某終端原油加熱爐煙氣余熱利用方案

董龍飛

（中海油天津化工研究院有限公司，天津300131）

1 終端現(xiàn)場余熱資源及工藝概況

某終端采用集中供熱，供熱能力21300kW，其中直接加熱爐5000kW×2 臺，導(dǎo)熱油爐6000kW×2 臺。直接加熱爐用于將板式換熱器出來的158℃、0.7MPa 的原油加熱到195℃(壓力降為0.5MPa)，從塔底進入原油穩(wěn)定塔。導(dǎo)熱油爐用于原油脫水、輕烴回收重沸器、海水淡化系統(tǒng)等加熱，現(xiàn)因產(chǎn)量增加，兩臺爐子大部分時間全部投用。

根據(jù)終端統(tǒng)計數(shù)據(jù)，正常情況下，直接加熱爐總負荷為4500～7000kW，熱介質(zhì)爐總負荷為4800～8100kW，其中約有1200kW 的熱量用于海水淡化，熱介質(zhì)爐總負荷小于7000kW 的工況占80%。

現(xiàn)場脫乙烷塔塔頂氣經(jīng)一級換熱器換熱后溫度升為20℃作為發(fā)電燃料。塔底液體與原油穩(wěn)定凝析液、重烴閃蒸器的凝析液進入脫丁烷塔，塔頂產(chǎn)品為液化氣進入液化氣球罐，球罐液化氣經(jīng)2000T 輕烴碼頭裝船外運或經(jīng)灌瓶裝置裝瓶外運。脫丁烷塔底產(chǎn)品即為II 號穩(wěn)定輕烴進入輕烴儲罐，經(jīng)2000T 輕烴碼頭裝船外運。

來自原油穩(wěn)定塔和中壓單元的重烴閃蒸罐的液態(tài)烴在進入脫丁烷塔前先與塔底輕油換熱使進料得到預(yù)熱后從另一個進料口進入脫丁烷塔。塔中蒸發(fā)出來的C3和C4組分從塔頂出來，經(jīng)水冷器冷凝下來積蓄在塔頂回流罐中，回流罐中的液態(tài)烴即為液化氣，一部分泵回到塔頂，為塔頂產(chǎn)品提供冷量，另一部分液化氣產(chǎn)品泵送到液化氣儲罐。

終端原油穩(wěn)定塔和脫丁烷塔的循環(huán)冷卻水溫度對輕油及液化氣產(chǎn)率有直接影響。根據(jù)終端統(tǒng)計數(shù)據(jù)，原油穩(wěn)定塔循環(huán)水溫度降低5℃，輕烴回收率可提高約17.5%。用溴化鋰吸收式制冷機組冷卻循環(huán)冷卻水，可以提高輕油及液化氣產(chǎn)率，獲得很好的經(jīng)濟效益。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明，降低原油穩(wěn)定塔及脫丁烷塔循環(huán)水溫度均能提高輕烴回收率。目前，原油穩(wěn)定塔循環(huán)水用量為120m3/h，脫丁烷塔為930m3/h。由于脫丁烷塔循環(huán)水量極大，將循環(huán)水溫度降低5℃約需8000kW 的制冷量。因此，只對原油穩(wěn)定塔循環(huán)水溫度進行降溫。

2 節(jié)能改造方案

在原鍋爐煙氣系統(tǒng)煙道上加裝一臺復(fù)合相變換熱器，回收煙氣中的熱量，將88℃的熱水加熱至95℃以上，將加熱爐排煙溫度從250℃降到160℃左右。熱水作為溴化鋰吸收式制冷機組的驅(qū)動熱源進行制冷，冷卻原油穩(wěn)定塔的循環(huán)冷卻水。

2.1 煙氣余熱回收

采用復(fù)合相變換熱器回收煙氣余熱。復(fù)合相變換熱器技術(shù)與裝置是一種用于低溫排煙熱源回收的裝置。它靈活的使用了氣化液化相變的強化換熱技術(shù)，在換熱器管內(nèi)讓傳熱工質(zhì)處于相變工作。其技術(shù)核心在于換熱器壁溫整體可控可調(diào)。在充分發(fā)揮相變潛熱的熱傳導(dǎo)的優(yōu)勢下，靈活配置換熱器的不同部分，一方面滿足最低壁溫高于煙氣酸露點的要求；另一方面充分發(fā)揮相變傳熱的高效性，使壁溫與排煙溫度維持較小的溫差。在保證受熱面不結(jié)露的前提下降低排煙溫度，“最大幅度“有效地進行降溫節(jié)能、提高熱效率和防腐能力。

復(fù)合相變換熱器是在多根并聯(lián)的密閉管排束構(gòu)件內(nèi)利用軟化水相變潛熱傳遞熱量，在熱管下端面加熱，水吸收熱量汽化為飽和蒸汽，在一定的壓差下上升到熱管上端面，向外屆放出熱量，并凝結(jié)成液體，飽和水經(jīng)汽水分離器回到受熱段，并再次汽化，往復(fù)循環(huán)，完成了把熱量從高端傳向低端的單向?qū)帷?/p>

圖1 復(fù)合相變換熱器示意圖

復(fù)合相變換熱器回收熱量計算結(jié)果見下表：

表1 復(fù)合相變換熱器熱水產(chǎn)量

2.2 循環(huán)冷卻水的冷卻

采用熱水型溴化鋰吸收式制冷機組對循環(huán)冷卻水進行制冷，降低原油穩(wěn)定塔循環(huán)水溫度。

循環(huán)水冷卻效果論證：

根據(jù)終端統(tǒng)計數(shù)據(jù)，原油穩(wěn)定塔循環(huán)水溫度降低5℃，輕烴回收率可提高約17.5%。擬將原油穩(wěn)定塔循環(huán)水溫度由32℃冷卻至27℃，循環(huán)水流量為120m3/h，則循環(huán)水放熱量為：

Q=Cm△t =4200×120×1000×5= 2520000kJ/h=700kW。

考慮到管路系統(tǒng)的損耗，取1.15 倍的裕量，則溴化鋰制冷機組所需冷量為：

Qa=700×1.15=805kW

吸收式制冷機制取制冷量Qa與耗熱量Qi的關(guān)系為：

式中，COP- 吸收式制冷的制冷系數(shù)，對單效溴化鋰制冷機組，COP 取0.76。

Ws- 熱水耗量，t/h；

C- 熱水比熱，kJ/(kg℃)；

t1- 熱水進水溫度，℃；

t2- 熱水出水溫度，℃。

則溴化鋰機組熱水耗量可按下式計算：

溴化鋰機組選型為：1 臺BDH100 單效熱水機組，額定工況制冷量為1023kW。額定熱水耗量120t/h。一體化機組總配電功率5.7kW，冷卻塔耗水291t/h。

3 節(jié)能效益估算

以原油穩(wěn)定塔冷卻水溫度為44℃、每日來液6000 方、輕油產(chǎn)率為4.21%計算，每日可多產(chǎn)輕油量：6000×（4.21%-3.85%）=21.34 方。

輕油密度為0.69 噸/方，價格為5000 元/噸，按每年330 天算，年輕油增產(chǎn)效益為：21.34×0.69×5000×330=2430 萬元。改造工程造價約1450 萬元，約7 個月即可收回全部投資。

4 結(jié)論

通過復(fù)合相變換熱器回收加熱爐煙氣余熱，生產(chǎn)98℃熱水，作為熱水型溴化鋰吸收式制冷機組的驅(qū)動熱源，再通過溴化鋰機組對原油穩(wěn)定塔循環(huán)水進行冷卻，提高輕烴回收率，工藝可行，設(shè)備可靠，回收期短，效益可觀。