生產裝置余熱在采暖中的應用

賀敬明

(甘肅省劉化集團公司，甘肅 永靖縣　731603)

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生產裝置余熱在采暖中的應用

賀敬明

(甘肅省劉化集團公司，甘肅 永靖縣731603)

摘要：隨著企業的不斷發展壯大，生產系統及采暖供熱規模隨之擴大，供熱能耗不斷增加，集團公司通過增加換熱器及回收裝置改造，在保證生產裝置正常運行的情況下，最大限度的回收生產裝置余熱，將生產裝置低品位富余熱量回收用于采暖系統，作為公司冬季采暖供熱熱源。實踐證明，改造后運行穩定可靠，既解決了能源浪費、熱污染的問題，又降低了供熱能耗和循環冷卻水負荷水，同時根據氣溫情況可延長供暖期，具有很好的經濟效益、環境效益和社會效益。

關鍵詞：余熱；采暖；改造；效益

甘肅劉化集團有限責任公司1966年破土動工，1971年投產，經多次改造、擴建，現已發展為年產尿素70萬t、甲醇10萬t，兼生產催化劑、復合肥、液體二氧化碳、氧氣等產品的大型綜合化工企業集團。隨著企業的不斷發展壯大，生產系統及采暖供熱規模迅速擴大，供熱能耗不斷增加，且生產裝置低品位余熱較多，這部分熱源沒有得到很好的利用，而是依靠循環冷卻水來降溫，不但造成能源浪費，而且增加了循環水的負荷。基于兩方面問題考慮，集團公司通過增加換熱器及回收裝置改造，回收生產裝置低品位富余熱量作為公司冬季采暖供熱熱源，改造投入運行后，取得了很好的效果。具體如下：

1采暖現狀及改造情況介紹

集團公司采暖區域分為生產廠區、辦公區、家屬區、單身樓，民工公寓，醫院、學校、托兒所，文化宮，商業網點，供熱建筑總面積約16.7萬m2。自建廠以來公司冬季采暖一直用0.4MPa蒸汽作熱源，蒸汽消耗量較大，耗蒸汽量約20t/h，加之供熱管網老化，發生跑、冒、滴、漏等問題，在采用“大流量、小溫差”的供熱運行方式下，存在相當大的能源浪費。經集團公司領導研究決定，對供熱管網主線加以改造，管理好管網嚴重老化及熱能的浪費，同時采暖由0.4MPa蒸汽作熱源供暖改為生產裝置余熱作熱源。供暖于2008開始動工，分步實施，2010年改造全部完成投入運行，截止目前運行正常，效果很好，達到供熱節能減排的效果，提高社會及經濟效益。

2采暖改造余熱選擇方案

企業余熱選擇原則應遵循以下幾點：

首先，在條件允許的情況下，企業對生產線加以系統性的熱工標定，系統性分析運行數據的穩定性。

其次，在滿足企業生產工藝自身余熱需要、不會對企業生產操作造成影響、不會額外增加熱耗及電耗的情況下，再最大程度上利用、獲取余熱資源。

第三，呈梯級、合理的使用不同品位余熱，將余熱的做功能力充分發揮出來。

第四，針對企業生產的實際情況，進行性價比的分析之后對熱力系統循環方式加以確定。

第五，在確保生產裝置正常運行的前提下，最大限度的回收生產裝置低品位余熱量用于采暖系統，作為集團公司冬季采暖供熱熱源。

結合采暖的需求，對生產裝置熱源進行認真篩選，集團公司最終確定生產蒸汽冷凝液進行集中回收作為生產現場采暖熱源；造氣169A套、169B套及新凈化二氧化碳熱源為家屬區和辦公區采暖熱源。

余熱選擇理由：生產蒸汽冷凝液為汽水混合物，溫度125℃，熱能未被回收利用，部分蒸汽排放到大氣中，造成浪費和熱污染；造氣169A、169B套及新凈化二氧化碳溫度較高，溫度可達100℃，熱能未被回收利用，只能依靠循環冷卻水降溫至40℃以下，送往二氧化碳機。二氧化碳降低溫度后一是能夠有效分離出二氧化碳中的水分，二是提高二氧化碳機的大氣量。

蒸汽凝結水的顯熱特點：蒸汽的熱能通常由顯熱與潛熱兩部分構成，對使用蒸汽作為熱媒進行各種加熱過程，在用氣設備中只是將蒸汽的潛熱加以利用，釋放潛熱后的蒸汽還原成為與同溫、同壓下的飽和水，也就是擁有顯熱的凝結水。在不相同的壓力下，蒸汽產生的凝結水所含顯熱可以達到總蒸汽熱量的10%～30%左右，是一種非常理想、可觀的余熱利用資源。也就是說，對凝結水顯熱加以回收、有效利用，具有極大的節能潛力。

蒸汽凝結水的一般處理方法：在當前實際工程中，對蒸汽凝結水的常規處理方法包括以下幾點：①借助凝結水回收系統，通過凝結水回收泵回收至鍋爐的給水罐中，由于當蒸汽放出汽化潛熱后，會轉變成為近乎同溫、同壓下的飽和冷凝水，若還未受到污染，冷凝水則與純凈的蒸餾水相似，可直接作為鍋爐給水。②經疏水閥之后，壓力通過降溫水池冷卻后排入下水道。一般來說將20℃常溫水加入到凝結水中，當凝結水溫度降低到40℃時允許其排入下水道，但這種排放方法不僅損失了凝結水的熱能，而且還會消耗大量常溫水。③直接通過疏水閥排入下水道，通過汽設備排出的凝結水直接排入到下水道，不能實現其任何的回收利用價值，全部凝結水與熱能全部損失。同時，若高溫凝結水也就是當溫度在130℃以上時排入地下，不僅會造成能源的浪費，而且也會對地下建筑物造成嚴重損壞。

3采暖改造流程

1)生產現場采暖流程：利用原合成冰機水冷器的殼體改造作為水暖水儲槽，由水暖泵將水暖水送至換熱器與125℃冷凝液進行換熱，將水暖水溫度加熱到80℃。經水暖供水總管供往生產現場各崗位采暖散熱器。采暖散熱器出水匯合后回于水暖水儲槽。

2)家屬一區、二區及公司辦公區采暖流程：水暖水儲槽采暖水經水暖泵的提壓送至169B套(或新凈化)二氧化碳一級換熱器與高溫二氧化碳進行換熱，將水暖水溫度加熱到75℃以上，經水暖供水總管分供各單元用戶采暖散熱器，采暖散熱器出水匯合后回于水暖水儲槽。

3)家屬三區至五區、學校、醫院、文化宮采暖流程：水暖水儲槽采暖水經水暖泵的提壓送至169A套(或169B套、新凈化)二氧化碳一級換熱器與高溫二氧化碳進行換熱，將水暖水溫度加熱到75℃以上，經水暖供水總管分供各單元用戶采暖散熱器，采暖散熱器出水匯合后回至水暖水儲槽。

注：造氣169A套、169B套及新凈化二氧化碳換熱器根據系統開停及生產負荷配置可互相切換，這樣，不管在什么情況下都可保證冬季采暖正常供熱。

4采暖管網改造設置原則

1)為保證采暖水達到正常流速，水暖供水總管起于水暖泵出口，經采暖用戶延程逐步縮徑，水暖回水總管經采暖用戶延程逐步擴徑，沿途根據供熱面積的大小確定分支管線的管徑及閥門。

2)為既能最大限度的回收生產裝置余熱，又能確保生產裝置正常運行，采用水暖供水總管保溫，水暖回水總管不保溫，回水總管末端補水，各采暖單元散熱器串聯供熱，實現熱能梯級利用，拉大供回水溫差。

5存在問題完善整改

在采暖改造投入運行的過程中遇到一些問題，例如供暖末端供熱量嚴重不足，供水溫度基本無法達到60℃左右，回水的溫度僅為40℃左右，導致熱損耗大、換熱效率低；閃蒸降溫損失嚴重；部分供熱單元供熱受阻，提高了供熱成本，采暖水流通不暢，采暖效果差等問題。針對存在的問題，不斷進行整改完善，通過增大供暖總管管徑、利用采暖回水余壓提高供暖水壓力、供熱單元散熱器并聯改串聯、鋼串片散熱器更換為四柱760型水暖散熱器，通過采暖換熱面積、水暖設計流速將改造供暖管徑加以計算等，通過整改完善，以上存在的問題一一得到了解決，保證了采暖系統正常供送，達到了取暖需求。例如進行對改造供暖管徑的計算，可通過以下公式進行計算：

其中D為管道管徑(mm)；18.8為常數；Q為供熱負荷；W為平均流速(m/s)，熱水取0.8～2m/s的范圍。

另外，還有以下幾個問題需加以注意：

第一，散熱器。若原有安裝的蒸汽采暖流量不夠，應在確保不影響運行的基礎上增加幾組散熱器。根據實際情況部分砍掉幾組暖氣，同樣滿足采暖要求。這可能是原設計室外溫度選擇較低，原設計耗能偏大，而實際的系統運行流量較大，散熱器實際的散熱值要比計算值大，同時熱水采暖是連續運行而蒸汽采暖則是間接性運行的。

第二，空氣排出。改為熱水采暖通常是排除空氣采用集氣罐，將集氣罐安裝于干管尾端最高點，通常為立式與臥式。將設計空氣速度在水平與傾斜管中在0.1～0.2m/s，立管中則為0.25m/s。若熱水器超過空氣浮生的速度，水中的空氣便會被帶走。

6新技術的采用

6.1　自力式流量控制閥

該控制閥安裝在距離采暖加壓泵較近的用戶入口處，當用戶采暖水流量或者壓力過高時，控制閥便可以按照既定的設置值自動限制其壓力及流量，確保較遠用戶的采暖水有充足的壓力與流量支持，穩定采暖溫度的均衡性。同時，自力式流量控制閥也屬于一項有效的節能措施，特別是對于采暖范圍較小、熱水流量及壓力均不充足的情況下，更能體現出較好的節能效果。

6.2　自動穩壓裝置

采用自動補水穩壓裝置代替高位水箱，不僅可以獲得更好的使用效果而且操作便捷、簡單。

7采暖改造經濟效益

按照未改造前現場采暖每小時需0.4MPa蒸汽20t，0.4MPa蒸汽每噸以80元計，每個采暖期(150天)需費用為：

20×24×80×150=576萬元

改造后，生產現場采暖泵(一開一備)，家屬區(一區、二區及辦公區)采暖泵(一開一備)，家屬區(三區、四區、五區、文化宮、醫院)采暖泵(一開一備)，采暖泵耗電40kW·h，kW·h電費0.27元，采暖期電費為：

40×3×24×0.27×150=11.664萬元

每年節約的費用為：576-11.664=564.336萬元

從上述來看，改造后每年采暖節約費用都可以達564.336萬元，而采暖改造全部費用700余萬元，正常采暖一年多可收回改造成本，其經濟效益十分顯著。同時，對能源節省及環境污染的問題也得到有效解決，社會效益無法估量。

8總結

生產裝置余熱熱源供暖后，經不斷整改完善，運行至今穩定可靠，既解決了能源浪費、廢氣排放導致熱污染的問題，又降低了供熱能耗和循環冷卻水負荷，同時根據氣溫情況可延長供暖期，具有很好的經濟效益、環境效益和社會效益。目前，公司仍有一些低品位余熱沒有得到很好的回收利用，在今后根據供熱情況可不斷挖潛改造，進一步提高能源綜合利用水平，為公司持續發展提供有利的條件。

甲醇及下游產品

Application of Waste Heat in Heating

HEJing-ming

(Gansu Liuhua Group，Yongjing，731606)

Abstract：Waste heat in production plant is recovered by adding heat exchanger and modifying recovery unit. This waste heat is used as heat source in winter. Good benefits are achieved.

Key words：waste heat；heating；modification；benefit

中圖分類號：X781.4

文獻標志碼：B

文章編號：1003-6490(2015)01-0030-03

作者簡介：賀敬明(1970-)，女，漢族，山西文水縣人，本科學歷，工程師，在甘肅省靖煤集團劉化公司技術開發中心從事暖通設計。

收稿日期：2015-02-16