廢熱回收在冬季采暖項目中的應用

虞紅梅，王秉鈞，趙會聰，張 杰

(唐山三友化工工程設計有限公司，河北 唐山 063305)

作為化工生產企業，我公司在生產過程中產生了大量廢熱，僅就三效系統而言，揮氨塔出氣及富余廢熱重灰爐氣可利用低品質熱能達到10 t標汽/h以上，這部分廢熱未能充分回收利用，造成了資源浪費。生產廢熱中含有大量的水蒸汽和氨氣，氨氣可以通過新增流程經過系列反應后進行脫氨，即回收了氨氣又凈化了熱源。通過分析，凈化后的廢熱完全可以作為供熱熱源使用。

1 改造方案的確定

1.1 改造前冬季供暖現狀

原廠區采暖分為水暖及蒸汽采暖兩部分，一部分用戶(主要是辦公區域)為水暖供暖系統，熱源為熱電公司低真空采暖60～70 ℃低溫熱水，這部分采暖需每年向熱電公司支付高額的采暖費用；另一部分用戶為蒸汽采暖供暖系統，主要是生產區域操作崗位及檢修工作間，熱源為本公司生產用低壓蒸汽，這種供暖方式耗費了大量蒸汽熱量。原水暖用戶耗熱量及采暖費用見表1。

1.2 生產廢熱作為采暖熱源的處理

我公司在生產過程中產生了大量廢熱，如：三效系統揮氨塔出氣、重灰爐氣等，這部分的廢熱得不到有效地利用，同時還需要投入資本進行處理。那么，能不能將這部分生產廢熱作為冬季采暖的熱源，改水暖為氣暖呢？三效揮氨塔廢熱出氣中含有氨氣，溫度達到了82 ℃的高溫，完全可以通過熱交換設備將熱量吸收，并將氨氣回收用于吸收塔制備氨鹽水使用，即回收了熱量又節約了成本。

表1 原水暖用戶耗熱統計表

圖1 新增氨氣冷卻器

氨氣冷卻器是一種間壁式冷卻器，也可以叫做列管式換熱器。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。不潔凈易結垢的液體、腐蝕性液體宜走管程。被冷卻的流體宜走殼程。生產廢熱三效揮氨塔出氣中含有氨，氨氣是一種無色有刺激性氣味的氣體，比空氣輕，密度為 0.7710 g/L，相對密度為0.5971(空氣=1.00)，易被液化成無色的液體，可走殼程。在新增的氨氣冷卻器內，以循環水上水作為冷卻劑以除去熱量，循環水潔凈度不高宜走管程，在氨氣冷卻器內，循環上水與生產廢熱進行非直接接觸的熱交換，交換過程中，氨氣冷凝液經過冷凝液泵回到生產系統進行再利用，處理后的生產廢熱進入到熱回收器，作為冬季采暖的熱源。

所采用的氨冷器為水冷式氨氣冷卻器。水冷式氨冷器的工作原理為：82 ℃的高溫廢熱出氣由筒體上的蒸氨氣入口N1進入，依順序經各折流通道，曲折地流至蒸氨氣出口N2流出。而冷卻介質則采用雙管程流動，即冷卻介質由冷卻水入口N4經分水蓋進入一半冷卻器管之后，再從回水蓋流入另一半冷卻器管進入另一側分水蓋及冷卻水出口N5。冷卻水在雙管程流動過程中，吸收高溫廢熱放出的熱量使廢熱中的氨氣冷卻液化后經冷凝液出口N3排出。

初步回收后的生產廢熱與3 kg蒸汽共同作為冬季采暖熱源進入下一個流程——高效熱回收器。此項目中我們采用的是噴射式熱回收器，在熱回收器中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱，并一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶使用。高效熱回收器是生產廢熱爐氣與軟水通過直接接觸，吸收廢氣中的熱量。軟水從高效熱回收器底部進口進入回收器，到達進口頂部通過噴嘴噴濺后與廢熱氣體直接接觸后，吸收廢熱氣體的熱量。

軟水由軟水進口a進入，生產廢熱與3 kg蒸汽由廢氣進口c和e進入，軟水經過噴嘴部件時，在其出口形成一定的低壓，變成噴霧狀的水汽，與風機出口來的廢蒸汽c一起經混合段混合，進行接觸熱交換，冷水吸熱變成熱水同時在重力作用下，由軟水出口b排出，未進行熱交換的廢氣和熱交換完成后摻雜小水珠的廢氣直接由廢氣出口d排出，如此循環，完成了整個熱交換過程。

圖2 高效熱回收器

2 生產廢熱代替水暖用于冬季取暖的改造

2.1 改造后的采暖工藝流程

在三效廠房北側區域增設廢熱回收采暖系統，包括冷水桶、熱水桶、新增波紋管換熱器、高效熱回收器、冷熱水加壓輸送泵、熱水分配器以及相應電氣儀表設備。更新改造采暖主管網以及區域內部采暖設備管件，將蒸汽采暖區域系統改為水暖，分支管道、暖氣片、管件更換，部分原水暖區域采暖設備及管件進行更新。廢熱回收采暖系統以軟水為采暖循環水，冷水桶內54 ℃左右的低溫采暖回水經冷水泵輸送至新增波紋管換熱器，與三效揮氨塔82 ℃高溫出氣換熱，初次回收熱量后進入高效熱回收器，與原引風機輸送來的三效系統富余高溫重灰廢熱爐氣直接接觸，二次回收廢熱爐氣熱量，熱水溫度達到67 ℃左右，回到熱水桶經熱水泵、熱水分配器進入南北供暖管網，深冷季節如果上水溫度不足，自高效熱回收器混入0.3 MPa低壓蒸汽向采暖系統補充熱量。損失水量以軟水補充，膨脹水量用于石灰化灰工序。對大量生產廢熱回收用于冬季采暖期供暖，不僅節約了成本又解決了生產廢熱問題。

圖3 改造后工藝流程簡圖

2.2 改造后的冬季供暖系統

廠區熱力管網共分五個支線，分別為：循環泵站至技術中心辦公樓；循環泵站至濱海花園職工宿舍樓；循環泵站至三友塑編廠；循環泵站至成品重灰小袋包裝；循環泵站至氨庫值班室。濱海花園小區大學生公寓總面積22 160 m2，原為開發區供暖，靠近主廠區，因此將大學生公寓樓納入本次采暖改造范圍，本次實施冬季供暖改造面積共計6.81萬m2，其中水暖面積5.44萬m2，蒸汽采暖面積1.37萬m2。

2.3 改造后的采暖效果

投用后，高效熱回收器及新增波紋管換熱器等主要換熱設備運行良好，換熱充分，在無補充低壓蒸汽情況下，采暖系統供水溫度65～70 ℃正常運行，回水溫度52～55 ℃，供水量達到370 m3/h以上，完全滿足供暖要求，室內采暖效果良好。此項目既節約了成本又解決了生產廢熱問題，一舉兩得。

3 項目改造后的經濟效益

純堿公司蒸汽消耗量在改造后預計比改造前將節約16 715 t(同期對比)，所發生的費用為16 715×110=183.87萬元。

原水暖用戶耗熱費用：

3.84+0.8+7.13+36.67=48.44萬元

改造前，每年所發生的用于冬季采暖的總費用為：

48.44+183.87=232.31萬元。

改造后設備運行費用：冷水泵運行電流112.34 A，功率為62.85 kW；熱水泵運行電流108.54 A，功率為60.72 kW，則運行費用為：(62.85+60.72)×24×121×0.46=16.51萬元。

改造后的折舊費用：項目總投資共計784.38萬元，年折舊費用24.2萬元。

采暖用水費用：采暖系統用水量為500 m3，單價按3.72元/m3計算，水消耗費用為500×3.72=0.186萬元。

項目改造后總創效費用：3.84+0.80+7.13+36.67+183.87-16.51-24.2-0.186=191.41萬元。

4 結 論

項目改造投用后，完全滿足供暖的要求，同時節約了成本，解決了生產廢熱問題，一舉兩得，具有顯著的經濟效益、社會效益。但是，生產廢熱回收涉及到多個生產車間多個工序，在項目實施后，還要考慮各車間及輔助單位的改造和完善，其后續工作需進一步實施。