焦化廠初冷器工藝冷卻中余熱的回收和利用

柳耀橋 雷紅霞

摘 要：從某焦化廠初冷器的原生產工藝冷卻過程入手，探討了采用熱水驅動型溴化鋰制冷設備對初冷器高溫段產生的廢熱進行回收的可行性，并對改造后的生產工藝冷卻過程及溴化鋰機組主要技術參數進行了分析，最后闡述了改造后所取得的實際節能效果。

關鍵詞：熱水型溴化鋰;余熱回收;節能減排;初冷器改造

0? 引言

隨著以廢熱為驅動能源的溴化鋰制冷技術的不斷發展，熱水驅動型溴化鋰制冷設備在焦化行業節能減排領域得到了廣泛應用。而該技術的應用需要對原有的部分生產工藝進行改造，因此，工藝改造的合理性、設備參數的合理選擇都對改造后的實際運行效果有著直接的影響，若設計人員對系統原理理解不充分，系統設計設備參數選擇不合理，則不僅達不到期望的節能效果，甚至會影響生產工藝的穩定性和安全性。

1? 項目背景

在山西某焦化廠年產160萬t焦化項目中，荒煤氣產量為80 000 Nm3/h，煉焦過程產生的80～82 ℃的高溫荒煤氣經煤氣初冷器冷卻至23 ℃以下，達到了生產質量要求。

煤氣初冷器自上而下分為高溫段、中溫段和低溫段。在高溫段和中溫段，采用廠區循環水冷卻，荒煤氣的熱量被循環水帶走，通過冷卻塔排入大氣中;在低溫段，夏季采用蒸汽型溴化鋰制冷機組制取16 ℃工藝冷卻水對低溫段荒煤氣進行冷卻，使其冷卻至23 ℃以下。

在初冷器高溫、中溫段，既白白排放了大量熱量，又增加了循環水系統的功耗及循環水用量;在初冷器低溫段，為了制取低溫冷卻水，蒸汽型溴化鋰制冷機組又消耗了大量的電能和蒸汽等能源，增加了高品位能源的消耗，對環境亦造成了一定程度的污染，不符合企業低碳綠色轉型發展的要求。

2? 原初冷器生產工藝過程及參數

2.1? 原生產工藝過程

80～82 ℃高溫荒煤氣經初冷器高溫段、中溫段、低溫段后，降至23 ℃以下，冷卻過程如圖1所示。在初冷器高溫段，采用高溫型冷卻水系統進行冷卻;在中溫段，采用中溫冷卻水系統進行冷卻;在低溫段，采用蒸汽型溴化鋰制冷機組制取16 ℃工藝冷卻水對荒煤氣進行冷卻。

2.2? 原生產工藝主要參數

原生產工藝主要參數如表1所示。

3? 改造后生產工藝及主要技術參數

3.1? 改造思路

（1）高溫段高溫冷卻水作為熱水型溴化鋰制冷機組的驅動熱源，通過制冷機組制取16 ℃的冷卻水對低溫段荒煤氣進行冷卻;

（2）中溫段冷卻水的溫度不高，利用價值不大，系統依然采用原來的冷卻塔散熱方式;

（3）原有冷卻塔系統及蒸汽型溴化鋰制冷機組系統不拆除，作為改造后系統的備份;

（4）因現場場地有限，盡量減少占地面積。

3.2? 改造后生產工藝

73 ℃初冷器高溫段冷卻水直接進入溴化鋰機組，其中熱量被機組利用后，溫度降至65.9 ℃，進入原系統冷卻塔，進一步冷卻后進入初冷器高溫段，繼續對荒煤氣進行冷卻，完成高溫段冷卻循環。由于大部分熱量被溴化鋰機組利用，因此，可大大降低原有冷卻塔負荷。

溴化鋰機組生產的16 ℃低溫水，作為低溫段的冷卻水，將荒煤氣冷卻至25 ℃以下。單獨增加一套獨立的冷卻塔，滿足溴化鋰機組的冷卻需要。改造后的生產工藝冷卻過程如圖2所示。

3.3? 溴化鋰機組主要技術參數

熱水型溴化鋰制冷機組主要參數如表2所示。

4? 改造后經濟性分析

該項目自2016年運行以來，節能效果顯著。在本次改造中，節能性主要體現在降低了原系統中低溫段蒸汽型溴化鋰制冷機組的蒸汽消耗以及初冷器高溫段冷卻水通過冷卻塔散熱而蒸發的水量兩個方面。

我們按照該工藝部分每年運行6個月（180天）來進行核算。其中，溴化鋰機組的耗電量以及軟化水的處理費用、排污費用因所占比例較小，在此忽略不計。

4.1? 主要能源價格

水費價格為1元/m3，蒸汽價格為130元/t 。

4.2? 主要節能指標計算

4.2.1? 節省蒸汽

與本案例450×104 kcal/h溴化鋰機組相當的蒸汽型機組耗氣量約為5.14 t/h，按每年運行6個月（180天）計，則每年節省的蒸汽費用為5.14×24×130×180=288.66萬元。

4.2.2? 節省冷卻塔蒸發水量

冷卻塔因向大氣中排放熱量而蒸發的水量計算公式為 ：

蒸發的水量為：Qe= 0.001 5×7.1×750=7.99 m3/h。

每年運行6個月（180天）可節省蒸發水量費用為：7.99×1×24×180=3.45萬元。

每年的運行費用節省=蒸汽節省費用+冷卻塔蒸發水量節省費用=292.11萬元。

4.3? 節能效果分析

該項目經過3年的運行，狀態穩定，節能效果好于預期測算。初冷器冷卻效果良好，生產的荒煤氣的品質優于原工藝的產品品質。根據實際運行情況，兩年內已收回全部初投資費用。

5? 結語

本項目通過對初冷器高溫段的余熱再利用，有效地降低了低溫段制冷機組對蒸汽的消耗量，同時減少了工藝余熱的排放，降低了水處理藥劑對環境造成的污染，積極響應了國家的節能減排政策，取得了良好的經濟效益和社會效益，在焦化行業中具有廣闊的應用前景。

[參考文獻]

[1]? 焦化初冷上段余熱回收利用技術規范：YB/T 4790—2019[S].

[2]? 工業循環冷卻水處理設計規范：GB/T 50050—2017[S].

收稿日期：2020-03-27

作者簡介：柳耀橋（1971—），男，山東煙臺人，工程師，研究方向：工業余熱回收利用、溴化鋰熱泵技術的應用。