熱水型合成爐與蒸汽型合成爐的性能對比及運行總結

李春江，李中華

（新疆天業天能化工有限公司，新疆 石河子832000）

新疆天業天能化工有限公司是設計規模為年產40 萬t聚氯乙烯PVC 項目， 配套鹽酸工段8 臺（150 d/t HCl）熱水型HCl 二合一合成爐裝置（簡稱熱水爐），配套溴化鋰工段5 臺熱水型換熱機組及2 臺蒸汽型機組。

2012 年9 月，該公司開始實施年產5 萬t聚氯乙烯技改項目，在技改中新增1 臺（150 d/t HCL 4.18 t/h蒸汽）蒸汽爐于2013 年7 月投入使用，目前生產運行穩定，產生溫度160 ℃，壓力0.4～0.6 MPa 的蒸汽供用戶使用。通過一段時間的投入運行觀察，現將這2 種型號合成爐的使用性能及經濟效益進行對比。

1 熱水型合成爐在生產使用中的性能分析

1.1 熱水爐的熱水使用工藝流程

（1）熱水爐的熱水使用工藝流程框圖見圖1。

圖1 熱水爐熱水使用工藝流程圖

熱水爐產出的95 ℃熱水，冬季去采暖機組供全廠采暖，夏季供溴化鋰崗位利用溴化鋰熱水機組將熱能轉化冷源生產7 ℃水。

（2）配套設施。熱水爐水使用配套設施見表1。

表1 熱水爐熱水使用配套設備

1.2 工藝指標控制及運行記錄見表2

表2 工藝指標運動記錄

1.3 副產品能源利用

熱水爐在滿負荷生產中合成段能利用250 萬kcal/h的熱量產熱水供溴化鋰使用 （換熱熱水壓力110 kPa， 流量250 m3/h， 換熱前后熱水溫度上升10 ℃）。按年8 000 h 計算，每年可利用2 000 000 萬kcal 熱量，折合節約標煤2 857 t。

1.4 使用過程中存在的優點及不足

優點：（1）熱水爐夾套熱水進口溫度在65～80 ℃，未生產作為備用合成爐時稍開熱水，即可起到防凍效果。（2）熱水爐副產熱水溫度與壓力相對較低，其熱水出口溫度≤95 ℃、壓力≤240 kPa，因此操作簡單安全系數高。

存在的不足：（1）熱水爐中的熱水在輸送過程中出現嚴重氣蝕現象，導致熱水泵蝸殼、葉輪、出口等設備及管線腐蝕穿孔，見圖2。由于熱水水溫高達（85～95 ℃），其熱水系統為敞口式（熱水儲槽為敞口式方便壓力補償），使得液體的化學和電化學作用又加速了氣蝕的破壞過程。（2）溴化鋰在秋冬、春夏季節切換系統冷卻水時，大氣環境溫度較高，但采暖系統所需的熱量低于熱水爐產出的熱量，造成熱量多余，熱水爐夾套水溫度超過工藝控制指標，需要補充純水以便置換降溫或增開換熱裝置降溫，這樣即不環保又不節能。

圖2 設備腐蝕穿孔現象

2 蒸汽合成爐使用性能分析

2.1 蒸汽型合成爐工藝流程圖

（1）蒸汽爐工藝流程圖見圖3。

圖3 蒸汽爐工藝流程圖

（2）配套設備見表3

表3 蒸汽爐配套設備

2.2 工藝控制指標及運行記錄（見表4）

表4 工藝控制指標運行記錄

2.3 產品能源利用

蒸汽爐在滿負荷生產中能利用270 萬kcal/h 的熱量產蒸汽供后續工段使用（蒸汽壓力0.6 MPa，蒸汽流量4.18 t/h，熱焓2 756.4 kJ/kg）。 按年8 000 h計算，一年利用熱量2 160 000 萬kcal，折合節約標煤3 086 t。

2.4 使用過程中存在的優點及不足

優點：（1）蒸汽爐生產溫度，壓力流量穩定的蒸汽，因此可以通過蒸汽分配臺并入蒸汽管網系統，提供給不同的用戶。例如目前熱水爐滿足了采暖需求， 而蒸汽爐所產生的蒸汽又可供聚合汽提塔使用。（2）蒸汽是一種清潔能源，蒸汽冷凝水（純水）可回收利用。蒸汽爐的使用對于氯化氫合成生產過程中的燃燒熱在利用上找到一條新的思路。

存在不足：由于新疆天業地處北方，一年四季溫差較大，夏季溫度最高能達到40 ℃，冬季低溫最低為-35～-40 ℃。蒸汽合成爐中間蒸汽段由于溫度及壓力高，當切換合成爐或停車檢修時，會降低壓力和溫度，出現熱脹冷縮的情況造成冷卻水泄漏，需檢修完畢后將蒸汽爐重新開啟后方可消除。

3 總結建議及經濟效益

（1）通過上述情況進行分析對比發現，當總管壓力一定時，蒸汽爐與熱水爐的生產能力穩定，工藝控制指標合格率為100%。但是熱水型合成爐氣蝕現象嚴重，嚴重影響安全穩定生產；

（2）通過上述配套設備對比發現，蒸汽爐較熱水爐在配套設施方面有所減少，中間控制環節簡單，操作方便效果明顯。在初始投資時可節約約250 萬元；

（3）熱水爐熱熱能用途單一，而蒸汽爐熱能使用廣泛，于此同時，使用蒸汽型熱水爐還能減少溴化鋰熱水泵的使用（2 開1 備p=450 kW），按年8 000 h計算，電費單價按照0.44 元計算，則一年將節約電費396 萬元，經濟效益顯著；

（4）在能源利用方面，在產能相同的情況下，蒸汽爐以每年利用2 160 000 萬kcal 熱量，折合3 086 t標煤產出，高于熱水爐每年利用2 000 000 萬kcal 熱量，折合2 857 t 標煤產出。不僅在能源利用率上，還是在能源利用形式上蒸汽爐都優于熱水爐。

優化建議：以后在新建、擴建及技術改造項目中使用蒸汽型合成爐。蒸汽爐在大規模投入生產前，應該針對副產蒸汽的特點（比如：壓力低），找到更多安全有效利用蒸汽的方式、方法。 對合成段（高溫段）換熱石墨塊提出更高的要求，使得蒸汽爐在副產蒸汽的壓力更高（≥0.8 MPa），便于輸送，使用用途更廣泛。