基于工藝凝結(jié)水的余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究

薛晨

寧夏工業(yè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 寧夏 銀川 750001

1 余熱的產(chǎn)生

某化工廠各生產(chǎn)裝置在運(yùn)行過程中，需要消耗大量的蒸汽，和原料作用生產(chǎn)出相關(guān)物料，而蒸汽最終變成了凝結(jié)水。化工裝置按照工藝流程在運(yùn)行過程中需要一定量的蒸汽，具體為：煤氣化裝置、煤氣凈化裝置、新戊二醇裝置、甲醛裝置、空分裝置、三羥一期裝置、三羥回收裝置、正異丁醛裝置、包裝車間。各界區(qū)內(nèi)蒸汽流量已知且保持不變，蒸汽參數(shù)分為2.0MPa和1.0MPa兩種飽和蒸汽，從廠區(qū)外熱源廠通過架空管道進(jìn)入廠區(qū)，再通過管廊輸送至每個生產(chǎn)裝置，最終產(chǎn)生的凝結(jié)水參數(shù)為0.4MPa，95℃。

各裝置生產(chǎn)過程中需要消耗蒸汽、水、氣體、化工原料等，最終產(chǎn)生凝結(jié)水、化工產(chǎn)品或中間產(chǎn)物及可能剩余的蒸汽，其中對凝結(jié)水作收集后匯入凝結(jié)水管網(wǎng)中，此部分凝結(jié)水最后進(jìn)入95℃熱水回收罐中。

整個過程中產(chǎn)生凝結(jié)水不僅流量大，溫度也屬于高溫?zé)崴姆懂牎ＤY(jié)水作為各裝置的生產(chǎn)廢料，直接排放會造成能源的大量浪費(fèi)，不符合當(dāng)前情況下業(yè)主對運(yùn)行成本的要求，而這正為回收再利用提供了可能。通過統(tǒng)計(jì)整個運(yùn)行過程中蒸汽和凝結(jié)水的量，考慮其中的損耗，證明前后物料的質(zhì)量是守恒的[1]。

表1 各生產(chǎn)裝置蒸汽（2.0MPa）消耗量統(tǒng)計(jì)表 單位：t/h

表2 各生產(chǎn)裝置蒸汽（1.0MPa）消耗量統(tǒng)計(jì)表 單位：t/h

表3 各生產(chǎn)裝置凝結(jié)水收集量統(tǒng)計(jì)表 單位：t/h

2 余熱的回收

在整個裝置區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行過程中，進(jìn)入95℃熱水回收罐的熱源主要包括以下三部分：第一部分為煤氣凈化裝置及三羥一期的循環(huán)熱水，由65℃熱水罐中的65℃熱水通過煤氣凈化裝置及三羥一期換熱后分別升溫到95℃及85℃進(jìn)入95℃熱水回收罐混合，這部分循環(huán)水屬于余熱的范疇；第二部分為壓力0.4MPa溫度約95℃的凝結(jié)水管網(wǎng)中的凝結(jié)水128.1t/h，此部分是余熱的主要來源，屬于生產(chǎn)中的廢熱，回收價(jià)值很大；第三部分為生產(chǎn)過程中裝置區(qū)內(nèi)剩余的0.2MPa補(bǔ)熱蒸汽5.25t/h，直接注入95℃熱水回收罐中，這部分是廠區(qū)蒸汽，不屬于余熱，可起到加熱凝結(jié)水的作用。此三部分熱源進(jìn)熱水回收罐后一部分作為裝置使用，剩余部分作為工藝制冷及廠區(qū)夏季供冷冬季供暖使用。

無論工藝制冷還是廠區(qū)夏季供冷冬季供暖均需要使凝結(jié)水降溫到約65℃，降溫后的65℃凝結(jié)水進(jìn)入65℃熱水罐，少部分作為裝置使用，大部分通過裝置循環(huán)加熱后回到95℃熱水回收罐，其中新戊二醇裝置作為調(diào)節(jié)降溫用。所有產(chǎn)生的凝結(jié)水128.1t/h通過余壓回水至95℃熱水回收罐中，在水罐中充分混合后水溫維持在95℃。工藝凝結(jié)水依靠余壓直接進(jìn)入熱水回收罐進(jìn)入充分混合而不需要進(jìn)入閃蒸罐內(nèi)擴(kuò)容閃蒸形成閃發(fā)蒸汽，保證最大量的凝結(jié)水得到回收。

3 余熱的利用

3.1 引入二段熱水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)

本文中引入二段熱水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)，熱力系數(shù)可達(dá)到0.8。這種機(jī)型包含了二個發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和一個溶液熱交換器，該系統(tǒng)制冷機(jī)在循環(huán)過程中還需要連接該系統(tǒng)的管路、泵、閥門。熱水系統(tǒng)通過管路將二個發(fā)生器串聯(lián)起來，冷水系統(tǒng)通過管路將二個蒸發(fā)器串聯(lián)起來，冷卻水系統(tǒng)并聯(lián)同時進(jìn)入冷凝器和吸收器，冷凝器內(nèi)部通過管路將二個冷凝器串聯(lián)起來，吸收器內(nèi)部通過管路將二個吸收器串聯(lián)起來，冷卻水經(jīng)過所有部件后最終完成整個循環(huán)。二段式熱水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)把驅(qū)動熱源和吸熱熱源分開，將發(fā)生器、冷凝器整體設(shè)置在同一腔體內(nèi)，蒸發(fā)器、吸收器整體設(shè)置在同一腔體內(nèi)。為能實(shí)現(xiàn)熱水的充分利用，熱水、冷水、冷卻水在二個獨(dú)立的包含制冷劑及吸收液的工作循環(huán)系統(tǒng)中因串聯(lián)關(guān)系分段以次降溫、升溫，從而使熱水得到最大程度的換熱，熱水溫度降得更低[2]。

圖1 二段串聯(lián)型第一類吸收式熱泵循環(huán)示意圖

3.2 余熱利用的設(shè)計(jì)及研究

95℃熱水回收罐中的部分95℃凝結(jié)水作為驅(qū)動熱源在溴化鋰吸收式制冷機(jī)內(nèi)工作進(jìn)行工藝和夏季供冷，并且同時要利用廠區(qū)的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，該系統(tǒng)原本用來作為冷卻工藝設(shè)備的循環(huán)水，從中抽出一部分并入余熱回收系統(tǒng)后正好實(shí)現(xiàn)了降溫再循環(huán)，95℃凝結(jié)水作為熱源，釋放余熱后所得65℃熱水進(jìn)入65℃熱水罐，與此同時溴化鋰吸收式制冷機(jī)制取冷水溫度7/12℃，循環(huán)冷卻水溫度32/40℃。整個過程中產(chǎn)生的7℃冷凍水進(jìn)入通過循環(huán)水泵進(jìn)入到工藝供冷車間及需要空調(diào)水的綜合樓等單體中。

95℃熱水回收罐中的部分95℃凝結(jié)水作為換熱站一次側(cè)熱水，在換熱器內(nèi)換熱后產(chǎn)生85℃及60℃二次側(cè)熱水作為廠房及綜合樓散熱器供暖系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的熱源，而凝結(jié)水換熱后所產(chǎn)生的65℃凝結(jié)水回到65℃熱水罐，達(dá)到循環(huán)往復(fù)的目的。整個過程中換熱器后85℃及60℃二次側(cè)熱水設(shè)置循環(huán)水泵進(jìn)入到供熱車間及需要低溫水用于風(fēng)機(jī)盤管供暖的綜合樓等單體中。循環(huán)水系統(tǒng)與凝結(jié)水系統(tǒng)之間設(shè)置一臺后置冷卻器通過換熱維持溫度恒定。95℃熱水回收罐中的剩余部分凝結(jié)水作為工藝裝置生產(chǎn)物料得到完全消耗。

本文中選取2臺熱水二段型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組，同時設(shè)置有定壓補(bǔ)水裝置、冷水泵、熱水泵、工藝泵、板式換熱器和室外凝結(jié)水罐等設(shè)備。熱水二段型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組凝結(jié)水入口設(shè)置電動三通閥，冷凍水入口設(shè)置電動二通閥，通過改變凝結(jié)水的流量維持冷凍水溫度恒定；板式換熱器凝結(jié)水入口電動三通閥，冷凍水入口設(shè)置溫度測量變送裝置，通過改變凝結(jié)水流量維持熱水溫度恒定[3]。

4 余熱的計(jì)算

4.1 流量計(jì)算

表4 余熱回收利用計(jì)算一覽表

4.2 熱量計(jì)算

溴化鋰吸收式制冷機(jī)凝結(jié)水釋放熱量：

換熱站凝結(jié)水釋放熱量：

溴化鋰吸收式制冷機(jī)制取冷量：

換熱站供暖熱水吸收的熱量：

整個余熱回收系統(tǒng)吸收的熱量：

整個余熱回收系統(tǒng)釋放的熱量：

余熱回收熱效率[4]：

5 結(jié)束語

對于廣泛利用蒸汽作為生產(chǎn)物料的化工廠而言，采用凝結(jié)水和工藝熱水余熱回收不僅避免了進(jìn)入冷卻塔直接排入大氣而造成能源的大量浪費(fèi)，而且其釋放的熱量通過溴化鋰吸收式制冷機(jī)可作為工藝和空調(diào)冷源，通過板式換熱器可作為供暖熱源，具有節(jié)能和環(huán)保的雙重效益。