新型煤化工利用冷凝液余熱的水處理節(jié)水利用

李永峰

（國能包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭 014010）

0.引言

近年來，隨著現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，黃河沿線由于背靠儲量豐富的煤炭資源已成為煤化工最主要的集聚區(qū)。一半左右的煤基制烯烴項目，均位于黃河沿線。某公司為國有特大型能源企業(yè)，世界上最大的煤炭電力公司，作為其旗下世界首套煤制烯烴能源企業(yè)，在為國家新能源戰(zhàn)略引領(lǐng)示范作用和煤炭清潔利用做出貢獻的同時，也存在著現(xiàn)代煤化工行業(yè)水耗較高的特點。而黃河流域具有資源型缺水特征，致使絕大多數(shù)現(xiàn)代煤化工項目受到水資源制約。

未來，推動現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)節(jié)水工作已成為企業(yè)和政府工作的重點：（1）政策方面：推動加強節(jié)水技術(shù)改造，圍繞煤化工行業(yè)建立黃河流域高耗水企業(yè)、用水工藝、技術(shù)和設(shè)備目錄，制定黃河流域高耗水工藝技術(shù)改造指導(dǎo)意見。（2）企業(yè)自身方面：1）加強節(jié)水管理。創(chuàng)新節(jié)水管理模式，實現(xiàn)節(jié)水管理水平及效益雙提高。成立節(jié)水工作領(lǐng)導(dǎo)小組，加強用水計量及信息化管理，提高節(jié)水管理水平。2）加強非常規(guī)水資源開發(fā)利用，企業(yè)內(nèi)部挖潛，對現(xiàn)有工藝和設(shè)備進行技術(shù)升級，提高水的利用率，減少新水使用量。提高水的重復(fù)利用率，并增加如有效收集雨水等措施。在增加污水利用率方面，采用優(yōu)質(zhì)藥劑，提升反滲透回收率；采用軟化、沉淀、過濾、超濾、反滲透等污水處理回用技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)廢水、生活污水回用。節(jié)約用水是當(dāng)代社會發(fā)展的重要舉措，煤化工行業(yè)作為水耗較高行業(yè)，更需將既有產(chǎn)能向高效節(jié)水方向調(diào)整，起到節(jié)水表率作用。

某公司現(xiàn)場相關(guān)裝置的工程技術(shù)人員，經(jīng)過長時間對生產(chǎn)工藝參數(shù)和設(shè)備工況進行分析后，對除鹽水原水加熱系統(tǒng)進行少量的投資進行升級改造后，大幅度提高水的利用率，節(jié)省大量的循環(huán)冷卻水的同時還節(jié)省了大量的蒸汽，并提高了反滲透的回收率，減少濃鹽水的排放量，取得很好的經(jīng)濟和社會效應(yīng)，在節(jié)能減排方面有著很好的示范效應(yīng)，并獲得公司科技進步獎。下面就具體的實施過程與讀者進行探討。

1.設(shè)備概況及存在問題

某公司化學(xué)水裝置制二級除鹽水分兩路，一路為原水通過超濾反滲透、二級離子交換系統(tǒng)的常規(guī)制水工藝制除鹽水，一路為化工裝置做完功后返回的冷凝液制除鹽水。化工裝置返回的冷凝液660h/t，水溫在100℃左右，需要利用6組板式換熱器通過二級冷卻至40℃以下再經(jīng)活性炭過濾器，除鐵過濾器，混床處理達(dá)到二級除鹽水標(biāo)準(zhǔn)外送至電站鍋爐和化工裝置，循環(huán)冷卻水用量冬季2000h/t左右，夏季更是達(dá)到2400h/t左右。而與此同時，由于制除鹽水系統(tǒng)用的原水，水溫只有15℃～17℃，冬季更是維持在4℃～8℃左右。水處理制除鹽水所用的原水大部分是混合換熱器用0.46MPa蒸汽加熱，由于原水用量負(fù)荷有波動，考慮到裝置緊急停車原水中斷等異常情況，且水溫不易調(diào)節(jié)，從而影響安全生產(chǎn)，裝置以前分別用循環(huán)水對冷凝液進行冷卻，用蒸汽對原水進行加熱。而換熱效率受到蒸汽量的制約，時常出現(xiàn)（尤其是冬季）水溫達(dá)不到反滲透進水最佳溫度的條件。導(dǎo)致反滲透回收率受到影響，濃水排放量大的問題。另一方面由于換熱器所用循環(huán)水水質(zhì)受濃縮倍率等因素的影響，氯離子和濁度較原水高。經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)垢和污堵的現(xiàn)象，換熱效率降低并對循環(huán)水的需求量大[1]。

2.技改措施

為此，經(jīng)過數(shù)據(jù)測算，制除鹽水用原水雖然有波動，平常在900h/t～1000h/t，最低時也在800h/t，完全可以滿足兩臺（一大一小）板式換熱器冷介質(zhì)用量，小換熱器的冷卻水用量300h/t左右，大換熱器的冷卻水用量450h/t左右。同時可以對冷卻水的入口增設(shè)遠(yuǎn)傳氣動調(diào)節(jié)閥，以此來調(diào)節(jié)水溫[2]。

經(jīng)過測算和設(shè)計，項目在裝置停工檢修期間得以實施，對管路進行改造，在制除鹽水原水母管增加跨線至#B2、#2板式換熱器循環(huán)水入出口，同時保留原循環(huán)水管線，以防原水突然中斷緊急情況下迅速切換至循環(huán)水來保證安全生產(chǎn)。在新增管線上增加手動和氣動兩道閥保證嚴(yán)密性，防止互相竄水影響水質(zhì)，并且增加在線冷卻水電導(dǎo)表，實時監(jiān)控水質(zhì)，通過電導(dǎo)率的變化來及時判斷是否有竄水和泄露情況以便及時進行調(diào)整，還增加換熱器冷卻水出口在線溫度表，實時監(jiān)控水溫[3]。項目施工只用了15d時間即已完成，總投資在15萬元左右。投入運行后，完全達(dá)到設(shè)計預(yù)期，提質(zhì)增效、節(jié)水減排效果非常明顯。改造前后換熱器流程圖1、圖2所示。

圖1 改造前換熱器流程

圖2 改造后換熱器流程

3.改造效果

改造后運行非常穩(wěn)定，即使在原水流量波動和冷凝液水量不穩(wěn)定的情況下，通過監(jiān)測溫度，對水流量進行調(diào)節(jié)和切換，也完全能夠滿足生產(chǎn)要求的各項工藝指標(biāo)。起到一舉多得的效果，具體成果如：（1）大大降低循環(huán)冷卻水用量，減少循環(huán)水消耗。（2）節(jié)省蒸汽用量，提高熱效率。（3）原水品質(zhì)好于循環(huán)冷卻水，板式換熱器結(jié)垢率顯著下降，提高換熱效率，從而冷卻水用量進一步降低，并且板式換熱器板片的使用壽命得以延長，大幅降低設(shè)備維修更換費用，減少工作量。（4）使原水換熱后的運行溫度從原來的23℃提高到25℃左右，（當(dāng)原水每提高1℃，反滲透的回收率提升2%～3%），大大節(jié)約成本。當(dāng)反滲透回收率增加，相應(yīng)的濃鹽水量就減少，減輕企業(yè)廢水處理壓力。

經(jīng)過較長時間運行，目前循環(huán)水用量，夏季已經(jīng)降到1900h/t～2000h/t左右，冬季更是降到1600/t左右。而加熱原水的0.46MPa蒸汽從原來11t/h減少到現(xiàn)在5t/h左右，即使在冬季蒸汽用量也不超過8t。在保證生產(chǎn)的情況下，使生產(chǎn)水的運行溫度從原來的23℃提高到25℃以上，（當(dāng)生產(chǎn)水溫度每提高1℃，反滲透的回收率增加2%～3%）按照正常運行工況，反滲透產(chǎn)水750t/h，（按照每提高1℃，反滲透的回收率增加2%計算）每小時可多產(chǎn)水30t，同時少排濃鹽水30t/h，大大節(jié)約成本。循環(huán)水用量前后對比圖3所示，蒸汽用量前后對比圖4所示。

圖3 循環(huán)水用量前后對比

圖4 蒸汽用量前后對比

反滲透產(chǎn)水回收率由于水溫保持在25℃左右，全年穩(wěn)定在75%上下。改造前后用水?dāng)?shù)據(jù)對比見表1。

表1 改造前后用水?dāng)?shù)據(jù)對比

直接經(jīng)濟效益：各欄目的計算依據(jù)：反滲透每小時多產(chǎn)水；30t/h×24小時×180天（冬季半年）×6元（反滲透產(chǎn)水成本）=77萬元左右；循環(huán)水按每小時節(jié)約400噸計算：400t/h×24小時×180天（冬季半年）×0.1元（循環(huán)水成本）=18萬元左右；換熱效率提高節(jié)約0.46Mpa蒸汽按每小時4噸算：4t/h×24小時×180天（冬季半年）×30元（蒸汽成本）=52萬元左右；反滲透每小時多產(chǎn)30噸水，相應(yīng)廢水少排30噸。30t/h×24小時×180天（冬季半年）×3元（廢水處理成本）=40萬元左右；只計算冬季半年的直接經(jīng)濟效益就共計190余萬元，全年直接經(jīng)濟效益保守估計在300萬元以上。經(jīng)濟效益十分明顯，符合最初改造的初衷。

間接和社會效益：水的循環(huán)利用是體現(xiàn)化工企業(yè)用水節(jié)約的一個重要方面，全社會都在提倡節(jié)約用水的良好風(fēng)氣時，企業(yè)節(jié)約用水在減少了廢水對環(huán)境污染以及降低工業(yè)廢水影響居民生活的程度等方面起到很大作用。因此，實現(xiàn)企業(yè)用水的綠色和循環(huán)利用，不僅對企業(yè)是有經(jīng)濟效益，對社會也可受益得利的。企業(yè)可以把經(jīng)過一次生產(chǎn)的廢水、污水通過處理將其回收再利用，重復(fù)用水。通過合理回收水的熱能量還能減少能源消耗，達(dá)到二氧化碳減排的效果。減少和避免生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)過程中水的損失和浪費。通過高效、合理利用水資源，實行循環(huán)用水建立起水資源的循環(huán)經(jīng)濟。所以，節(jié)約用水對企業(yè)來說也是實現(xiàn)經(jīng)濟效益的一個途徑。加強技術(shù)改造實現(xiàn)水資源的重復(fù)利用，也是實現(xiàn)節(jié)水增效的有效措施。鼓勵職工積極提供合理化建議，籌措資金，大力開展節(jié)水技術(shù)改造工作。節(jié)水的直接表現(xiàn)為節(jié)省用水，降低用水量，從而保證了現(xiàn)有供水設(shè)施為用戶提供穩(wěn)定、可靠的水源。解決了為開辟新水源所花費的昂貴資金，當(dāng)然也節(jié)省了因節(jié)省水量而少花的供水費用、排污費、污水處理費及相應(yīng)的基礎(chǔ)建設(shè)費用。

4.結(jié)語

認(rèn)真合理分析現(xiàn)場工藝設(shè)備運行工況，在滿足現(xiàn)場安全穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，經(jīng)過科學(xué)縝密設(shè)計，通過對現(xiàn)有工況進行合理改造，能夠達(dá)到節(jié)能降耗，節(jié)約用水，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益。企業(yè)通過自身的挖潛降耗，提高水的利用率，不但對自身的運營和降低單位能耗方面非常有益，在國家環(huán)保政策越來越嚴(yán)格的情況下，甚至關(guān)系到企業(yè)未來的生存和發(fā)展。通過各種技術(shù)改造降低能耗，將是企業(yè)未來發(fā)展的必由之路。通過研究和實踐得出的一點感受和見解，可為其他企業(yè)進行相應(yīng)問題分析和改造提供借鑒。