余熱供熱系統(tǒng)改造實(shí)例及分析

梁嶺

摘要：化工廠(chǎng)潛在的大量的可利用能源現(xiàn)狀，余熱利用一直都在不斷地更新過(guò)程中，余熱利用是提高經(jīng)濟(jì)性、能源節(jié)約的一條重要途徑，并且使其對(duì)環(huán)境的危害降到最低。新時(shí)期，人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入節(jié)能改造新時(shí)代，在能源危機(jī)面前，各行各業(yè)都在加大節(jié)能改造的力度。本文從某化工廠(chǎng)余熱設(shè)備現(xiàn)狀、改造的必要性、利用熱能分析、改造方案及結(jié)果等方面進(jìn)行分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：余熱利用; 供熱系統(tǒng); 改造方案; 問(wèn)題分析;

前言：

引用“中國(guó)能源消耗總量巨大，增量持續(xù)強(qiáng)勁，2013年中國(guó)能源消耗總量36.7億tce，位居世界第一位。鋼鐵、化工、建材、電力、石化、有色金屬6個(gè)高耗能行業(yè)占總能耗50%左右”。

積極響應(yīng)天津市《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》要求，某化工廠(chǎng)深挖余熱供熱系統(tǒng)潛力，達(dá)到向本地區(qū)企業(yè)增加蒸汽供應(yīng)量27.3T/h，從而關(guān)停本地區(qū)企業(yè)30T煤鍋爐案例。改造主要包括生產(chǎn)工藝余熱利用、現(xiàn)有余熱鍋爐煙氣余熱利用兩個(gè)工藝段主要部分。

1 余熱系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1工藝段一：某化工廠(chǎng)有兩條化工生產(chǎn)線(xiàn)，在化工生產(chǎn)過(guò)程中，單條生產(chǎn)線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生大量混有粉狀的高溫?zé)煔猓s600℃，煙氣量55000Nm?/h），有較高的余熱，而在進(jìn)入下一工序前，又需要降溫至250℃左右，目前該化工廠(chǎng)采用的降溫措施是噴入大量急冷水降溫，這樣就會(huì)導(dǎo)致大量余熱的白白消耗和水資源的浪費(fèi)。

1.2工藝段二：某化工廠(chǎng)余熱系統(tǒng)目前配備了一臺(tái)75T/h燃燒尾氣鍋爐，鍋爐排放煙氣溫度達(dá)230℃。

2 供熱改造的必要性

2.1工藝段一：為了降低生產(chǎn)工藝中煙氣溫度，采用煙氣噴水降溫方式一是浪費(fèi)水資源，沒(méi)有有效利用煙氣熱量，同時(shí)噴水后煙氣因含有大量水蒸氣對(duì)后段工藝產(chǎn)生不利影響。充分利用600℃煙氣熱量，能產(chǎn)生一定的蒸汽，提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊企業(yè)供應(yīng)蒸汽。余熱利用減少了周邊企業(yè)燃煤小鍋爐，實(shí)現(xiàn)環(huán)境優(yōu)越。該工程實(shí)施后，單條生產(chǎn)線(xiàn)增加蒸汽量10.3T/h?？筛脑焐a(chǎn)線(xiàn)共兩條，即可增加蒸汽量累計(jì)20.6T/h

2.2 工藝段二：鍋爐排放煙氣溫度達(dá)到230℃，大量熱量浪費(fèi)，導(dǎo)致鍋爐效率較低，有較大節(jié)能空間。改造后一可以提高鍋爐熱效率至93.2%，能增加6.7T/h蒸汽供應(yīng)量，同時(shí)可大大改善環(huán)境。減少周邊企業(yè)燃煤小鍋爐。

3 熱負(fù)荷分析

根據(jù)熱負(fù)荷分布的具體情況，考慮規(guī)劃區(qū)域內(nèi)工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃，全力消除供熱盲區(qū)，并避免重復(fù)建設(shè)，減少投資。根據(jù)對(duì)該地區(qū)歷史蒸汽負(fù)荷數(shù)據(jù)，該地區(qū)蒸汽熱負(fù)荷缺口夏季達(dá)到50T/h，冬季達(dá)到105T/h，項(xiàng)目建成后即可實(shí)現(xiàn)蒸汽全部對(duì)外銷(xiāo)售。而且該地區(qū)未來(lái)五年規(guī)劃蒸汽熱負(fù)荷缺口最大會(huì)達(dá)到130 t/h，此次改造增加供汽能力累計(jì)27.3T/h。

4 供熱改造方案

4.1 工藝段一改造方案

工藝段一，改造方案為增加一臺(tái)10.3T/h蒸汽鍋爐代替噴水降溫方式，由于此工藝段煙氣含有6500kg/h的顆粒，容易造成換熱管堵塞等問(wèn)題，鍋爐選型存在較大困難

鍋爐采用立式鍋爐，鍋爐采用單汽包型式，設(shè)計(jì)煙氣側(cè)在換熱管外部，鍋爐水在換熱管內(nèi)側(cè)型式，同時(shí)設(shè)計(jì)鍋爐換熱管煙氣側(cè)流速71m/s，換熱管采用大管徑措施，同時(shí)蒸汽鍋爐設(shè)計(jì)成兩段式，分為高溫段和中溫段，兩段式很好的緩解了換熱器堵塞和熱膨脹問(wèn)題，通過(guò)以上主要措施確?；旌项w粒的煙氣在鍋爐煙氣側(cè)不發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

4.2 工藝段二改造

工藝段二，改造方案為增加一臺(tái)6.8T/h蒸汽換熱器。

因生產(chǎn)工藝中煙氣含水份較高在35%～40%水平，煙氣中存在較多硫化物，煙氣的露點(diǎn)溫度在140℃，新增的換熱器冷源溫度一旦低于140℃，就會(huì)發(fā)生露點(diǎn)腐蝕，換熱器難以安全穩(wěn)定運(yùn)行。

因此換熱器設(shè)計(jì)成為相變換熱器，即設(shè)計(jì)換熱器冷源溫度為145℃，從而最大限度減少了換熱器的露點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象。

同時(shí)換熱器材質(zhì)選擇上使用耐腐蝕性能較好的ND鋼材，也兼顧了此改造的工程成本與設(shè)備性能的平衡。

4.3 供熱方案

工藝段一、二產(chǎn)生的蒸汽壓力與溫度均在設(shè)計(jì)上匹配周邊蒸汽用戶(hù)的需求，不需再次配備減溫減壓器，同時(shí)也避免蒸汽溫度及壓力超限的安全風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥直接與工廠(chǎng)現(xiàn)有的蒸汽母管連接，工廠(chǎng)蒸汽母管連接至廠(chǎng)外市政蒸汽管網(wǎng)。

考慮蒸汽管網(wǎng)設(shè)計(jì)一般的超前性，蒸汽管網(wǎng)能力按照70T/h設(shè)計(jì)。

4.4公用補(bǔ)給水系統(tǒng)改造

該化工廠(chǎng)除鹽水設(shè)計(jì)出力為2×75 t/h，現(xiàn)在設(shè)備正常運(yùn)行制水能力為140 t/h。正常補(bǔ)水量為130.5 t/h。

綜上所述，除鹽水制水能力為余量只有9.5T/h，同時(shí)考慮工藝波動(dòng)及異常等情況，實(shí)際除鹽水能力余量已經(jīng)很少，因此本次改造同時(shí)增加工廠(chǎng)除鹽水能力，同時(shí)考慮未來(lái)五年蒸汽會(huì)進(jìn)一步增加計(jì)劃，本次除鹽水改造擬增加60T/h

4.5 熱工控制

本工程改造系統(tǒng)的控制分別納入余熱電站的DCS。在集中控制室內(nèi)，通過(guò)DCS操作員站完成對(duì)本期改造裝置的監(jiān)視與控制。

本期改造工程所涉及到的有關(guān)熱工自動(dòng)化設(shè)備擬按“以現(xiàn)有設(shè)備為基礎(chǔ)”的原則設(shè)置。

（1） DCS控制：就地增加2套DCS遠(yuǎn)程控制柜，通過(guò)BRC410主控制器和主機(jī)DCS通訊，實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組控制，DCS機(jī)柜內(nèi)新增IO卡件，根據(jù)實(shí)際需要增加，并留有一定數(shù)量備件。IO卡件選型與DCS機(jī)柜內(nèi)現(xiàn)有卡件一致。

（2）電源機(jī)柜：考慮在原電源柜內(nèi)改造，并增加相應(yīng)電氣元件。

4.5 結(jié)構(gòu)部分

本工程供熱改造各供熱管道支架采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，參考廠(chǎng)區(qū)原有地質(zhì)資料，基礎(chǔ)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。由工藝管道直接跨越廠(chǎng)區(qū)道路及各種小型建筑物，盡量不設(shè)大跨度桁架，必要時(shí)設(shè)鋼梁跨路。

5 改造問(wèn)題分析

本次改造增加的裝置與生產(chǎn)線(xiàn)整合一體，新增裝置出現(xiàn)故障的情況也同時(shí)影響了生產(chǎn)線(xiàn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

新增的10.3T/h立式鍋爐換熱管嵌入生產(chǎn)線(xiàn)工藝段，因其換熱管的入口煙氣溫度較高，膨脹問(wèn)題是影響安全可靠運(yùn)行的一項(xiàng)重要因素，需要后續(xù)運(yùn)行及維修中重點(diǎn)關(guān)注和檢查。

6 結(jié)論

6.1本供熱改造后，工業(yè)供汽對(duì)外供熱能力增加了27.3t/h，減少周邊企業(yè)30T/h燃煤小鍋爐，很好的滿(mǎn)足該區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展對(duì)熱源的需求，能很好的服務(wù)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在未增加排放的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了能源利用最大化，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都有提升。

6.2本供熱改造方案投資小，控制方便，供熱可靠性高。

參考文獻(xiàn)

[1]朱繼明，蘭文龍，劉健平? 工業(yè)低品位余熱應(yīng)用于城市集中供熱技術(shù)途徑與潛力研究.1003-2355-2014 09-0013-04