化工装置工艺气余热回收节能优化策略

化工装置工艺气余热回收节能优化策略

张丽婷,李强,郑杰

华泰重化工有限责任公司 新疆乌鲁木齐市830000

【摘要】：节能降耗是化工企业永恒的话题和企业经营提质增效的关键，利用好锅炉尾部烟气的热量是化工装置节能降耗的突破点。对烟气进行深度治理，对烟气余热进行回收利用，实现资源的综合利用以及合理配置，确保工艺装置的平稳与经济运行，进一步加强节能减排的挖潜力度，能够增强企业的生命力和竞争力。

【关键词】：化工装置；工艺气；余热回收；节能优化

引言

对于燃煤电厂来说，锅炉的设计排烟温度大致为120~140℃，这也使得排烟热损失成为其最主要的热损失。目前而言，烟气余热回收是一种提高电厂燃煤利用率的有效方法，对烟气余热进行高效回收利用对于节能减排具有非凡的意义。

1.化工装置工艺气余热回收技术

1.1利用蒸发器回收余热技术

所谓的燃气锅炉烟气余热回收技术，在早期就是指把燃气锅炉中的燃气，进行再次过滤，获得里面的热能，对这些热能加以利用，达到节约资源，减少浪费的目的。在温度比较低的时候由于烟气的温差都比较小，所以工作人员在这个时候需要不断的对排烟温度进行降温处理，以保证受热面的温度正常。但由于早期的烟气余热回收工具的回收能力的有限，所以导致当烟气的温度超过了设备的露点温度的时候，也就是达到了零下160℃时，烟气的会收率被大幅度的降低，这也就导致了有很多烟气余热并没有被我们回收利用到，造成了很大的浪费。但现在，随着科技技术的不断进步，燃气锅炉烟气余热回收技术经过不断的改良，产生了蒸发器回收余热技术，这种新技术比较传统的烟气余热回收技术，更加的容易操作、更加的稳定，而且还能够有效的提升烟气余热回收利用的效率，减少烟气中热能的损失。

1.2利用热循环泵回收余热技术

这项技术是一种组合技术，利用的是空气余热器和蒸汽行的热泵机组的组合，这种余热回收技术，是有层次的将余热进行回收，将降温后的烟气释放在热泵中，然后在进行加热，充分利用蒸发器的热源进行余热回收。这是一种新型的高效传热准备，利用汽化潜热来进行能量传递，液态制冷剂在吸收了烟气的热量之后，会在到达冷端的时候释放出来大量的热量，热管具有很多优点，如体积小、效率高以及在运行过程中不需要额外附加的动力等，因此该技术具有非常良好的市场前景。但由于所使用的材料比较特殊稀缺，并且该技术制作的工业也比较复杂，所以导致热管的市场价格很高，在工业领域上使用并不广泛，应用时间也不长，并且在技术方面还不够成熟，其中堵灰和露点腐蚀等一系列技术性的问题还有待解决，所以对于该技术的生产和使用仍然需要加强研究，做进一步的探讨。其进行操控，来保障整个回收过程可以正常、稳定的运转。

1.3单级余热回收供热

单机的余热回收供热在目前市场上运用比较广泛，它主要运用的是相变的换热器，而相变换热器是一个比较有特点的设备，它最大的特点就是关于“想变”换热器的概念，相较于传统的换热器，想变换热器在对壁面温度的控制机理方面有了新的突破，针对于低温腐蚀的问题可以实现理论方面的控制。这对单级变换器发展也有促进作用。而所谓的变相模块就是指打破热管的常规化设计，转而对其进行整体化改进，这样做的作用是对温度梯度进行控制，使其能够处于一个较小的范围之内，同时还可以把相变时期的水量参数进行调节和汇总，以便后期对数据进行查找和计算，能够更加准确的调控壁面温度。

1.4双级余热回收供热

提高燃气利用率的两个主要方法分别是降低排烟热损失和提高燃气利用率，燃气作为自然界中比较容易获得的高效率可燃性气体，近年来随着科技的不断进步和人们对自然的更深入认识和了解，人们越发认识到燃气是一种产热值高且高效节约点新型能源，因此燃气被大范围推广和使用，由于燃气在锅炉之中的燃烧反应比较充分，所以燃烧效率已经得到了很大的提升。上文说单级余热回热供热，除了单级外，当今发展的还有双级余热回收供热。双级余热回收供热在降低排烟热损失的问题上，大多数热能动力设备所设定的温度都在120℃以上，但是在这个温度下所进行的排烟余热回收利用容易产生热力资源浪费，因此，如果将烟气的排放温度进行低温控制，把这个温度限制在零度以下，可以更加有效的对释放出来的能量进行利用，减少能源的损耗。

2.化工装置工艺气余热回收节能优化

2.1机组概况

本文以某电厂的660 MW机组为例，该660 MW机组配用了SG-2136.5/17.55-M型亚临界中间一次再热控制循环汽包锅炉，其设计煤种的主要组分收到基比例分别为60. 33 %碳，11%灰分、9.94%氧、3. 62%氢，0. 7%氮、0. 41%硫、14%水分，低位发热量22.76 MJ/kg。

同时，该机组660 M W采用了N660-16. 7/538/538型亚临界中间再热凝汽式汽轮机。在THA工况下，其机组热耗率为7808.4 kJ/kWh，发电功率为660 MW，排汽熔为2338.1 kJ/k。

2.2方案设计

该机组已经具备一个一级余热回收设备，一级余热回收设备布置在空预器以及电除尘之间，该部分烟气余热被回收后直接传递给凝结水。本研究提出的设计方案是在脱硫塔进口位置布置二级余热回收设备。回收的烟气余热则直接传递给热媒水，热媒水直接将热量通过扩容改造后的凝结水换热器传递给凝结水。在本设计方案中，二级余热回收设备作为单独的余热回收系统，与一级余热回收设备相互独立，这样配置将便于各个余热回收系统的检修维护，具有较好的系统稳定性。但需要说明的是，由于两部分热量品质不同，在供给凝结水时，需要对温度进行匹配，因此其系统的整体灵活性有所下降。在投资方面，采用这种布置方式也存在一些缺陷，由于二级余热回收设备的实际位置可能远离主厂房，因此需要铺设较长的管道，这样将增加一部分泵功率。同时，二级余热回收作为单独的回热系统，需要一定的资金投入。

2.3节能效果

在本设计方案中，二级低温省煤器的烟气阻力使得引风机的电耗将增大；同时，二级低温省煤器和凝结水换热器的引入，产生了额外的热媒水侧局部阻力、二级热媒水管道的沿程阻力，增加了二级热媒水泵的电耗。从计算结果来看，引风机增加的电耗占主要部分。

从计算结果来看，综合考虑发电标准煤耗率降低量与辅机能耗，机组的供电标准煤耗率降低量为0.088 g/kWh。

投入运行后的年纯收入包括节约标准煤量；而设备投资总费用包括管道、阀门仪表等的固定费用，二级低温省煤器、水水换热器等换热器本体的制造费用，增加热媒水泵的制造费用。

由于换热器的价格与管路布置、管子的厚度、换热器规模等有关，因此大致根据换热面积来估计不同材质和类型换热器的成本。二级低温省煤器为氟塑料材质，参考目前的市场价格，视其造价为900元/m2；水水换热器为管壳式换热器，参考目前的市场价格，视其价格为400元/耐。假定机组年运行小时数为5500小时，2020年8月份动力煤价格为560元/t，则换算成标准煤价格为710元//t。

结语

在很多化工装置中能够以不同形式实现余热回收，在设计化工工艺装置的时候需要将各个单元细分开来考虑，对化工工艺进行深人的研究并制定策略，在逐步摸索中完善化工工艺。还需对国内外的余热回收节能技术及设备进行学习，在借鉴后加入自己的观点，以求对新建及现有工艺装置能达到更加节能和可持续发展的目的。

参考文献

[1]王金旺.锅炉排烟余热回收利用的技术方案选择探讨[J].能源与节能，2019（09）：2019.09.026.

[2]刘家友.锅炉烟气余热能量置换梯级利用增效机制与实验研究[D].山东大学，2019.

[3]马志浩.二次再热机组烟气余热利用系统热经济性研究与优化[D].山东大学，2018.

[4]王代刚.火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术[J].中国新技术新产品，2018（12）.2018.12.052.

[5]周武，向朝晟，李键.火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术[J].东方电气评论，2018，26（01）：2018.01.007.