廢熱回收在冬季采暖項目中的應(yīng)用

虞紅梅，王秉鈞，趙會聰，張 杰

(唐山三友化工工程設(shè)計有限公司，河北 唐山 063305)

作為化工生產(chǎn)企業(yè)，我公司在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量廢熱，僅就三效系統(tǒng)而言，揮氨塔出氣及富余廢熱重灰爐氣可利用低品質(zhì)熱能達(dá)到10 t標(biāo)汽/h以上，這部分廢熱未能充分回收利用，造成了資源浪費(fèi)。生產(chǎn)廢熱中含有大量的水蒸汽和氨氣，氨氣可以通過新增流程經(jīng)過系列反應(yīng)后進(jìn)行脫氨，即回收了氨氣又凈化了熱源。通過分析，凈化后的廢熱完全可以作為供熱熱源使用。

1 改造方案的確定

1.1 改造前冬季供暖現(xiàn)狀

原廠區(qū)采暖分為水暖及蒸汽采暖兩部分，一部分用戶(主要是辦公區(qū)域)為水暖供暖系統(tǒng)，熱源為熱電公司低真空采暖60～70 ℃低溫?zé)崴?，這部分采暖需每年向熱電公司支付高額的采暖費(fèi)用；另一部分用戶為蒸汽采暖供暖系統(tǒng)，主要是生產(chǎn)區(qū)域操作崗位及檢修工作間，熱源為本公司生產(chǎn)用低壓蒸汽，這種供暖方式耗費(fèi)了大量蒸汽熱量。原水暖用戶耗熱量及采暖費(fèi)用見表1。

1.2 生產(chǎn)廢熱作為采暖熱源的處理

我公司在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量廢熱，如：三效系統(tǒng)揮氨塔出氣、重灰爐氣等，這部分的廢熱得不到有效地利用，同時還需要投入資本進(jìn)行處理。那么，能不能將這部分生產(chǎn)廢熱作為冬季采暖的熱源，改水暖為氣暖呢？三效揮氨塔廢熱出氣中含有氨氣，溫度達(dá)到了82 ℃的高溫，完全可以通過熱交換設(shè)備將熱量吸收，并將氨氣回收用于吸收塔制備氨鹽水使用，即回收了熱量又節(jié)約了成本。

表1 原水暖用戶耗熱統(tǒng)計表

圖1 新增氨氣冷卻器

氨氣冷卻器是一種間壁式冷卻器，也可以叫做列管式換熱器。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。不潔凈易結(jié)垢的液體、腐蝕性液體宜走管程。被冷卻的流體宜走殼程。生產(chǎn)廢熱三效揮氨塔出氣中含有氨，氨氣是一種無色有刺激性氣味的氣體，比空氣輕，密度為 0.7710 g/L，相對密度為0.5971(空氣=1.00)，易被液化成無色的液體，可走殼程。在新增的氨氣冷卻器內(nèi)，以循環(huán)水上水作為冷卻劑以除去熱量，循環(huán)水潔凈度不高宜走管程，在氨氣冷卻器內(nèi)，循環(huán)上水與生產(chǎn)廢熱進(jìn)行非直接接觸的熱交換，交換過程中，氨氣冷凝液經(jīng)過冷凝液泵回到生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行再利用，處理后的生產(chǎn)廢熱進(jìn)入到熱回收器，作為冬季采暖的熱源。

所采用的氨冷器為水冷式氨氣冷卻器。水冷式氨冷器的工作原理為：82 ℃的高溫廢熱出氣由筒體上的蒸氨氣入口N1進(jìn)入，依順序經(jīng)各折流通道，曲折地流至蒸氨氣出口N2流出。而冷卻介質(zhì)則采用雙管程流動，即冷卻介質(zhì)由冷卻水入口N4經(jīng)分水蓋進(jìn)入一半冷卻器管之后，再從回水蓋流入另一半冷卻器管進(jìn)入另一側(cè)分水蓋及冷卻水出口N5。冷卻水在雙管程流動過程中，吸收高溫廢熱放出的熱量使廢熱中的氨氣冷卻液化后經(jīng)冷凝液出口N3排出。

初步回收后的生產(chǎn)廢熱與3 kg蒸汽共同作為冬季采暖熱源進(jìn)入下一個流程——高效熱回收器。此項目中我們采用的是噴射式熱回收器，在熱回收器中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶使用。高效熱回收器是生產(chǎn)廢熱爐氣與軟水通過直接接觸，吸收廢氣中的熱量。軟水從高效熱回收器底部進(jìn)口進(jìn)入回收器，到達(dá)進(jìn)口頂部通過噴嘴噴濺后與廢熱氣體直接接觸后，吸收廢熱氣體的熱量。

軟水由軟水進(jìn)口a進(jìn)入，生產(chǎn)廢熱與3 kg蒸汽由廢氣進(jìn)口c和e進(jìn)入，軟水經(jīng)過噴嘴部件時，在其出口形成一定的低壓，變成噴霧狀的水汽，與風(fēng)機(jī)出口來的廢蒸汽c一起經(jīng)混合段混合，進(jìn)行接觸熱交換，冷水吸熱變成熱水同時在重力作用下，由軟水出口b排出，未進(jìn)行熱交換的廢氣和熱交換完成后摻雜小水珠的廢氣直接由廢氣出口d排出，如此循環(huán)，完成了整個熱交換過程。

圖2 高效熱回收器

2 生產(chǎn)廢熱代替水暖用于冬季取暖的改造

2.1 改造后的采暖工藝流程

在三效廠房北側(cè)區(qū)域增設(shè)廢熱回收采暖系統(tǒng)，包括冷水桶、熱水桶、新增波紋管換熱器、高效熱回收器、冷熱水加壓輸送泵、熱水分配器以及相應(yīng)電氣儀表設(shè)備。更新改造采暖主管網(wǎng)以及區(qū)域內(nèi)部采暖設(shè)備管件，將蒸汽采暖區(qū)域系統(tǒng)改為水暖，分支管道、暖氣片、管件更換，部分原水暖區(qū)域采暖設(shè)備及管件進(jìn)行更新。廢熱回收采暖系統(tǒng)以軟水為采暖循環(huán)水，冷水桶內(nèi)54 ℃左右的低溫采暖回水經(jīng)冷水泵輸送至新增波紋管換熱器，與三效揮氨塔82 ℃高溫出氣換熱，初次回收熱量后進(jìn)入高效熱回收器，與原引風(fēng)機(jī)輸送來的三效系統(tǒng)富余高溫重灰廢熱爐氣直接接觸，二次回收廢熱爐氣熱量，熱水溫度達(dá)到67 ℃左右，回到熱水桶經(jīng)熱水泵、熱水分配器進(jìn)入南北供暖管網(wǎng)，深冷季節(jié)如果上水溫度不足，自高效熱回收器混入0.3 MPa低壓蒸汽向采暖系統(tǒng)補(bǔ)充熱量。損失水量以軟水補(bǔ)充，膨脹水量用于石灰化灰工序。對大量生產(chǎn)廢熱回收用于冬季采暖期供暖，不僅節(jié)約了成本又解決了生產(chǎn)廢熱問題。

圖3 改造后工藝流程簡圖

2.2 改造后的冬季供暖系統(tǒng)

廠區(qū)熱力管網(wǎng)共分五個支線，分別為：循環(huán)泵站至技術(shù)中心辦公樓；循環(huán)泵站至濱海花園職工宿舍樓；循環(huán)泵站至三友塑編廠；循環(huán)泵站至成品重灰小袋包裝；循環(huán)泵站至氨庫值班室。濱?；▓@小區(qū)大學(xué)生公寓總面積22 160 m2，原為開發(fā)區(qū)供暖，靠近主廠區(qū)，因此將大學(xué)生公寓樓納入本次采暖改造范圍，本次實施冬季供暖改造面積共計6.81萬m2，其中水暖面積5.44萬m2，蒸汽采暖面積1.37萬m2。

2.3 改造后的采暖效果

投用后，高效熱回收器及新增波紋管換熱器等主要換熱設(shè)備運(yùn)行良好，換熱充分，在無補(bǔ)充低壓蒸汽情況下，采暖系統(tǒng)供水溫度65～70 ℃正常運(yùn)行，回水溫度52～55 ℃，供水量達(dá)到370 m3/h以上，完全滿足供暖要求，室內(nèi)采暖效果良好。此項目既節(jié)約了成本又解決了生產(chǎn)廢熱問題，一舉兩得。

3 項目改造后的經(jīng)濟(jì)效益

純堿公司蒸汽消耗量在改造后預(yù)計比改造前將節(jié)約16 715 t(同期對比)，所發(fā)生的費(fèi)用為16 715×110=183.87萬元。

原水暖用戶耗熱費(fèi)用：

3.84+0.8+7.13+36.67=48.44萬元

改造前，每年所發(fā)生的用于冬季采暖的總費(fèi)用為：

48.44+183.87=232.31萬元。

改造后設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用：冷水泵運(yùn)行電流112.34 A，功率為62.85 kW；熱水泵運(yùn)行電流108.54 A，功率為60.72 kW，則運(yùn)行費(fèi)用為：(62.85+60.72)×24×121×0.46=16.51萬元。

改造后的折舊費(fèi)用：項目總投資共計784.38萬元，年折舊費(fèi)用24.2萬元。

采暖用水費(fèi)用：采暖系統(tǒng)用水量為500 m3，單價按3.72元/m3計算，水消耗費(fèi)用為500×3.72=0.186萬元。

項目改造后總創(chuàng)效費(fèi)用：3.84+0.80+7.13+36.67+183.87-16.51-24.2-0.186=191.41萬元。

4 結(jié) 論

項目改造投用后，完全滿足供暖的要求，同時節(jié)約了成本，解決了生產(chǎn)廢熱問題，一舉兩得，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益。但是，生產(chǎn)廢熱回收涉及到多個生產(chǎn)車間多個工序，在項目實施后，還要考慮各車間及輔助單位的改造和完善，其后續(xù)工作需進(jìn)一步實施。