生产装置余热在采暖中的应用

贺敬明

(甘肃省刘化集团公司，甘肃 永靖县　731603)



生产装置余热在采暖中的应用

贺敬明

(甘肃省刘化集团公司，甘肃 永靖县731603)

摘要：随着企业的不断发展壮大，生产系统及采暖供热规模随之扩大，供热能耗不断增加，集团公司通过增加换热器及回收装置改造，在保证生产装置正常运行的情况下，最大限度的回收生产装置余热，将生产装置低品位富余热量回收用于采暖系统，作为公司冬季采暖供热热源。实践证明，改造后运行稳定可靠，既解决了能源浪费、热污染的问题，又降低了供热能耗和循环冷却水负荷水，同时根据气温情况可延长供暖期，具有很好的经济效益、环境效益和社会效益。

关键词：余热；采暖；改造；效益

甘肃刘化集团有限责任公司1966年破土动工，1971年投产，经多次改造、扩建，现已发展为年产尿素70万t、甲醇10万t，兼生产催化剂、复合肥、液体二氧化碳、氧气等产品的大型综合化工企业集团。随着企业的不断发展壮大，生产系统及采暖供热规模迅速扩大，供热能耗不断增加，且生产装置低品位余热较多，这部分热源没有得到很好的利用，而是依靠循环冷却水来降温，不但造成能源浪费，而且增加了循环水的负荷。基于两方面问题考虑，集团公司通过增加换热器及回收装置改造，回收生产装置低品位富余热量作为公司冬季采暖供热热源，改造投入运行后，取得了很好的效果。具体如下：

1采暖现状及改造情况介绍

集团公司采暖区域分为生产厂区、办公区、家属区、单身楼，民工公寓，医院、学校、托儿所，文化宫，商业网点，供热建筑总面积约16.7万m2。自建厂以来公司冬季采暖一直用0.4MPa蒸汽作热源，蒸汽消耗量较大，耗蒸汽量约20t/h，加之供热管网老化，发生跑、冒、滴、漏等问题，在采用“大流量、小温差”的供热运行方式下，存在相当大的能源浪费。经集团公司领导研究决定，对供热管网主线加以改造，管理好管网严重老化及热能的浪费，同时采暖由0.4MPa蒸汽作热源供暖改为生产装置余热作热源。供暖于2008开始动工，分步实施，2010年改造全部完成投入运行，截止目前运行正常，效果很好，达到供热节能减排的效果，提高社会及经济效益。

2采暖改造余热选择方案

企业余热选择原则应遵循以下几点：

首先，在条件允许的情况下，企业对生产线加以系统性的热工标定，系统性分析运行数据的稳定性。

其次，在满足企业生产工艺自身余热需要、不会对企业生产操作造成影响、不会额外增加热耗及电耗的情况下，再最大程度上利用、获取余热资源。

第三，呈梯级、合理的使用不同品位余热，将余热的做功能力充分发挥出来。

第四，针对企业生产的实际情况，进行性价比的分析之后对热力系统循环方式加以确定。

第五，在确保生产装置正常运行的前提下，最大限度的回收生产装置低品位余热量用于采暖系统，作为集团公司冬季采暖供热热源。

结合采暖的需求，对生产装置热源进行认真筛选，集团公司最终确定生产蒸汽冷凝液进行集中回收作为生产现场采暖热源；造气169A套、169B套及新净化二氧化碳热源为家属区和办公区采暖热源。

余热选择理由：生产蒸汽冷凝液为汽水混合物，温度125℃，热能未被回收利用，部分蒸汽排放到大气中，造成浪费和热污染；造气169A、169B套及新净化二氧化碳温度较高，温度可达100℃，热能未被回收利用，只能依靠循环冷却水降温至40℃以下，送往二氧化碳机。二氧化碳降低温度后一是能够有效分离出二氧化碳中的水分，二是提高二氧化碳机的大气量。

蒸汽凝结水的显热特点：蒸汽的热能通常由显热与潜热两部分构成，对使用蒸汽作为热媒进行各种加热过程，在用气设备中只是将蒸汽的潜热加以利用，释放潜热后的蒸汽还原成为与同温、同压下的饱和水，也就是拥有显热的凝结水。在不相同的压力下，蒸汽产生的凝结水所含显热可以达到总蒸汽热量的10%～30%左右，是一种非常理想、可观的余热利用资源。也就是说，对凝结水显热加以回收、有效利用，具有极大的节能潜力。

蒸汽凝结水的一般处理方法：在当前实际工程中，对蒸汽凝结水的常规处理方法包括以下几点：①借助凝结水回收系统，通过凝结水回收泵回收至锅炉的给水罐中，由于当蒸汽放出汽化潜热后，会转变成为近乎同温、同压下的饱和冷凝水，若还未受到污染，冷凝水则与纯净的蒸馏水相似，可直接作为锅炉给水。②经疏水阀之后，压力通过降温水池冷却后排入下水道。一般来说将20℃常温水加入到凝结水中，当凝结水温度降低到40℃时允许其排入下水道，但这种排放方法不仅损失了凝结水的热能，而且还会消耗大量常温水。③直接通过疏水阀排入下水道，通过汽设备排出的凝结水直接排入到下水道，不能实现其任何的回收利用价值，全部凝结水与热能全部损失。同时，若高温凝结水也就是当温度在130℃以上时排入地下，不仅会造成能源的浪费，而且也会对地下建筑物造成严重损坏。

3采暖改造流程

1)生产现场采暖流程：利用原合成冰机水冷器的壳体改造作为水暖水储槽，由水暖泵将水暖水送至换热器与125℃冷凝液进行换热，将水暖水温度加热到80℃。经水暖供水总管供往生产现场各岗位采暖散热器。采暖散热器出水汇合后回于水暖水储槽。

2)家属一区、二区及公司办公区采暖流程：水暖水储槽采暖水经水暖泵的提压送至169B套(或新净化)二氧化碳一级换热器与高温二氧化碳进行换热，将水暖水温度加热到75℃以上，经水暖供水总管分供各单元用户采暖散热器，采暖散热器出水汇合后回于水暖水储槽。

3)家属三区至五区、学校、医院、文化宫采暖流程：水暖水储槽采暖水经水暖泵的提压送至169A套(或169B套、新净化)二氧化碳一级换热器与高温二氧化碳进行换热，将水暖水温度加热到75℃以上，经水暖供水总管分供各单元用户采暖散热器，采暖散热器出水汇合后回至水暖水储槽。

注：造气169A套、169B套及新净化二氧化碳换热器根据系统开停及生产负荷配置可互相切换，这样，不管在什么情况下都可保证冬季采暖正常供热。

4采暖管网改造设置原则

1)为保证采暖水达到正常流速，水暖供水总管起于水暖泵出口，经采暖用户延程逐步缩径，水暖回水总管经采暖用户延程逐步扩径，沿途根据供热面积的大小确定分支管线的管径及阀门。

2)为既能最大限度的回收生产装置余热，又能确保生产装置正常运行，采用水暖供水总管保温，水暖回水总管不保温，回水总管末端补水，各采暖单元散热器串联供热，实现热能梯级利用，拉大供回水温差。

5存在问题完善整改

在采暖改造投入运行的过程中遇到一些问题，例如供暖末端供热量严重不足，供水温度基本无法达到60℃左右，回水的温度仅为40℃左右，导致热损耗大、换热效率低；闪蒸降温损失严重；部分供热单元供热受阻，提高了供热成本，采暖水流通不畅，采暖效果差等问题。针对存在的问题，不断进行整改完善，通过增大供暖总管管径、利用采暖回水余压提高供暖水压力、供热单元散热器并联改串联、钢串片散热器更换为四柱760型水暖散热器，通过采暖换热面积、水暖设计流速将改造供暖管径加以计算等，通过整改完善，以上存在的问题一一得到了解决，保证了采暖系统正常供送，达到了取暖需求。例如进行对改造供暖管径的计算，可通过以下公式进行计算：

其中D为管道管径(mm)；18.8为常数；Q为供热负荷；W为平均流速(m/s)，热水取0.8～2m/s的范围。

另外，还有以下几个问题需加以注意：

第一，散热器。若原有安装的蒸汽采暖流量不够，应在确保不影响运行的基础上增加几组散热器。根据实际情况部分砍掉几组暖气，同样满足采暖要求。这可能是原设计室外温度选择较低，原设计耗能偏大，而实际的系统运行流量较大，散热器实际的散热值要比计算值大，同时热水采暖是连续运行而蒸汽采暖则是间接性运行的。

第二，空气排出。改为热水采暖通常是排除空气采用集气罐，将集气罐安装于干管尾端最高点，通常为立式与卧式。将设计空气速度在水平与倾斜管中在0.1～0.2m/s，立管中则为0.25m/s。若热水器超过空气浮生的速度，水中的空气便会被带走。

6新技术的采用

6.1　自力式流量控制阀

该控制阀安装在距离采暖加压泵较近的用户入口处，当用户采暖水流量或者压力过高时，控制阀便可以按照既定的设置值自动限制其压力及流量，确保较远用户的采暖水有充足的压力与流量支持，稳定采暖温度的均衡性。同时，自力式流量控制阀也属于一项有效的节能措施，特别是对于采暖范围较小、热水流量及压力均不充足的情况下，更能体现出较好的节能效果。

6.2　自动稳压装置

采用自动补水稳压装置代替高位水箱，不仅可以获得更好的使用效果而且操作便捷、简单。

7采暖改造经济效益

按照未改造前现场采暖每小时需0.4MPa蒸汽20t，0.4MPa蒸汽每吨以80元计，每个采暖期(150天)需费用为：

20×24×80×150=576万元

改造后，生产现场采暖泵(一开一备)，家属区(一区、二区及办公区)采暖泵(一开一备)，家属区(三区、四区、五区、文化宫、医院)采暖泵(一开一备)，采暖泵耗电40kW·h，kW·h电费0.27元，采暖期电费为：

40×3×24×0.27×150=11.664万元

每年节约的费用为：576-11.664=564.336万元

从上述来看，改造后每年采暖节约费用都可以达564.336万元，而采暖改造全部费用700余万元，正常采暖一年多可收回改造成本，其经济效益十分显著。同时，对能源节省及环境污染的问题也得到有效解决，社会效益无法估量。

8总结

生产装置余热热源供暖后，经不断整改完善，运行至今稳定可靠，既解决了能源浪费、废气排放导致热污染的问题，又降低了供热能耗和循环冷却水负荷，同时根据气温情况可延长供暖期，具有很好的经济效益、环境效益和社会效益。目前，公司仍有一些低品位余热没有得到很好的回收利用，在今后根据供热情况可不断挖潜改造，进一步提高能源综合利用水平，为公司持续发展提供有利的条件。

甲醇及下游产品

Application of Waste Heat in Heating

HEJing-ming

(Gansu Liuhua Group，Yongjing，731606)

Abstract：Waste heat in production plant is recovered by adding heat exchanger and modifying recovery unit. This waste heat is used as heat source in winter. Good benefits are achieved.

Key words：waste heat；heating；modification；benefit

中图分类号：X781.4

文献标志码：B

文章编号：1003-6490(2015)01-0030-03

作者简介：贺敬明(1970-)，女，汉族，山西文水县人，本科学历，工程师，在甘肃省靖煤集团刘化公司技术开发中心从事暖通设计。

收稿日期：2015-02-16