頁巖油干餾煉油工藝余熱余能回收系統(tǒng)應(yīng)用分析

劉勇，康健

（新地能源工程技術(shù)有限公司，河北 廊坊 065000）

我國頁巖油干餾工業(yè)起始于20世紀(jì)20年代，之后60年代大慶油田的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致我國頁巖油干餾工業(yè)進(jìn)入了停滯時期。在21世紀(jì)，隨著全球油價升高以及我國進(jìn)口原油量逐年增加，我國頁巖油工業(yè)進(jìn)入了振興時期。原有的頁巖煉油工藝勢必需要進(jìn)行現(xiàn)代化改造以滿足節(jié)能減排的相關(guān)要求，而充分利用頁巖煉油工藝的余熱余能非常有利于頁巖煉油企業(yè)降低能耗、節(jié)約成本，增強(qiáng)自身的競爭能力。因此，對干餾煉油工藝的余熱余能回收系統(tǒng)進(jìn)行探討是非常有價值的。

1 頁巖油干餾煉油工藝主要的余熱和余能

1．1 撫順爐的干餾煉油工藝流程

本文僅以我國最為常用的撫順式干餾爐為例，對干餾煉油工藝的余熱余能進(jìn)行分析。其工藝流程如圖1所示。

由圖1可知，油頁巖礦石先經(jīng)過破碎和篩選之后進(jìn)入干餾爐，生成的油氣從干餾爐導(dǎo)出后，除去頁巖油其中的灰塵、水蒸氣和雜質(zhì)，由油水泵送至油庫內(nèi)儲存。干餾油氣中氣體部分通過瓦斯排送機(jī)送至加熱爐、干餾爐進(jìn)行加熱和燃燒，剩余部分匯總后送入中央鍋爐房。

1．2 余能和余熱分析

通過干餾煉油的工藝流程分析可知，煉油工藝過程存在大量的余熱余能。其中主要的余熱余能為干餾爐干餾出來的瓦斯氣體和冷卻塔冷卻水余熱。

瓦斯氣體的熱值為3200～4600kJ/Nm3。瓦斯氣體除一部分自用于蓄熱式爐的燃料外，還有一部分富余，企業(yè)通常將富余瓦斯氣作為鍋爐燃料生產(chǎn)蒸汽或是送入內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

干餾氣經(jīng)洗滌塔后由氣體排送機(jī)排送至冷卻塔進(jìn)行冷卻。從冷卻塔下的水，經(jīng)循環(huán)水泵送至冷卻水塔進(jìn)行冷卻，之后再循環(huán)去冷卻塔循環(huán)使用。該冷卻水量較大，根據(jù)工藝要求冷卻水系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，這部分循環(huán)冷卻水的余熱有較大的回收價值。

圖1 撫順式頁巖煉油工藝流程圖

2 冷卻水余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計原理

溴化鋰吸收式熱泵是利用水的蒸發(fā)、冷凝以及溴化鋰水溶液吸收及解析水蒸氣的循環(huán)過程中產(chǎn)生傳熱作用的設(shè)備。吸收式熱泵按照驅(qū)動熱源的不同分為第一類吸收式熱泵和第二類吸收式熱泵。

第一類吸收式熱泵是以蒸汽、燃料（燃?xì)狻⑷加停?、熱水為?qū)動熱源，溴化鋰溶液作為吸收劑，水作為工質(zhì)，回收低溫?zé)嵩礋崮?。第一類吸收式熱泵COP一般為1.6～2.4。該類熱泵利用低位熱源的溫度通常為10～70℃。

第二類吸收式熱泵不消耗高品位熱源，主要是利用低位熱源和低溫冷卻水的熱勢差，制取溫度高于低品位余熱的高溫?zé)崦健５窃擃悷岜玫臀粺嵩吹臏囟韧ǔＲ笤?0℃左右。

3 冷卻水余熱回收系統(tǒng)的方案設(shè)計

頁巖油干餾冷卻水的溫度一般在47℃，屬于低溫?zé)嵩?，且干餾煉油企業(yè)的中央鍋爐房產(chǎn)生出的蒸汽可作為吸收式熱泵的驅(qū)動熱源。結(jié)合上述條件，選擇第一類吸收式熱泵作為本余熱回收系統(tǒng)的主要設(shè)備，對市區(qū)采暖熱網(wǎng)水進(jìn)行加熱。本余熱回收系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖2 吸收式熱泵余熱回收系統(tǒng)流程圖

為了充分利用冷卻水低品質(zhì)的熱能，余熱回收系統(tǒng)設(shè)在頁巖油干餾涼水塔附近，盡量降低循環(huán)冷卻水管道長度，減少散熱損失。熱泵機(jī)組尺寸較大，考慮到熱泵的安裝和檢修，余熱回收站設(shè)置在廠區(qū)內(nèi)的主要通道附近。頁巖油干餾系統(tǒng)的設(shè)備布置緊湊，余熱回收站可布置的場地較為狹小。綜上所述，余熱回收站的設(shè)備采用分層布置的方案。一層設(shè)置溴化鋰熱泵機(jī)組、循環(huán)水泵和水處理設(shè)備等，二層設(shè)置與蒸汽管路相關(guān)的設(shè)備和控制閥組。實(shí)現(xiàn)汽水設(shè)備和管路的分離，便于生產(chǎn)管理和設(shè)備的檢修。

一層中主要設(shè)置了3臺溴化鋰熱泵機(jī)組、采暖水循環(huán)水泵、管道在線清洗過濾器、凝結(jié)水回收系統(tǒng)、變頻穩(wěn)壓泵補(bǔ)水系統(tǒng)和軟化除氧水系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施。

二層主要設(shè)置1臺尖峰蒸汽加熱器。結(jié)合采暖管網(wǎng)的歷年運(yùn)行情況和供熱設(shè)備的能力，尖峰加熱器換熱量選為總供熱量的65%。該尖峰加熱器的設(shè)置一方面考慮到冬季極端天氣的情況，需要對供水進(jìn)行加熱調(diào)峰。另一方面，考慮到當(dāng)循環(huán)冷卻水?dāng)嗨闆r，尖峰加熱器可以配合熱泵直接利用蒸汽加熱一次網(wǎng)采暖水，滿足采暖用戶對總熱量的需求。若是在采暖期中出現(xiàn)熱泵需要緊急檢修的情況，尖峰加熱器加熱一次網(wǎng)采暖水，滿足采暖管網(wǎng)對供水溫度的要求。

具體的方案設(shè)計原始數(shù)據(jù)及計算結(jié)果如表1、表2所示。

表1 供熱負(fù)荷及一次供熱管網(wǎng)參數(shù)

4 效益分析

一個采暖期熱泵運(yùn)行時間為150天，共計3600小時，熱泵的余熱回收為89MW。本余熱回收系統(tǒng)建立后，除節(jié)能大量燃煤外，還能減少二氧化碳、二氧化硫、煙塵等污染物的排放量。具體節(jié)能減排量如表3。

表2 余熱回收系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計參數(shù)

表3 節(jié)能減排量匯總表

本次冷卻水余熱回收系統(tǒng)工程經(jīng)過多個供暖周期運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，供暖負(fù)荷可以達(dá)到設(shè)計負(fù)荷97%以上。利用熱泵技術(shù)回收冷卻水余熱系統(tǒng)具有優(yōu)異的適應(yīng)性和節(jié)能潛力，同時，不影響頁巖油干餾系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)行情況，不僅為頁巖油企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，且?guī)砹藰O佳的社會效益和環(huán)保效益。