金川集團余熱現(xiàn)狀分析及利用對策

魏占鴻，蘇青天，馬旻銳

(金川集團股份有限公司化工廠，甘肅金昌 737100)

金川集團余熱現(xiàn)狀分析及利用對策

魏占鴻，蘇青天，馬旻銳

(金川集團股份有限公司化工廠，甘肅金昌 737100)

介紹了金川集團股份有限公司化工廠現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的用能情況，對余熱產(chǎn)生情況進行深入調(diào)查研究，摸清了各系統(tǒng)中、低溫余熱的產(chǎn)生點、產(chǎn)生量，并對其回收利用價值進行了系統(tǒng)分析評估，制定了余熱資源回收利用措施。

中溫余熱 低溫余熱 回收利用 分析 對策

金川集團股份有限公司(以下簡稱金川集團)化工廠主要生產(chǎn)系統(tǒng)有：冶煉煙氣制酸裝置、氯堿生產(chǎn)裝置、亞硫酸鈉生產(chǎn)裝置和除銅尾料脫硫裝置，其生產(chǎn)/處理能力分別為2 520，460，150，15 kt/a，分屬鎳、銅冶煉煙氣制酸和氯堿2大板塊。生產(chǎn)裝置在生產(chǎn)過程中消耗部分能源，但也產(chǎn)生一定余熱。為掌握各生產(chǎn)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的中、低溫余熱情況，金川集團對各生產(chǎn)系統(tǒng)展開深入調(diào)研，分析余熱現(xiàn)狀，為進一步回收利用低溫余熱提供依據(jù)。

1 用能結(jié)構(gòu)

1.1 基本情況

氯堿系統(tǒng)有金屬陽極隔膜電解和離子膜電解2套生產(chǎn)裝置。硫酸系統(tǒng)有5套生產(chǎn)裝置，采用絕熱蒸發(fā)稀酸洗滌凈化、二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝，生產(chǎn)w(H2SO4)98%硫酸、w(H2SO4)93%硫酸和SO3質(zhì)量分數(shù)為65%的發(fā)煙硫酸3種產(chǎn)品。亞硫酸鈉系統(tǒng)采用連續(xù)式雙效蒸發(fā)和冷結(jié)晶2種工藝，生產(chǎn)無水亞硫酸鈉和七水亞硫酸鈉2種產(chǎn)品。生產(chǎn)過程中各系統(tǒng)均產(chǎn)生大量的中、低溫余熱，需要采用循環(huán)水或空氣將多余的熱量帶走，各生產(chǎn)系統(tǒng)僅循環(huán)水帶走的熱量就很大，每年涼水塔合計蒸發(fā)4 000 kt以上，余熱回收的潛力很大。

1.2 能源消耗結(jié)構(gòu)

2015年金川集團共消耗各種能源折標準煤100.17 kt，企業(yè)能源消費結(jié)構(gòu)見表1。

1.3 產(chǎn)品能耗

2015年金川集團主要產(chǎn)品能源消耗指標見表2。

1.4 能效評價

金川集團萬元產(chǎn)值綜合能耗為1.005 t標準煤。隔膜燒堿噸堿電耗低于GB 21257—2014 《燒堿單位產(chǎn)品能源消耗限額》 限額值、目標值及先進水平離子膜燒堿噸堿電耗低于GB 21257—2014限額值、目標值及先進水平。電耗在國內(nèi)冶煉煙氣制酸同行業(yè)中處于中上水平，530 kt/a硫酸裝置電耗在國內(nèi)冶煉煙氣制酸行業(yè)中處于領(lǐng)先水平。亞硫酸鈉電耗在國內(nèi)同行業(yè)中處于先進水平。

表1 2015年能源消費結(jié)構(gòu)

表2 2015年主要產(chǎn)品能源消耗指標

2 余熱產(chǎn)生及回收情況

2.1 余熱產(chǎn)生情況

2.1.1 中溫余熱

行業(yè)中習慣將200～600 ℃的余熱稱為中溫余熱[1-2]。金川集團中溫余熱包括2方面：①硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)，主要是230 ℃左右SO3氣體冷卻到190 ℃進干吸工序吸收產(chǎn)生的熱量，由于進入各生產(chǎn)系統(tǒng)的煙氣濃度、煙氣量不一樣，采用空氣將這部分余熱帶走，排入大氣中；②氯堿系統(tǒng)鹽酸合成工序，在合成爐內(nèi)生成600 ℃的氯化氫氣體，需要將這部分氣體溫度冷卻到45 ℃以下，再送入吸收單元，目前工藝采用循環(huán)水將這部分熱量帶走。金川集團中溫余熱統(tǒng)計見表3。

2.1.2 低溫余熱

行業(yè)中習慣將100 ℃以下的余熱稱為低溫余熱[3-4]。低溫余熱主要產(chǎn)生于硫酸、燒堿和亞硫酸鈉生產(chǎn)系統(tǒng)，目前是采用循環(huán)水將這部分余熱帶走。硫酸系統(tǒng)的低溫余熱主要包括干燥工序w(H2SO4)93%硫酸余熱和一吸、二吸w(H2SO4)98%硫酸余熱，經(jīng)過酸冷卻器和板式換熱器用循環(huán)水將硫酸的余熱帶走。金川集團低溫余熱統(tǒng)計見表4。

2.2 余熱回收現(xiàn)狀

金川集團對各類余熱回收技術(shù)進行了對比分析，對中溫位余熱回收選用余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，并在各生產(chǎn)系統(tǒng)逐步實施。530 kt/a硫酸系統(tǒng)余熱鍋爐于2013年建成投產(chǎn)，480 kt/a硫酸系統(tǒng)余熱鍋爐于2016年建成投產(chǎn)，700 kt/a硫酸匹配頂吹爐，系統(tǒng)余熱鍋爐目前正在建設(shè)中。各系統(tǒng)余熱鍋爐工況見表5。

700 kt/a制酸系統(tǒng)對應(yīng)冶煉投料量的余熱數(shù)據(jù)見表6。

2.3 中溫余熱回收潛力

2.3.1 300 kt/a硫酸系統(tǒng)

300 kt/a硫酸系統(tǒng)是銅合成爐配套的煙氣制酸系統(tǒng)，進制散系統(tǒng)φ(SO2)設(shè)計值為6%～8%，煙氣量1.6×105m3/h，煙氣濃度、煙氣量相對比較穩(wěn)定。2017年銅合成爐系統(tǒng)將進行工藝改造，煙氣條件發(fā)生變化，預(yù)計煙氣φ(SO2)將提升到9%～10%，轉(zhuǎn)化工序3#換熱器出口煙氣溫度在250～270 ℃，通過SO3冷卻器與空氣換熱降溫后至180～200 ℃，進入一吸塔進行一次吸收[5-6]。銅合成爐不同投料量對應(yīng)的300 kt/a制酸系統(tǒng)余熱數(shù)據(jù)見表7。

系統(tǒng)總余熱量達 5.85 ×107kJ/h，尚未回收利用。

2.3.2 除銅尾料脫硫系統(tǒng)

除銅尾料自熱脫硫系統(tǒng)于2009年底投入生產(chǎn)，其設(shè)計處理能力為15 kt/a，系統(tǒng)包括自熱脫硫、干法收塵、急冷降溫、濕法凈化等工序。該系統(tǒng)中溫余熱是由高含硫除銅尾料燃燒產(chǎn)生的800 ℃左右的SO2煙氣進凈化工序前降溫至約300 ℃所產(chǎn)生的熱量。系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)生煙氣量為8 526 m3/h，據(jù)統(tǒng)計，目前系統(tǒng)實際產(chǎn)生的煙氣量為(1.1 ～1.2)×104m3/h，煙氣φ(SO2)為9.7%～10.5%，余熱量達8.55×106kJ/h，這部分余熱由新水帶走，尚未回收利用。2017今年大修改造后，煙氣量增加到2.04×104m3/h，煙氣φ(SO2)為9.7%～10.5%，余熱量達7.66×106kJ/h，這部分余熱需要利用。

3 金川集團用汽現(xiàn)狀

2015年金川集團全年用汽4.02×105t，其中生產(chǎn)用汽量約為3.86×105t，主要用于氯堿系統(tǒng)蒸發(fā)工序、鹽水預(yù)熱、亞硫酸鈉系統(tǒng)蒸發(fā)工序，要求溫度達到220 ℃左右；其余蒸汽用于硫酸系統(tǒng)酸庫保溫及生活用汽，現(xiàn)采暖供熱蒸汽溫度為170 ～230 ℃。2015年金川化工廠生產(chǎn)、生活用汽量見表8。

表3 金川集團中溫余熱統(tǒng)計

注：1)冶煉爐窯投料量為530 kt/a；2)冶煉爐窯投料量為480 kt/a；3)冶煉爐窯投料量為700 kt/a；4)余熱鍋爐進口溫度；5)余熱鍋爐出口溫度；6)轉(zhuǎn)化工序冷卻風機進口溫度；7)轉(zhuǎn)化工序冷卻風機出口溫度。

表4 金川集團低溫余熱統(tǒng)計

表5 各系統(tǒng)余熱鍋爐工況

表6 700 kt/a制酸系統(tǒng)對應(yīng)冶煉投料量的余熱數(shù)據(jù)

注：冶煉爐窯不同投料量下產(chǎn)出的余熱量之和為2.86×108kJ/h。

表7 銅合成爐不同投料量對應(yīng)的300 kt/a制酸系統(tǒng)余熱數(shù)據(jù)

硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)消耗的蒸汽為冬季酸庫保溫及生活用汽，2015年共用汽11 kt，蒸汽冷凝水全部外排。氯堿生產(chǎn)系統(tǒng)2015年全年用汽189 kt，其中生產(chǎn)用汽181 kt，生活用汽7.9 kt。生活用汽主要為各生產(chǎn)廠房的采暖。經(jīng)過對各車間生產(chǎn)、生活用汽的調(diào)研，認為生活蒸汽可用熱水替代，生活用汽統(tǒng)計見表9。

表8 2015年金川集團生產(chǎn)、生活用汽量

表9 生活用汽統(tǒng)計

4 結(jié)語

1) 2015年隔膜燒堿電解電耗為2 312 kWh/t，低于標準限額值2 570 kWh/t，低于標準目標值2 450 kWh/t，低于國內(nèi)先進水平2 440 kWh/t(隔膜法電解，液堿質(zhì)量分數(shù)大于或等于30%)；但燒堿綜合能耗為0.94 t標煤/t，低于標準限額值(標煤)0.98 t/t，高于標準目標值(標煤)0.80 t/t。淘汰現(xiàn)有的隔膜燒堿電解工藝，按國家產(chǎn)業(yè)政策要求優(yōu)化工藝，改為工藝技術(shù)較為先進的離子膜燒堿工藝系統(tǒng)，節(jié)約水、電及蒸汽，降低能耗。

2)對主要用能設(shè)備進行運行效率測試，對“大馬拉小車”現(xiàn)象的主要設(shè)備進行節(jié)能改造，節(jié)約電能。

3)在無功補償方面，建議按照“分級補償，就地平衡，分散補償與集中補償相結(jié)合，以分散為主”的原則，合理布局補償位置和補償容量，降低低壓線路的損失率。

4)增設(shè)草酸車間除銅尾料脫硫系統(tǒng)煙氣余熱回收裝置。一方面降低高溫煙氣降溫過程對設(shè)備的要求，減少設(shè)備故障率，另一方面為回收降溫過程中

產(chǎn)生的熱量，減少能源損失，建議在除銅尾料脫硫系統(tǒng)增設(shè)余熱回收裝置。

5)增設(shè)300 kt/a制酸系統(tǒng)余熱回收裝置。為有效解決300 kt/a制酸系統(tǒng)一吸塔、二吸塔入口SO3煙氣溫度偏高的問題，保障系統(tǒng)正常運行，同時對富余熱量進行回收，考慮在300 kt/a制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化工序增設(shè)余熱回收裝置，既解決了系統(tǒng)瓶頸問題，又可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

6)低溫余熱回收。從調(diào)研結(jié)果看，金川集團低溫余熱產(chǎn)生量大，若不加以回收利用，是對能源的浪費，不利于節(jié)能工作和降低生產(chǎn)成本。但是由于產(chǎn)生點比較分散，增加了回收難度，投資的經(jīng)濟性難以保證。

針對低溫余熱回收，在適當時機研究和引進先進的技術(shù)、設(shè)備，在回收余熱的同時，又能保證投資的經(jīng)濟性。

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Current status analysis of waste heat and utilizationcountermeasures in Jinchuan Group

WEIZhanhong，SUQingtian，MAMinrui

(Chemical Plant, Jinchuan Group Co.，Ltd.，Jinchang, Gansu, 737100, China)

Energy utilization in current production system in Chemical Plant, Jinchuan Group Co.，Ltd. are introduced. Beginning of the cycle and output of waste heat at medium-temperature and low-temperature in all systems are grasped, and recovery utilization value were analyzed and valued, and measures of waste heat recourse recovery were work out.

medium-temperature waste heat；low-temperature waste heat；waste heat recovery utilization；analysis；measure

2017-03-05。

魏占鴻，男，金川集團股份有限公司化工廠教授級高級工程師、副廠長，主要從事生產(chǎn)及技術(shù)項目管理工作。電話：18993518902；E-mail：weizhanhong@jnmc.com。

TQ111.16;X706

B

1002-1507(2017)07-0024-05