新型煤化工利用冷凝液余熱的水處理節水利用

李永峰

（國能包頭煤化工有限責任公司，內蒙古包頭 014010）

0.引言

近年來，隨著現代煤化工產業的發展，黃河沿線由于背靠儲量豐富的煤炭資源已成為煤化工最主要的集聚區。一半左右的煤基制烯烴項目，均位于黃河沿線。某公司為國有特大型能源企業，世界上最大的煤炭電力公司，作為其旗下世界首套煤制烯烴能源企業，在為國家新能源戰略引領示范作用和煤炭清潔利用做出貢獻的同時，也存在著現代煤化工行業水耗較高的特點。而黃河流域具有資源型缺水特征，致使絕大多數現代煤化工項目受到水資源制約。

未來，推動現代煤化工產業節水工作已成為企業和政府工作的重點：（1）政策方面：推動加強節水技術改造，圍繞煤化工行業建立黃河流域高耗水企業、用水工藝、技術和設備目錄，制定黃河流域高耗水工藝技術改造指導意見。（2）企業自身方面：1）加強節水管理。創新節水管理模式，實現節水管理水平及效益雙提高。成立節水工作領導小組，加強用水計量及信息化管理，提高節水管理水平。2）加強非常規水資源開發利用，企業內部挖潛，對現有工藝和設備進行技術升級，提高水的利用率，減少新水使用量。提高水的重復利用率，并增加如有效收集雨水等措施。在增加污水利用率方面，采用優質藥劑，提升反滲透回收率；采用軟化、沉淀、過濾、超濾、反滲透等污水處理回用技術，實現生產廢水、生活污水回用。節約用水是當代社會發展的重要舉措，煤化工行業作為水耗較高行業，更需將既有產能向高效節水方向調整，起到節水表率作用。

某公司現場相關裝置的工程技術人員，經過長時間對生產工藝參數和設備工況進行分析后，對除鹽水原水加熱系統進行少量的投資進行升級改造后，大幅度提高水的利用率，節省大量的循環冷卻水的同時還節省了大量的蒸汽，并提高了反滲透的回收率，減少濃鹽水的排放量，取得很好的經濟和社會效應，在節能減排方面有著很好的示范效應，并獲得公司科技進步獎。下面就具體的實施過程與讀者進行探討。

1.設備概況及存在問題

某公司化學水裝置制二級除鹽水分兩路，一路為原水通過超濾反滲透、二級離子交換系統的常規制水工藝制除鹽水，一路為化工裝置做完功后返回的冷凝液制除鹽水。化工裝置返回的冷凝液660h/t，水溫在100℃左右，需要利用6組板式換熱器通過二級冷卻至40℃以下再經活性炭過濾器，除鐵過濾器，混床處理達到二級除鹽水標準外送至電站鍋爐和化工裝置，循環冷卻水用量冬季2000h/t左右，夏季更是達到2400h/t左右。而與此同時，由于制除鹽水系統用的原水，水溫只有15℃～17℃，冬季更是維持在4℃～8℃左右。水處理制除鹽水所用的原水大部分是混合換熱器用0.46MPa蒸汽加熱，由于原水用量負荷有波動，考慮到裝置緊急停車原水中斷等異常情況，且水溫不易調節，從而影響安全生產，裝置以前分別用循環水對冷凝液進行冷卻，用蒸汽對原水進行加熱。而換熱效率受到蒸汽量的制約，時常出現（尤其是冬季）水溫達不到反滲透進水最佳溫度的條件。導致反滲透回收率受到影響，濃水排放量大的問題。另一方面由于換熱器所用循環水水質受濃縮倍率等因素的影響，氯離子和濁度較原水高。經常出現結垢和污堵的現象，換熱效率降低并對循環水的需求量大[1]。

2.技改措施

為此，經過數據測算，制除鹽水用原水雖然有波動，平常在900h/t～1000h/t，最低時也在800h/t，完全可以滿足兩臺（一大一小）板式換熱器冷介質用量，小換熱器的冷卻水用量300h/t左右，大換熱器的冷卻水用量450h/t左右。同時可以對冷卻水的入口增設遠傳氣動調節閥，以此來調節水溫[2]。

經過測算和設計，項目在裝置停工檢修期間得以實施，對管路進行改造，在制除鹽水原水母管增加跨線至#B2、#2板式換熱器循環水入出口，同時保留原循環水管線，以防原水突然中斷緊急情況下迅速切換至循環水來保證安全生產。在新增管線上增加手動和氣動兩道閥保證嚴密性，防止互相竄水影響水質，并且增加在線冷卻水電導表，實時監控水質，通過電導率的變化來及時判斷是否有竄水和泄露情況以便及時進行調整，還增加換熱器冷卻水出口在線溫度表，實時監控水溫[3]。項目施工只用了15d時間即已完成，總投資在15萬元左右。投入運行后，完全達到設計預期，提質增效、節水減排效果非常明顯。改造前后換熱器流程圖1、圖2所示。

圖1 改造前換熱器流程

圖2 改造后換熱器流程

3.改造效果

改造后運行非常穩定，即使在原水流量波動和冷凝液水量不穩定的情況下，通過監測溫度，對水流量進行調節和切換，也完全能夠滿足生產要求的各項工藝指標。起到一舉多得的效果，具體成果如：（1）大大降低循環冷卻水用量，減少循環水消耗。（2）節省蒸汽用量，提高熱效率。（3）原水品質好于循環冷卻水，板式換熱器結垢率顯著下降，提高換熱效率，從而冷卻水用量進一步降低，并且板式換熱器板片的使用壽命得以延長，大幅降低設備維修更換費用，減少工作量。（4）使原水換熱后的運行溫度從原來的23℃提高到25℃左右，（當原水每提高1℃，反滲透的回收率提升2%～3%），大大節約成本。當反滲透回收率增加，相應的濃鹽水量就減少，減輕企業廢水處理壓力。

經過較長時間運行，目前循環水用量，夏季已經降到1900h/t～2000h/t左右，冬季更是降到1600/t左右。而加熱原水的0.46MPa蒸汽從原來11t/h減少到現在5t/h左右，即使在冬季蒸汽用量也不超過8t。在保證生產的情況下，使生產水的運行溫度從原來的23℃提高到25℃以上，（當生產水溫度每提高1℃，反滲透的回收率增加2%～3%）按照正常運行工況，反滲透產水750t/h，（按照每提高1℃，反滲透的回收率增加2%計算）每小時可多產水30t，同時少排濃鹽水30t/h，大大節約成本。循環水用量前后對比圖3所示，蒸汽用量前后對比圖4所示。

圖3 循環水用量前后對比

圖4 蒸汽用量前后對比

反滲透產水回收率由于水溫保持在25℃左右，全年穩定在75%上下。改造前后用水數據對比見表1。

表1 改造前后用水數據對比

直接經濟效益：各欄目的計算依據：反滲透每小時多產水；30t/h×24小時×180天（冬季半年）×6元（反滲透產水成本）=77萬元左右；循環水按每小時節約400噸計算：400t/h×24小時×180天（冬季半年）×0.1元（循環水成本）=18萬元左右；換熱效率提高節約0.46Mpa蒸汽按每小時4噸算：4t/h×24小時×180天（冬季半年）×30元（蒸汽成本）=52萬元左右；反滲透每小時多產30噸水，相應廢水少排30噸。30t/h×24小時×180天（冬季半年）×3元（廢水處理成本）=40萬元左右；只計算冬季半年的直接經濟效益就共計190余萬元，全年直接經濟效益保守估計在300萬元以上。經濟效益十分明顯，符合最初改造的初衷。

間接和社會效益：水的循環利用是體現化工企業用水節約的一個重要方面，全社會都在提倡節約用水的良好風氣時，企業節約用水在減少了廢水對環境污染以及降低工業廢水影響居民生活的程度等方面起到很大作用。因此，實現企業用水的綠色和循環利用，不僅對企業是有經濟效益，對社會也可受益得利的。企業可以把經過一次生產的廢水、污水通過處理將其回收再利用，重復用水。通過合理回收水的熱能量還能減少能源消耗，達到二氧化碳減排的效果。減少和避免生產及輔助生產過程中水的損失和浪費。通過高效、合理利用水資源，實行循環用水建立起水資源的循環經濟。所以，節約用水對企業來說也是實現經濟效益的一個途徑。加強技術改造實現水資源的重復利用，也是實現節水增效的有效措施。鼓勵職工積極提供合理化建議，籌措資金，大力開展節水技術改造工作。節水的直接表現為節省用水，降低用水量，從而保證了現有供水設施為用戶提供穩定、可靠的水源。解決了為開辟新水源所花費的昂貴資金，當然也節省了因節省水量而少花的供水費用、排污費、污水處理費及相應的基礎建設費用。

4.結語

認真合理分析現場工藝設備運行工況，在滿足現場安全穩定生產的前提下，經過科學縝密設計，通過對現有工況進行合理改造，能夠達到節能降耗，節約用水，創造良好的經濟效益和社會效益。企業通過自身的挖潛降耗，提高水的利用率，不但對自身的運營和降低單位能耗方面非常有益，在國家環保政策越來越嚴格的情況下，甚至關系到企業未來的生存和發展。通過各種技術改造降低能耗，將是企業未來發展的必由之路。通過研究和實踐得出的一點感受和見解，可為其他企業進行相應問題分析和改造提供借鑒。