內(nèi)蒙古康乃爾防凍液項(xiàng)目汽輪機(jī)乏汽余熱回收建議

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(內(nèi)蒙古康乃爾化學(xué)工業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 扎魯特 029100)

我公司正在建設(shè)的400 kt/a防凍液項(xiàng)目，自項(xiàng)目成立之日起就非常重視節(jié)能減排工作，在創(chuàng)建低碳工藝方面也注入了新技術(shù)。如壓縮機(jī)盡量采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，可減少能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損失，由此可提高能源的利用率；做功后的蒸汽變成冷凝液，再回到除氧槽進(jìn)行循環(huán)利用。

我公司防凍液項(xiàng)目中的冰機(jī)、CO壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)組在表冷器設(shè)計(jì)中冷凝熱都被循環(huán)冷卻水帶走，氨壓縮機(jī)出口氣體溫度高、熱負(fù)荷大，這些余熱也被循環(huán)冷卻水帶走，造成了熱能的損失。而降低汽輪機(jī)表冷器的真空度，提高乏汽溫度(70 ℃)，對(duì)外實(shí)施供熱是充分利用該部分損失的熱量的有效措施。為此，建議對(duì)廠區(qū)冬季采暖的加熱方式進(jìn)行改進(jìn)，以充分回收和利用這部分余熱，降低供熱成本。

1 廠區(qū)采暖加熱方式和汽輪機(jī)乏汽冷卻方式的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

冬季采暖是用新鮮蒸汽對(duì)采暖水進(jìn)行加熱，加熱后的采暖水經(jīng)采暖水循環(huán)泵送到廠區(qū)進(jìn)行供熱，散熱后的水回流到換熱器中再次用新鮮蒸汽提溫，進(jìn)行連續(xù)循環(huán)供熱。

汽輪機(jī)乏汽采用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，換熱后的冷卻水送到冷卻塔與空氣進(jìn)行對(duì)流換熱，最終把熱量排放到大氣中。

2 汽輪機(jī)乏汽余熱回收改造建議

眾所周知，蒸汽透平機(jī)的熱量損失主要在于汽輪機(jī)乏汽，而研究汽輪機(jī)乏汽余熱回收的問(wèn)題在經(jīng)濟(jì)上有著十分重要的意義。本建議只考慮冰機(jī)和CO壓縮機(jī)汽輪機(jī)乏汽的余熱回收。

2.1 可回收余熱的統(tǒng)計(jì)

(1)冰機(jī)汽輪機(jī)乏汽可回收熱量

12 700 kg/h×(2 626.8 kJ/kg-293.53 kJ/kg)=29 632 529 kJ/h

(2)CO壓縮機(jī)汽輪機(jī)乏汽可回收熱量14 500 kg/h×(2 626.8 kJ/kg-293.53 kJ/kg)=33 832 415 kJ/h

上述計(jì)算式中，12 700 kg/h、14 500 kg/h分別為冰機(jī)和CO壓縮機(jī)蒸汽消耗量；汽輪機(jī)排汽溫度70 ℃時(shí)其焓值為2 626.8 kJ/kg[壓力0.031 8 MPa(A)]，凝結(jié)水70 ℃時(shí)其焓值為293.53 kJ/kg。

回收熱量總和為29 632 529 kJ/h+33 832 415 kJ/h=63 464 944 kJ/h，換算成0.6 MPa低壓蒸汽(其焓值為2 760 kJ/kg)為63 464 944 kJ/h÷2 760 kJ/kg=22 994 kg/h≈23 t/h。

據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，回收的余熱相當(dāng)于每小時(shí)供應(yīng)23 t 0.6 MPa低壓蒸汽。另外，氨壓縮機(jī)出口氨氣攜帶的熱量也很大，可以實(shí)施回收，具體方案待做詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)一起考慮。

2.2 改造建議

在原有的工藝設(shè)計(jì)余熱回收方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，將廠區(qū)采暖以新鮮蒸汽加熱的方式，改造成用汽輪機(jī)乏汽加熱的方式。具體如下。

冰機(jī)、CO壓縮機(jī)的汽輪機(jī)采取低真空運(yùn)行方式，非采暖季按原設(shè)計(jì)排汽壓力運(yùn)行，冰機(jī)汽輪機(jī)排汽壓力0.016 MPa(A)、CO壓縮機(jī)汽輪機(jī)排汽壓力0.008 MPa(A)；采暖季汽輪機(jī)排汽壓力設(shè)定為0.031 8 MPa(A)，此壓力下排汽溫度為70 ℃。將汽輪機(jī)的表冷器作為熱網(wǎng)的換熱器，循環(huán)水由原來(lái)的在冷卻塔和表冷器之間循環(huán)改為在廠區(qū)、廠前區(qū)和表冷器之間循環(huán)。這一技術(shù)利用汽輪機(jī)做功后的乏汽加熱采暖回水，使其由50～55 ℃升高至65～70 ℃，再經(jīng)采暖水循環(huán)泵送到廠區(qū)、廠前區(qū)進(jìn)行供熱，散熱后水溫降至50～55 ℃，回流到表冷器中再次提溫并循環(huán)供熱。在這個(gè)過(guò)程中，原先通過(guò)冷卻塔散失到大氣中的熱能得到了有效利用。循環(huán)水供暖機(jī)組就相當(dāng)于低背壓或真空背壓機(jī)組，其熱能利用率可以達(dá)到80%以上。

(1)在冬季最冷天氣時(shí)，啟用調(diào)峰加熱器以少量的低壓蒸汽進(jìn)一步提高采暖水溫度即可滿足供熱要求。

(2)當(dāng)冰機(jī)或CO壓縮機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可加大調(diào)峰加熱器蒸汽用量以滿足供熱要求。

汽輪機(jī)乏汽余熱用于采暖水加熱流程示意見(jiàn)圖1。

據(jù)建設(shè)部批準(zhǔn)頒布的《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ26-95)中的采暖居住部分，要求新建建筑物必須采用新型墻體材料或新型復(fù)合墻體，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低供熱熱指標(biāo)——按規(guī)定當(dāng)前應(yīng)降低30%，即熱指標(biāo)為原來(lái)的70%。

雖然大部分的現(xiàn)有供熱系統(tǒng)按供回水溫差95/70 ℃設(shè)計(jì)，但是由于采暖建構(gòu)(筑)物保溫性能的改善和原設(shè)計(jì)一般都偏保守的原因，實(shí)際上供水溫度在65 ℃時(shí)即可滿足供熱的要求，這已被所有實(shí)施循環(huán)水供熱的工程所驗(yàn)證。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被很多熱電廠采用，如青島恒源熱電有限公司、承德熱力總公司熱電廠等企業(yè)。在化工行業(yè)率先采用低真空采暖技術(shù)的有中化吉林長(zhǎng)山化工有限公司，該公司16 000 m3/h空分裝置配套的空壓機(jī)采用蒸汽透平，2004年該機(jī)組實(shí)施了低真空采暖技術(shù)，至今運(yùn)行非常穩(wěn)定。因此，上述方案在技術(shù)上是成熟可行的。

圖1 汽輪機(jī)乏汽余熱用于采暖水加熱流程示意

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)查資料，通遼市冬季采暖耗熱量指標(biāo)定為55 kcal/(m2·h)(1 kJ=0.239 kcal)，采暖期為165 d；則回收余熱63 464 944 kJ/h(折低壓蒸汽為23 t/h)可供采暖面積63 464 944 kJ/h×0.239 kcal/kJ÷55 kcal/(m2·h)=275 784 m2。

回收余熱用于冬季采暖，其效益為(以低壓蒸汽計(jì)，70元/t)23 t/h×24 h/d×165 d/a×70元/t=637.56 萬(wàn)元/a。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)經(jīng)過(guò)認(rèn)真地分析推敲，找相關(guān)專家共同論證，并實(shí)地考察，采用汽輪機(jī)低真空運(yùn)行為廠區(qū)采暖供熱技術(shù)完全是可行的。

(2)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，在回收汽輪機(jī)乏汽熱量的同時(shí)，大幅度減少了表冷器的冷卻水量。

(3)回收汽輪機(jī)乏汽余熱用于廠區(qū)采暖，投資少，可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

參考文獻(xiàn)：

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