余熱供熱系統改造實例及分析

梁嶺

摘要：化工廠潛在的大量的可利用能源現狀，余熱利用一直都在不斷地更新過程中，余熱利用是提高經濟性、能源節約的一條重要途徑，并且使其對環境的危害降到最低。新時期，人類社會進入節能改造新時代，在能源危機面前，各行各業都在加大節能改造的力度。本文從某化工廠余熱設備現狀、改造的必要性、利用熱能分析、改造方案及結果等方面進行分析總結。

關鍵詞：余熱利用; 供熱系統; 改造方案; 問題分析;

前言：

引用“中國能源消耗總量巨大，增量持續強勁，2013年中國能源消耗總量36.7億tce，位居世界第一位。鋼鐵、化工、建材、電力、石化、有色金屬6個高耗能行業占總能耗50%左右”。

積極響應天津市《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》要求，某化工廠深挖余熱供熱系統潛力，達到向本地區企業增加蒸汽供應量27.3T/h，從而關停本地區企業30T煤鍋爐案例。改造主要包括生產工藝余熱利用、現有余熱鍋爐煙氣余熱利用兩個工藝段主要部分。

1 余熱系統現狀

1.1工藝段一：某化工廠有兩條化工生產線，在化工生產過程中，單條生產線會產生大量混有粉狀的高溫煙氣（約600℃，煙氣量55000Nm?/h），有較高的余熱，而在進入下一工序前，又需要降溫至250℃左右，目前該化工廠采用的降溫措施是噴入大量急冷水降溫，這樣就會導致大量余熱的白白消耗和水資源的浪費。

1.2工藝段二：某化工廠余熱系統目前配備了一臺75T/h燃燒尾氣鍋爐，鍋爐排放煙氣溫度達230℃。

2 供熱改造的必要性

2.1工藝段一：為了降低生產工藝中煙氣溫度，采用煙氣噴水降溫方式一是浪費水資源，沒有有效利用煙氣熱量，同時噴水后煙氣因含有大量水蒸氣對后段工藝產生不利影響。充分利用600℃煙氣熱量，能產生一定的蒸汽，提高能源利用率，實現對周邊企業供應蒸汽。余熱利用減少了周邊企業燃煤小鍋爐，實現環境優越。該工程實施后，單條生產線增加蒸汽量10.3T/h。可改造生產線共兩條，即可增加蒸汽量累計20.6T/h

2.2 工藝段二：鍋爐排放煙氣溫度達到230℃，大量熱量浪費，導致鍋爐效率較低，有較大節能空間。改造后一可以提高鍋爐熱效率至93.2%，能增加6.7T/h蒸汽供應量，同時可大大改善環境。減少周邊企業燃煤小鍋爐。

3 熱負荷分析

根據熱負荷分布的具體情況，考慮規劃區域內工業及相關產業的規劃，全力消除供熱盲區，并避免重復建設，減少投資。根據對該地區歷史蒸汽負荷數據，該地區蒸汽熱負荷缺口夏季達到50T/h，冬季達到105T/h，項目建成后即可實現蒸汽全部對外銷售。而且該地區未來五年規劃蒸汽熱負荷缺口最大會達到130 t/h，此次改造增加供汽能力累計27.3T/h。

4 供熱改造方案

4.1 工藝段一改造方案

工藝段一，改造方案為增加一臺10.3T/h蒸汽鍋爐代替噴水降溫方式，由于此工藝段煙氣含有6500kg/h的顆粒，容易造成換熱管堵塞等問題，鍋爐選型存在較大困難

鍋爐采用立式鍋爐，鍋爐采用單汽包型式，設計煙氣側在換熱管外部，鍋爐水在換熱管內側型式，同時設計鍋爐換熱管煙氣側流速71m/s，換熱管采用大管徑措施，同時蒸汽鍋爐設計成兩段式，分為高溫段和中溫段，兩段式很好的緩解了換熱器堵塞和熱膨脹問題，通過以上主要措施確保混合顆粒的煙氣在鍋爐煙氣側不發生堵塞現象。

4.2 工藝段二改造

工藝段二，改造方案為增加一臺6.8T/h蒸汽換熱器。

因生產工藝中煙氣含水份較高在35%～40%水平，煙氣中存在較多硫化物，煙氣的露點溫度在140℃，新增的換熱器冷源溫度一旦低于140℃，就會發生露點腐蝕，換熱器難以安全穩定運行。

因此換熱器設計成為相變換熱器，即設計換熱器冷源溫度為145℃，從而最大限度減少了換熱器的露點腐蝕現象。

同時換熱器材質選擇上使用耐腐蝕性能較好的ND鋼材，也兼顧了此改造的工程成本與設備性能的平衡。

4.3 供熱方案

工藝段一、二產生的蒸汽壓力與溫度均在設計上匹配周邊蒸汽用戶的需求，不需再次配備減溫減壓器，同時也避免蒸汽溫度及壓力超限的安全風險，產生的蒸汽通過自動調節閥直接與工廠現有的蒸汽母管連接，工廠蒸汽母管連接至廠外市政蒸汽管網。

考慮蒸汽管網設計一般的超前性，蒸汽管網能力按照70T/h設計。

4.4公用補給水系統改造

該化工廠除鹽水設計出力為2×75 t/h，現在設備正常運行制水能力為140 t/h。正常補水量為130.5 t/h。

綜上所述，除鹽水制水能力為余量只有9.5T/h，同時考慮工藝波動及異常等情況，實際除鹽水能力余量已經很少，因此本次改造同時增加工廠除鹽水能力，同時考慮未來五年蒸汽會進一步增加計劃，本次除鹽水改造擬增加60T/h

4.5 熱工控制

本工程改造系統的控制分別納入余熱電站的DCS。在集中控制室內，通過DCS操作員站完成對本期改造裝置的監視與控制。

本期改造工程所涉及到的有關熱工自動化設備擬按“以現有設備為基礎”的原則設置。

（1） DCS控制：就地增加2套DCS遠程控制柜，通過BRC410主控制器和主機DCS通訊，實現單元機組控制，DCS機柜內新增IO卡件，根據實際需要增加，并留有一定數量備件。IO卡件選型與DCS機柜內現有卡件一致。

（2）電源機柜：考慮在原電源柜內改造，并增加相應電氣元件。

4.5 結構部分

本工程供熱改造各供熱管道支架采用鋼筋混凝土現澆結構，參考廠區原有地質資料，基礎采用柱下獨立基礎。由工藝管道直接跨越廠區道路及各種小型建筑物，盡量不設大跨度桁架，必要時設鋼梁跨路。

5 改造問題分析

本次改造增加的裝置與生產線整合一體，新增裝置出現故障的情況也同時影響了生產線的穩定運行。

新增的10.3T/h立式鍋爐換熱管嵌入生產線工藝段，因其換熱管的入口煙氣溫度較高，膨脹問題是影響安全可靠運行的一項重要因素，需要后續運行及維修中重點關注和檢查。

6 結論

6.1本供熱改造后，工業供汽對外供熱能力增加了27.3t/h，減少周邊企業30T/h燃煤小鍋爐，很好的滿足該區域社會、經濟日益發展對熱源的需求，能很好的服務當地社會經濟發展，在未增加排放的基礎上實現了能源利用最大化，社會效益和經濟效益都有提升。

6.2本供熱改造方案投資小，控制方便，供熱可靠性高。

參考文獻

[1]朱繼明，蘭文龍，劉健平? 工業低品位余熱應用于城市集中供熱技術途徑與潛力研究.1003-2355-2014 09-0013-04