大型煤化工裝置余熱的綜合應(yīng)用

崔留印

(河南龍宇煤化工有限公司， 河南永城 476600)

1 余熱利用現(xiàn)狀

1.1 五環(huán)氣化爐黑水余熱回收

五環(huán)氣化爐的燃燒余熱主要通過汽包并入1.7 MPa蒸汽管網(wǎng)。由于五環(huán)氣化爐在設(shè)計(jì)上使用水激冷，造成相當(dāng)一部分熱量通過鍋爐水激冷后帶入黑水處理系統(tǒng)，還需要進(jìn)一步的降溫處理才能排入污水系統(tǒng)，造成了這部分熱量的極大浪費(fèi)[1]。

1.2 醋酸反應(yīng)器反應(yīng)熱回收

一氧化碳(CO)與甲醇(CH3OH)進(jìn)入反應(yīng)器(溫度為170～195 ℃，壓力約為2.8 MPa)中，在銠催化劑，以及甲基碘、碘化氫助催化劑的作用下，反應(yīng)生成醋酸。反應(yīng)熱經(jīng)閃蒸降溫及換熱器降溫處理，造成反應(yīng)熱的極大浪費(fèi)[2]。

1.3 乙二醇裝置蒸汽加熱冷凝液回收

河南龍宇煤化工有限公司化工園區(qū)共有2套年產(chǎn)20萬t的乙二醇裝置，冷凝液回收質(zhì)量流量達(dá)到250 t/h。乙二醇裝置冷凝液被部分回收至鍋爐除氧器中，無法完全回收利用。

2 余熱回收的綜合應(yīng)用

2.1 五環(huán)氣化爐黑水余熱

來自激冷罐和洗滌塔的含灰排放水經(jīng)灰水角閥減壓閃蒸后進(jìn)入中壓閃蒸罐，中壓閃蒸罐壓力通過壓力調(diào)節(jié)閥控制在0.6 MPa，中壓閃蒸后的灰水(含固體的低壓黑水)經(jīng)灰水角閥減壓后進(jìn)入低壓閃蒸罐進(jìn)行二次閃蒸。低壓閃蒸罐壓力通過壓力調(diào)節(jié)閥控制在 0.15 MPa，低壓閃蒸后的灰水去真空閃蒸罐進(jìn)行真空閃蒸。真空閃蒸罐壓力通過壓力調(diào)節(jié)閥控制在-0.05 MPa，真空閃蒸后的灰水通過黑水輸送泵，經(jīng)冷卻器降溫后送至澄清槽處理[3]。

通過將低壓閃蒸罐的液相(壓力為0.15 MPa，溫度為125 ℃)直接送至市政供暖系統(tǒng)進(jìn)行余熱回收利用，回收熱量的黑水不再需要循環(huán)水降溫，直接返回黑水輸送泵入口管線送至澄清槽處理。該余熱回收應(yīng)用既有效利用了大量的熱源，又節(jié)約了大量的循環(huán)冷卻水。具體改造流程見圖1。

2.2 醋酸反應(yīng)器反應(yīng)熱

醋酸反應(yīng)器的溫度為190～195 ℃，反應(yīng)過程中產(chǎn)生熱量。移走熱量的措施有2種,一是利用閃蒸帶走熱量，二是利用換熱器帶走熱量；2種措施同時(shí)采用[4]。

通過在換熱器前增加余熱鍋爐回收醋酸反應(yīng)器反應(yīng)熱(見圖2)，余熱鍋爐副產(chǎn)0.4 MPa蒸汽，并入園區(qū)0.4 MPa蒸汽管網(wǎng)，主要用于驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)循環(huán)水泵。該改造可以節(jié)約使用電動(dòng)泵的電耗，使熱量得到綜合性的利用。

2.3 乙二醇裝置冷凝液

改造前乙二醇裝置的冷凝液直接回收至冷凝液站進(jìn)行再處理，最終作為脫鹽水供出。由于該股冷凝液溫度較高，因此回收處理過程中需要消耗大量的循環(huán)水對(duì)其進(jìn)行降溫處理。

為了能使乙二醇裝置高溫冷凝液的熱量得到綜合性利用，將乙二醇裝置120 ℃的高溫冷凝液回收至市政供暖站用于集體供暖使用。該余熱回收應(yīng)用既能創(chuàng)造更高的價(jià)值，又能節(jié)約循環(huán)冷卻水。具體改造流程見圖3。

3 效益分析

2套五環(huán)氣化爐黑水余熱回收質(zhì)量流量為200 t/h，給水溫度為125 ℃，回水溫度為60 ℃，水的比熱容為4.2 kJ/(kg·K)，可以測(cè)算出每小時(shí)回收的熱量為54 600 000 kJ。

1 t燃料煤的熱量按20 083.2 kJ計(jì)算，則2套五環(huán)氣化爐黑水余熱回收折合燃料煤質(zhì)量為2.7 t。燃料煤?jiǎn)蝺r(jià)按1 200元/t計(jì)算，則2套五環(huán)氣化爐黑水回收后每天的經(jīng)濟(jì)效益為7.78萬元。

在循環(huán)水的使用上，2套五環(huán)氣化爐共節(jié)約循環(huán)水2 000 t/h，循環(huán)水單價(jià)按0.2元/t計(jì)算，每天能節(jié)省成本為0.96萬元。

1個(gè)供暖季按照115 d計(jì)算，則2套五環(huán)氣化爐黑水余熱回收項(xiàng)目每個(gè)供暖季能創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為1 005萬元。

醋酸反應(yīng)器反應(yīng)熱回收利用后每小時(shí)能副產(chǎn)0.4 MPa蒸汽15 t，直接用于驅(qū)動(dòng)1臺(tái)汽動(dòng)循環(huán)水泵。該園區(qū)每臺(tái)電動(dòng)循環(huán)水的電動(dòng)機(jī)功率為1 600 kW，電價(jià)按0.7元/(kW·h)計(jì)算，每年運(yùn)行8 000 h，則減少1臺(tái)電動(dòng)循環(huán)水泵每年能節(jié)約896萬元。

2套乙二醇裝置高溫冷凝液的回收質(zhì)量流量為250 t/h，給水溫度為120 ℃，回水溫度為60 ℃，水的比熱容為4.2 kJ/(kg·K)，則測(cè)算出每小時(shí)回收的熱量為63 000 000 kJ。每小時(shí)折合燃料煤質(zhì)量為3.14 t，燃料煤?jiǎn)蝺r(jià)按1 200元/t計(jì)算，每年供暖季為115 d，則每年能夠創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為1 040萬元。由于在供暖季期間，乙二醇裝置冷凝液不再通過冷凝液站降溫，而通過供暖系統(tǒng)降溫，每小時(shí)能節(jié)約循環(huán)水300 t，每個(gè)供暖季可節(jié)約循環(huán)水費(fèi)用為16.5萬元。綜上,該改造項(xiàng)目每年共創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為1 056萬元。

4 結(jié)語

對(duì)于大型化工企業(yè)，余熱、潛熱多，相互之間可利用率高，對(duì)蒸汽加熱后冷凝余熱、化學(xué)反應(yīng)熱、工藝流體潛熱進(jìn)行綜合回收利用，應(yīng)用前景廣闊。為了實(shí)現(xiàn)相互冷熱利用的功能彌補(bǔ)，根據(jù)余熱工質(zhì)、壓力、溫度、流量等的不同，應(yīng)充分考慮利用價(jià)值、安全性、對(duì)前后系統(tǒng)的影響等綜合因素,對(duì)煤化工裝置余熱進(jìn)行合理利用。同時(shí)，在回收利用期間，還要考慮可能出現(xiàn)的生產(chǎn)系統(tǒng)波動(dòng)的影響，提前編制相關(guān)的應(yīng)急處理預(yù)案，確保在安全的前提下實(shí)現(xiàn)余熱回收最大化，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。