1 理论计算
1.1 公司生产及生活所需热量计算
（1）沥青熔化所需热量〔1〕
Q熔=G沥〔Cp固（t1－t0）＋Cp液（t2－t1）〕／T
=14000×〔1.34×（95－0）＋1.67×（195－95）〕／24
=171675kJ／h
式中：
Q熔—沥青熔化所需热量，kJ／h；
G沥—每天所需熔化沥青的质量，kg；
Cp固—固体沥青比热容，kJ／（kg·℃）；
Cp液—液体沥青比热容，kJ／（kg·℃）；
t1—沥青熔化时温度，℃；
t0—冬季沥青常温，℃；
t2—液体沥青应达到温度，℃；
T—沥青熔化时间，h。
（2）沥青排除水分的蒸发热
Q蒸=〔G水C水（100－t0）＋G水C蒸〕／T
=〔14000×5％×1.0×100＋14000×5％×539〕／1
=447300kJ／h
式中：
Q蒸—排除水分蒸发热，kJ／h；
G水—沥青内水分的质量，kg；
C水—水的比热容，kJ／（kg·℃）；
t0—冬季沥青常温，℃；
C蒸—水的蒸发热，kJ／kg；
T—脱水时间，h。
（3） 混捏糊料所需热量
制糊车间有两台混捏锅，每小时生产两锅糊料，每锅糊料重1600kg，配比如下：
煅后石油焦（73±2）％、沥青（27±2）％；
煅后焦质量G1=1600×73％=1168kg、沥青质量G2=1600×27％=432kg。
2台混捏锅每小时糊料消耗的热量：
Q糊=2〔G1C焦（t3－t0）〕
=2×〔1168×3.09×（150－0）〕
=1082736kJ／h
式中：
C焦—煅后焦平均比热容，kJ／(kg·℃)；
t3—混捏时糊料温度，℃；
t0—冬季常温，℃。
（4）采暖用油需热量
Q暖=G载C油×(t5- t4)
=10000×4.18×0.85×（80-60）
=710600Kj/h
式中：
G载—导热载体质量，kg；
C油—导热载体比热容，0.85 C水；
t4—导热油回口温度，℃；
t5—导热油出口温度，℃。
（5）散热损失
(a)沥青槽散热损失量
Q散1 =n×A×d×(t6- t0)
=4×20×41.8×(60-0)
=200640KJ/h
式中：
n—沥青槽数；
A—外表散热面积，m2，下同；
d—容器表面的散热系数，kJ／（m2·℃·h），下同；
t6—容器表面温度，℃，下同；
t0—冬季温度，℃，下同。
(b)氧化分厂反应池散热损失量
Q散2 = A×d×(t6- t0)
=20×41.8×(60-0)
=40128KJ/h
(c)各种管道、混捏锅等散热损失
Q散3=240000KJ/h（实践总结）
Q总散= Q散1+Q散2+Q散3=480768KJ/h
（6）共需要总热量
Q总= Q熔+ Q蒸+ Q糊+ Q暖+ Q总散
=2893079 KJ/h
假若高效有机热载体炉热效率为65％〔2〕,则
总需热能=Q总÷65％=4.45×106kJ／h。
有机热载体炉热效率为65％〔2〕，参照山东华源锅炉有限公司数据。
1.2 热能的提供
我公司煅烧炉采用石油焦自身挥发分加热，每罐排料量60kg／h，共24罐，总排料量1440kg／h，投入产出率以75％计算，则需投入生料量1920kg／h，原料组分中水分8％，挥发分10％，碳烧损5％，其他2％，形成进入集中烟气道的烟气量为：
V水蒸汽=1920×8％×22.4／18=191m3/h
V挥发分=1920×10％×22.4／6.33×5.016=3411 m3/h
V炭烧损=（1920×5％×22.4／12）／21％=853 m3/h
式中：
6.33—挥发分平均相对分子质量；
5.016m3/m3—单位体积挥发份完全燃烧生成烟气量；
21％—空气中氧气含量。
V烟总=V水＋V挥＋V损=191＋3411＋853=4455m3／h
经分析烟气主要成分、比热容如表1所示[2]。
Cp900=2.19×17.5％+1.7×10.6％+1.47×2.01％+1.38×69.8％
=1.58 KJ/(m3·℃)
Cp280=1.88×17.5％+1.55×10.6％+1.36×2.01％+1.31×69.8％=1.44KJ/(m3·℃)
Q烟= V烟(t进Cp900- t出Cp280)
=4455×（900×1.58-280×1.44）
=4.57×106KJ/h
式中：
Q烟—烟气提供的热量，kJ／h；
V烟—烟气总体积，m3；
t进—有机热载体加热炉进口温度，℃；
t出—有机热载体加热炉出口温度，℃；
cp900—烟气900℃平均比热容，kJ／（m3·℃）；
cp280—烟气在280℃平均比热容，kJ／（m3·℃）。
表1烟气主要成分
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成分
|
CO2
|
H2O
|
O2
|
N2
|
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体积比/％
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17.5
|
10.6
|
2.01
|
69.8
|
|
900℃时的比热容/(kJ/m3·℃)
|
2.19
|
1.70
|
1.47
|
1.38
|
|
280℃时的比热容/(kJ/m3·℃)
|
1.88
|
1.55
|
1.36
|
1.31
|
根据热平衡计算和生产实际情况，选用两台2.5GJ高效有机热载体炉，既能满足总公司现实需要，又为将来其他供水等需要留有余地。
2 系统改造方案及实施过程
2.1改造方案
原排放系统不变，将原烟囱加高12m，达40m，在煅烧炉集中烟道的另一侧，预建一条引热烟道，串联有机热载体炉，为不影响煅烧炉的正常生产，采用不停炉热砌新工艺，用耐火弯头外接引热烟道闸板，直接导入有机热载体炉，整个对接工作仅需4h；原生产管道、设备保留延用（包括炭素分厂、氧化分厂）；加装300m采暖管道供办公楼采暖。
2.2改造后供热系统主要设备
1）2台高效有机热载体炉；
2）1台注油泵；
3）1台储油罐；
4）2台膨胀槽；
5）3台热油泵；
6）过滤器;
7）仪表；
8）阀门；
9）用热设备：4台沥青熔化池，1台沥青高位槽，2台混捏锅，氧化分厂4台反应池，采暖设备及输送管道。
2.3调试运行步骤
向管道系统注油——冷运行——打开引热烟道闸板——关闭原烟道闸板——调节烟气温度（负压）——脱水、脱羟馏分（接热油升温曲线控制）——升温——通入用热设备
3 高效有机热载体炉使用效果
（1）节能增效：
高效有机热载体炉取代原2台2.5GJ加热热油炉（另作扩产供热）作为供热热源，节省人员、物耗，节煤2000t，减少向大气排放废气2000m3，其中：50t
SO2，10t烟尘，节省在岗人员50％，季节工25人/年。
（2）提高产品质量：
改造后，有机热载体出口温度控制在（200±5）℃，进口温度控制在（190±5）℃，沥青槽熔化温度为（190±5）℃，出糊温度为150～160℃，改善了熔化沥青的指标（见表2）。
表2改造前后熔化沥青指标对比
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指标
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熔化温度/℃
|
水分/％
|
软化点/℃
|
挥发分/％
|
沥青粘度/Pa·s
|
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改造前
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170～180
|
0.5
|
86.5
|
61.3
|
3.27～2.85
|
|
改造后
|
185～195
|
0
|
95
|
59.2
|
2.95～2.65
|
4 结语
高效有机热载体炉利用煅烧炉余热可行，可用于熔化高温沥青、改质沥青。经改造，生产的自动化程度提高，降低了生产成本，提高了石墨制品的质量，并使炭素分厂新开发生产的贫油糊质量稳定，为氧化分厂生产仿不锈钢型板等高品质产品铺平了道路。
上海炫风实业集团有限公司
