頁巖油干餾煉油工藝余熱余能回收系統應用分析

劉勇，康健

（新地能源工程技術有限公司，河北 廊坊 065000）

我國頁巖油干餾工業起始于20世紀20年代，之后60年代大慶油田的發現，導致我國頁巖油干餾工業進入了停滯時期。在21世紀，隨著全球油價升高以及我國進口原油量逐年增加，我國頁巖油工業進入了振興時期。原有的頁巖煉油工藝勢必需要進行現代化改造以滿足節能減排的相關要求，而充分利用頁巖煉油工藝的余熱余能非常有利于頁巖煉油企業降低能耗、節約成本，增強自身的競爭能力。因此，對干餾煉油工藝的余熱余能回收系統進行探討是非常有價值的。

1 頁巖油干餾煉油工藝主要的余熱和余能

1．1 撫順爐的干餾煉油工藝流程

本文僅以我國最為常用的撫順式干餾爐為例，對干餾煉油工藝的余熱余能進行分析。其工藝流程如圖1所示。

由圖1可知，油頁巖礦石先經過破碎和篩選之后進入干餾爐，生成的油氣從干餾爐導出后，除去頁巖油其中的灰塵、水蒸氣和雜質，由油水泵送至油庫內儲存。干餾油氣中氣體部分通過瓦斯排送機送至加熱爐、干餾爐進行加熱和燃燒，剩余部分匯總后送入中央鍋爐房。

1．2 余能和余熱分析

通過干餾煉油的工藝流程分析可知，煉油工藝過程存在大量的余熱余能。其中主要的余熱余能為干餾爐干餾出來的瓦斯氣體和冷卻塔冷卻水余熱。

瓦斯氣體的熱值為3200～4600kJ/Nm3。瓦斯氣體除一部分自用于蓄熱式爐的燃料外，還有一部分富余，企業通常將富余瓦斯氣作為鍋爐燃料生產蒸汽或是送入內燃機進行發電。

干餾氣經洗滌塔后由氣體排送機排送至冷卻塔進行冷卻。從冷卻塔下的水，經循環水泵送至冷卻水塔進行冷卻，之后再循環去冷卻塔循環使用。該冷卻水量較大，根據工藝要求冷卻水系統連續運行，這部分循環冷卻水的余熱有較大的回收價值。

圖1 撫順式頁巖煉油工藝流程圖

2 冷卻水余熱回收系統的設計原理

溴化鋰吸收式熱泵是利用水的蒸發、冷凝以及溴化鋰水溶液吸收及解析水蒸氣的循環過程中產生傳熱作用的設備。吸收式熱泵按照驅動熱源的不同分為第一類吸收式熱泵和第二類吸收式熱泵。

第一類吸收式熱泵是以蒸汽、燃料（燃氣、燃油）、熱水為驅動熱源，溴化鋰溶液作為吸收劑，水作為工質，回收低溫熱源熱能。第一類吸收式熱泵COP一般為1.6～2.4。該類熱泵利用低位熱源的溫度通常為10～70℃。

第二類吸收式熱泵不消耗高品位熱源，主要是利用低位熱源和低溫冷卻水的熱勢差，制取溫度高于低品位余熱的高溫熱媒。但是該類熱泵低位熱源的溫度通常要求在70℃左右。

3 冷卻水余熱回收系統的方案設計

頁巖油干餾冷卻水的溫度一般在47℃，屬于低溫熱源，且干餾煉油企業的中央鍋爐房產生出的蒸汽可作為吸收式熱泵的驅動熱源。結合上述條件，選擇第一類吸收式熱泵作為本余熱回收系統的主要設備，對市區采暖熱網水進行加熱。本余熱回收系統流程圖如圖2所示。

圖2 吸收式熱泵余熱回收系統流程圖

為了充分利用冷卻水低品質的熱能，余熱回收系統設在頁巖油干餾涼水塔附近，盡量降低循環冷卻水管道長度，減少散熱損失。熱泵機組尺寸較大，考慮到熱泵的安裝和檢修，余熱回收站設置在廠區內的主要通道附近。頁巖油干餾系統的設備布置緊湊，余熱回收站可布置的場地較為狹小。綜上所述，余熱回收站的設備采用分層布置的方案。一層設置溴化鋰熱泵機組、循環水泵和水處理設備等，二層設置與蒸汽管路相關的設備和控制閥組。實現汽水設備和管路的分離，便于生產管理和設備的檢修。

一層中主要設置了3臺溴化鋰熱泵機組、采暖水循環水泵、管道在線清洗過濾器、凝結水回收系統、變頻穩壓泵補水系統和軟化除氧水系統等設備設施。

二層主要設置1臺尖峰蒸汽加熱器。結合采暖管網的歷年運行情況和供熱設備的能力，尖峰加熱器換熱量選為總供熱量的65%。該尖峰加熱器的設置一方面考慮到冬季極端天氣的情況，需要對供水進行加熱調峰。另一方面，考慮到當循環冷卻水斷水情況，尖峰加熱器可以配合熱泵直接利用蒸汽加熱一次網采暖水，滿足采暖用戶對總熱量的需求。若是在采暖期中出現熱泵需要緊急檢修的情況，尖峰加熱器加熱一次網采暖水，滿足采暖管網對供水溫度的要求。

具體的方案設計原始數據及計算結果如表1、表2所示。

表1 供熱負荷及一次供熱管網參數

4 效益分析

一個采暖期熱泵運行時間為150天，共計3600小時，熱泵的余熱回收為89MW。本余熱回收系統建立后，除節能大量燃煤外，還能減少二氧化碳、二氧化硫、煙塵等污染物的排放量。具體節能減排量如表3。

表2 余熱回收系統的相關設計參數

表3 節能減排量匯總表

本次冷卻水余熱回收系統工程經過多個供暖周期運行，可以實現系統運行穩定，供暖負荷可以達到設計負荷97%以上。利用熱泵技術回收冷卻水余熱系統具有優異的適應性和節能潛力，同時，不影響頁巖油干餾系統正常生產運行情況，不僅為頁巖油企業帶來了巨大的經濟效益，且帶來了極佳的社會效益和環保效益。