简述如下：
取用热泵热力参数典型工况见表1。
d 吨产品汽耗
设计目标值吨产品耗用蒸汽设计值1.36t/t（上限1.40t/t）考虑1.02～1.03波动值，相当于汽耗降低20%。
请注意，热泵供出蒸汽对于汽耗影响比较大 ，建议选定热泵供出蒸汽压力72kPa为宜。
e 母液循环倍率及循环量
母液循环泵的流量是产量必须保证的倍数，以下按进出母液加热器10℃温差（热母液供60℃，热母液回50℃），母液比热为0.64kcal/kg·℃计算，在蒸发压力8.5KPa工况下，水蒸汽潜热为573.4kcal/kg，计算得出产量为5.5t/h工况下，要求母液循环量为：
1.15×103×1.2×5.5×573.4/（10×0.64）=680 m3/h。
溶液从60℃降低至50℃，在10℃温差情况下，每公斤母液可以放出的热量为640kcal/kg。母液降低了10℃温度放出热量用于母液蒸发。母液必须保证的温差大于10℃。
在压力P=8.5KPa工况下水蒸气饱和温度为42.3℃，结晶器出口母液温度为50℃同其42.3℃的温度差值，为换热过程中的不可逆过程必须保证的温差。
母液携带显热做为载热体，提供热量用于母液汽化，必须保证增加的流量倍数，方能满足热泵蒸发汽化潜热的要求，约为700/13.75=50.91，按目前配置母液循环泵流量为680 m3/h。
五、结论
本文以某化工厂的硫铵工段改造为例，在进加热器前蒸汽管上增加蒸汽喷射泵，回收蒸发结晶尾气中的潜热，硫铵吨产品蒸汽耗下降20%，汽耗降至1.36t/t（考虑0.02～0.03波动值，则上限为1.40t/t），有效节约硫铵生产成本。
参考文献
[1]王嵩林，杨爽.酸洗法配套DTB结晶器生产硫铵工艺[J].燃料与化工，2007，（4）：47～49
[2]颜长青，张广连，许善平，任巍.DP结晶器在硫铵生产中的应用[J].燃料与化工，2010，（4）：51～54
[3]叶树滋.硫铵溶液蒸发结晶技术的探讨[J].硫酸工业，2004，（4）：21～24
[4阎尔平，於良荣，金学文，刘其国，张晓弟，罗正芳.蒸汽喷射热泵在蒸氨中的應用[J].燃料与化工，2007，（3）：39～42
[5]阎金宏，杨子江，申宏，王文选.蒸汽喷射泵节能的应用[J].天津化工，1995，（2）：54～55
[6]高阳.蒸汽喷射泵的原理与应用[J].煤气与热力，2003，（8）：504～507
（南京江北新区公用资产投资发展有限公司 南京 210039）
关键词：蒸汽喷射泵;硫铵;节能降耗中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-146
一、硫铵结晶工艺的介绍
焦炉煤气中含氨量为6～9g/m3，回收煤气中的氨一方面可以减少煤气处理过程中的腐蚀，另外可以回收生产硫铵产品作为农用化肥或者工业生产。宝钢一期工程引进了酸洗法生产硫铵工艺，该工艺通过酸洗塔中不饱和硫铵母液洗涤煤气吸收其中的铵，生产母液送至结晶器中真空蒸发，产品经过离心机、干燥和打包成品外卖[1，2]。
该公司采用酸洗DTB结晶器生产硫铵，用硫铵母液泵将不饱和硫铵母液从酸洗塔送至结晶器，母液在结晶器内进行蒸发结晶，伴随着母液达到饱和或过饱和状态，结晶颗粒逐渐长大。热饱和硫铵母液连续加到循环管下部与循环管内夹带有小晶体的硫铵母液混合后泵送至加热器，母液加热器采用蒸汽对外部循环母液进行加热。结晶器内的搅拌桨将加热后的硫铵母液送至液面，真空泵抽结晶器内的不凝气体形成真空，硫铵母液在液面进行蒸发结晶达到过饱和状态。
采用蒸汽直接加热外部循环母液，蒸汽消耗较高达到1.7t蒸汽/t硫铵，远高于同行业的标杆的1.2t蒸汽/t硫铵的水平。因此考虑在进加热器前的蒸汽管上增加喷射泵，同时回收蒸发结晶尾气中的潜热，意图降低蒸汽消耗。
二、蒸汽喷射泵的原理及其应用
蒸汽喷射泵属于废热资源化技术，利用蒸汽喷射器对高品位蒸汽引射式减压替代传统的阀门节流减压，向热力系统提供所需品位和数量的蒸汽，既可以实现蒸汽无损耗减压，又可以利用高品位蒸汽减压前后的压力差为动力，回收工业废热蒸汽（或冷凝水系统产生的二次蒸发汽或副产低品位蒸汽）回用到生产中，既可以实现废热资源化，提高能源的利用率，从而实现能源梯级利用、降低产品蒸汽单号、节约资源宝华环境的目的[3]。据多方应用说明，蒸汽喷射器废热资源化技术在工业生产改造应用中，蒸汽平均节约率可达到20%左右，在特别的蒸汽能耗高的行业中，蒸汽节约率可以达到30%以上[4-6]。
三、设计的基础数据
四、设计计算
（1） 热泵运行设计工况
热泵进口新蒸汽压力：0.70MPa（t=180℃，过热）
热泵吸入口压力： 8.5～9.0KPa
热泵供出蒸汽压力：35～36KPa（绝压）
（2） 耗汽量计算
硫铵结晶耗汽量应包括母液升温及汽化潜热两部份组成。
a 母液升温用汽量
进结晶器母液量20～25t/h，取用25t/h，取母液浓度40%、产量5.5t/h，则5.5/0.40=13.75t/h，进结晶器母液循环量必须大于13.75t/h。余量即为母液升温溢流量。
母液升温耗用蒸汽量25×103×0.64×（60-30）×1.27/557.3/5.5/0.85=198.9/0.85=234kg/t=240kg/t。
取用每吨产品耗汽量为240kg/t。
b 母液汽化用汽量
按结晶器出口干燥，产品干度0.88，硫铵母液浓度0.40，则生产1吨产品脱水量为0.88/0.4-1=1.2t/t。
母液汽化用汽量573.4/557.3×1.2/0.9=1.33t/t
其中573.4仟卡/公斤、557.3仟卡/公斤分别为P=8.5KPa和P=32KPa的蒸汽汽化潜热。
在上述计算中分别考虑母液加热器和结晶器的热效率，分别取值为0.85和0.90，则其升温及汽化用汽量总和为1.57t/t，约为1.60t/t。
c 热泵运行节汽量
热泵运行回收的二次蒸发汽数量即热泵节汽量，其计算简述如下：
取用热泵热力参数典型工况见表1。
d 吨产品汽耗
设计目标值吨产品耗用蒸汽设计值1.36t/t（上限1.40t/t）考虑1.02～1.03波动值，相当于汽耗降低20%。
请注意，热泵供出蒸汽对于汽耗影响比较大 ，建议选定热泵供出蒸汽压力72kPa为宜。
e 母液循环倍率及循环量
母液循环泵的流量是产量必须保证的倍数，以下按进出母液加热器10℃温差（热母液供60℃，热母液回50℃），母液比热为0.64kcal/kg·℃计算，在蒸发压力8.5KPa工况下，水蒸汽潜热为573.4kcal/kg，计算得出产量为5.5t/h工况下，要求母液循环量为：
1.15×103×1.2×5.5×573.4/（10×0.64）=680 m3/h。
溶液从60℃降低至50℃，在10℃温差情况下，每公斤母液可以放出的热量为640kcal/kg。母液降低了10℃温度放出热量用于母液蒸发。母液必须保证的温差大于10℃。
在压力P=8.5KPa工况下水蒸气饱和温度为42.3℃，结晶器出口母液温度为50℃同其42.3℃的温度差值，为换热过程中的不可逆过程必须保证的温差。
母液携带显热做为载热体，提供热量用于母液汽化，必须保证增加的流量倍数，方能满足热泵蒸发汽化潜热的要求，约为700/13.75=50.91，按目前配置母液循环泵流量为680 m3/h。
五、结论
本文以某化工厂的硫铵工段改造为例，在进加热器前蒸汽管上增加蒸汽喷射泵，回收蒸发结晶尾气中的潜热，硫铵吨产品蒸汽耗下降20%，汽耗降至1.36t/t（考虑0.02～0.03波动值，则上限为1.40t/t），有效节约硫铵生产成本。
参考文献
[1]王嵩林，杨爽.酸洗法配套DTB结晶器生产硫铵工艺[J].燃料与化工，2007，（4）：47～49
[2]颜长青，张广连，许善平，任巍.DP结晶器在硫铵生产中的应用[J].燃料与化工，2010，（4）：51～54
[3]叶树滋.硫铵溶液蒸发结晶技术的探讨[J].硫酸工业，2004，（4）：21～24
[4阎尔平，於良荣，金学文，刘其国，张晓弟，罗正芳.蒸汽喷射热泵在蒸氨中的應用[J].燃料与化工，2007，（3）：39～42
[5]阎金宏，杨子江，申宏，王文选.蒸汽喷射泵节能的应用[J].天津化工，1995，（2）：54～55
[6]高阳.蒸汽喷射泵的原理与应用[J].煤气与热力，2003，（8）：504～507
（南京江北新区公用资产投资发展有限公司 南京 210039）