煤制甲醇工藝冷凝液余熱發(fā)電的應用

郭志強

(新鄉(xiāng)中新化工有限責任公司， 河南獲嘉 453800)

新鄉(xiāng)中新化工有限責任公司煤制甲醇生產工藝中，有很大一部分蒸汽通過相變轉化為凝液，輸送至熱電冷凝液箱，凝液經循環(huán)水降溫后，再經過離子樹脂混床，供循環(huán)使用。由于蒸汽加熱器的蒸汽等級不同，換熱后產生溫度不等、壓力不一的凝液，在輸送過程中經常出現(xiàn)管線振動現(xiàn)象。同時，該凝液進入常壓凝液閃蒸系統(tǒng)閃蒸出流量可觀的乏汽，且大部分被放空，造成熱能的浪費和凝液的損失。

煤化工裝置中，乏汽余熱能的提質回用是有效利用低品位余熱資源的方式[1]。

乏汽是間接用蒸汽設備排放的高溫凝結水中夾帶(閃蒸)沒有被污染的低溫蒸汽，具有壓力低(1～2 kPa)、流量低、溫度低、再次利用率不高的特點。通常通過水冷器對乏汽進行冷卻回收。

經過研究，將該股乏汽通過管線回收到真閃汽輪機入口，經負壓閃蒸徹底釋放凝液熱能，回收凝液余熱，同時解決凝液輸送過程中的振動問題。

1 改造前的工藝現(xiàn)狀

目前，裝置冷凝液分為透平冷凝液和工藝冷凝液，其中部分工藝冷凝液在經過工藝物料加熱利用后，仍然有部分熱量未被充分利用，經過閃蒸罐閃蒸后產生可觀的乏汽。該乏汽被大量放空，不僅造成熱源和凝液的浪費，同時也不符合目前環(huán)保節(jié)能的理念。

工藝冷凝液經過工藝冷凝液管線輸送至第二閃蒸罐，質量流量約為72 t/h。空分分子篩再生冷凝液、空分溴化鋰冷凝液、氣化汽包排污液進入第一閃蒸罐后靠自壓輸送至第二閃蒸罐，質量流量約為8 t/h。兩股凝液質量流量共計80 t/h，在第二閃蒸罐(常壓)閃蒸后，釋放出質量流量為2～3 t/h的乏汽高點放空，造成熱源的浪費，園區(qū)“白龍”現(xiàn)象長期得不到解決。改造前，工藝冷凝液余熱發(fā)電流程示意圖見圖1。

2 可行性分析

通過研究，計劃原進入第一閃蒸罐的凝液管線保持不變，將去第二閃蒸罐的工藝凝液通過管線技改送入第一閃蒸罐，在第一閃蒸罐負壓閃蒸后，蒸汽通過管線送往氣化真閃發(fā)電(采用負壓發(fā)電技術的汽輪機組)，凝液通過新增泵管線送往冷凝液箱，不再進第二閃蒸罐，停運第二閃蒸罐凝液增壓泵[2]。

目前，至第二閃蒸罐凝液溫度為115 ℃，壓力為0.50 MPa，蒸汽焓值為482 kg/kJ；閃蒸為0.09 MPa、97 ℃的蒸汽，焓值為2 670 kg/kJ，水焓值為405 kg/kJ。常壓下，閃蒸蒸汽的質量流量為2.7 t/h。

將該股凝液引至一閃閃蒸，閃蒸氣進入真閃發(fā)電汽輪機進口，真閃壓力為-10 kPa。目前工藝條件下，該股蒸汽經過閃蒸約可產生2.7 t/h蒸汽供汽輪機發(fā)電；真閃汽輪機排汽壓力為-50 kPa，凝液質量流量按80 t/h計算，該工況下發(fā)電量為100 kW·h。技改后，冷凝液溫度降至96 ℃左右，滿足目前工藝需求。

圖1 改造前，工藝冷凝液余熱發(fā)電流程圖

2.7 t/h、0.09 MPa的蒸汽通過蒸汽輪機做功后壓力降為0.05 MPa。蒸汽輪機的功率計算公式為：

N=GΔHsη/3 600

(1)

其中，N為蒸汽輪機的功率，kW；G為蒸汽質量流量，kg/h；ΔHs為等熵焓降；η為汽輪機熱效率，取73%；發(fā)電機效率為0.9。

0.09 MPa、97 ℃的蒸汽焓值為2 670 kg/kJ，比熵為7.39 kg/kJ。

0.05 MPa的蒸汽等熵焓值為2 575 kg/kJ，ΔHs為95。

可以計算出該低壓蒸汽用于發(fā)電的功率為N=168 kW。

通過對閃蒸汽并入真閃發(fā)電衡算，乏汽并入真閃發(fā)電，電量可達168 kW·h，每年按8 000 h、電價為0.6元/(kW·h)計算，每年產生經濟效益為80.6萬元。

3 技改方案

3.1 工藝路線改造

(1) 原進入第一閃蒸罐的凝液管線不變，將去第二閃蒸罐的工藝凝液通過增加管線引入第一閃蒸罐頂預留口。

(2) 在第一閃蒸罐處增加去氣化真閃發(fā)電管線，蒸汽通過管線送往氣化真閃發(fā)電。

(3) 第一閃蒸罐新增凝液輸送泵，并增加回流調節(jié)管線。

(4) 在原第一閃蒸罐至第二閃蒸罐凝液輸送管線處，與第二閃蒸罐凝液輸送泵出口管線聯(lián)通。

技改后，工藝冷凝液余熱發(fā)電流程見圖2[3-4]。

3.2 安全裝置

(1) 在第一閃蒸罐至氣化真閃發(fā)電管線增加切斷閥(靠近進真閃手閥)。若真閃汽輪機跳車，可起到緊急切斷作用，防止氣化真閃蒸汽(為氣化含灰蒸汽)進入第一閃蒸罐而污染凝液。

(2) 將第一閃蒸罐放空引至管廊高處，手動放空管線增加緊急切斷閥，放空管線并至安全閥后放空管線。當真閃汽輪機跳車時，維持第一閃蒸罐壓力，使其處于常壓，保證工藝冷凝液正常輸送。

(3) 增加遠傳壓力表，用于監(jiān)測閃蒸罐壓力；增加遠傳液位計，監(jiān)測閃蒸罐液位。

4 改造措施

4.1 存在問題

改造后，一閃凝液泵出口閥在開大過程中出現(xiàn)汽蝕振動打量不足現(xiàn)象，工藝冷凝液無法全部送至第一閃蒸罐閃蒸，仍有部分凝液送至第二閃蒸罐，導致第二閃蒸罐無法完全切出，閃蒸汽只能通過第一閃蒸罐被部分回收。

經過分析，凝液經過負壓閃蒸出乏汽后成為飽和凝液，易造成泵的汽蝕。由于該凝液泵是利舊泵，泵汽蝕余量為2.5 m，泵進口液位差只有2.0 m，增加泵的流量后，會加重泵的汽蝕，引起振動。

圖2 技改后，工藝冷凝液余熱發(fā)電流程圖

4.2 改造效果

重新選擇汽蝕余量為1.0 m的凝結水泵后，裝置運行正常，將二閃切出后，凝液輸送正常。真閃發(fā)電機增加發(fā)電量200 kW·h，每年按8 000 h、電價為0.6元/(kW·h)計算，每年產生經濟效益為96.0萬元。

5 結語

通過將乏汽引至氣化超低壓汽輪機做功發(fā)電，解決了蒸汽放空的問題，同時回收凝液余熱，具有很好的節(jié)能效果。另外，解決凝液在輸送過程中的振動問題，為蒸汽凝液余熱利用提供了新的思路。