余热供热系统改造实例及分析

梁岭

摘要：化工厂潜在的大量的可利用能源现状，余热利用一直都在不断地更新过程中，余热利用是提高经济性、能源节约的一条重要途径，并且使其对环境的危害降到最低。新时期，人类社会进入节能改造新时代，在能源危机面前，各行各业都在加大节能改造的力度。本文从某化工厂余热设备现状、改造的必要性、利用热能分析、改造方案及结果等方面进行分析总结。

关键词：余热利用; 供热系统; 改造方案; 问题分析;

前言：

引用“中国能源消耗总量巨大，增量持续强劲，2013年中国能源消耗总量36.7亿tce，位居世界第一位。钢铁、化工、建材、电力、石化、有色金属6个高耗能行业占总能耗50%左右”。

积极响应天津市《打赢蓝天保卫战三年行动计划》要求，某化工厂深挖余热供热系统潜力，达到向本地区企业增加蒸汽供应量27.3T/h，从而关停本地区企业30T煤锅炉案例。改造主要包括生产工艺余热利用、现有余热锅炉烟气余热利用两个工艺段主要部分。

1 余热系统现状

1.1工艺段一：某化工厂有两条化工生产线，在化工生产过程中，单条生产线会产生大量混有粉状的高温烟气（约600℃，烟气量55000Nm?/h），有较高的余热，而在进入下一工序前，又需要降温至250℃左右，目前该化工厂采用的降温措施是喷入大量急冷水降温，这样就会导致大量余热的白白消耗和水资源的浪费。

1.2工艺段二：某化工厂余热系统目前配备了一台75T/h燃烧尾气锅炉，锅炉排放烟气温度达230℃。

2 供热改造的必要性

2.1工艺段一：为了降低生产工艺中烟气温度，采用烟气喷水降温方式一是浪费水资源，没有有效利用烟气热量，同时喷水后烟气因含有大量水蒸气对后段工艺产生不利影响。充分利用600℃烟气热量，能产生一定的蒸汽，提高能源利用率，实现对周边企业供应蒸汽。余热利用减少了周边企业燃煤小锅炉，实现环境优越。该工程实施后，单条生产线增加蒸汽量10.3T/h。可改造生产线共两条，即可增加蒸汽量累计20.6T/h

2.2 工艺段二：锅炉排放烟气温度达到230℃，大量热量浪费，导致锅炉效率较低，有较大节能空间。改造后一可以提高锅炉热效率至93.2%，能增加6.7T/h蒸汽供应量，同时可大大改善环境。减少周边企业燃煤小锅炉。

3 热负荷分析

根据热负荷分布的具体情况，考虑规划区域内工业及相关产业的规划，全力消除供热盲区，并避免重复建设，减少投资。根据对该地区历史蒸汽负荷数据，该地区蒸汽热负荷缺口夏季达到50T/h，冬季达到105T/h，项目建成后即可实现蒸汽全部对外销售。而且该地区未来五年规划蒸汽热负荷缺口最大会达到130 t/h，此次改造增加供汽能力累计27.3T/h。

4 供热改造方案

4.1 工艺段一改造方案

工艺段一，改造方案为增加一台10.3T/h蒸汽锅炉代替喷水降温方式，由于此工艺段烟气含有6500kg/h的颗粒，容易造成换热管堵塞等问题，锅炉选型存在较大困难

锅炉采用立式锅炉，锅炉采用单汽包型式，设计烟气侧在换热管外部，锅炉水在换热管内侧型式，同时设计锅炉换热管烟气侧流速71m/s，换热管采用大管径措施，同时蒸汽锅炉设计成两段式，分为高温段和中温段，两段式很好的缓解了换热器堵塞和热膨胀问题，通过以上主要措施确保混合颗粒的烟气在锅炉烟气侧不发生堵塞现象。

4.2 工艺段二改造

工艺段二，改造方案为增加一台6.8T/h蒸汽换热器。

因生产工艺中烟气含水份较高在35%～40%水平，烟气中存在较多硫化物，烟气的露点温度在140℃，新增的换热器冷源温度一旦低于140℃，就会发生露点腐蚀，换热器难以安全稳定运行。

因此换热器设计成为相变换热器，即设计换热器冷源温度为145℃，从而最大限度减少了换热器的露点腐蚀现象。

同时换热器材质选择上使用耐腐蚀性能较好的ND钢材，也兼顾了此改造的工程成本与设备性能的平衡。

4.3 供热方案

工艺段一、二产生的蒸汽压力与温度均在设计上匹配周边蒸汽用户的需求，不需再次配备减温减压器，同时也避免蒸汽温度及压力超限的安全风险，产生的蒸汽通过自动调节阀直接与工厂现有的蒸汽母管连接，工厂蒸汽母管连接至厂外市政蒸汽管网。

考虑蒸汽管网设计一般的超前性，蒸汽管网能力按照70T/h设计。

4.4公用补给水系统改造

该化工厂除盐水设计出力为2×75 t/h，现在设备正常运行制水能力为140 t/h。正常补水量为130.5 t/h。

综上所述，除盐水制水能力为余量只有9.5T/h，同时考虑工艺波动及异常等情况，实际除盐水能力余量已经很少，因此本次改造同时增加工厂除盐水能力，同时考虑未来五年蒸汽会进一步增加计划，本次除盐水改造拟增加60T/h

4.5 热工控制

本工程改造系统的控制分别纳入余热电站的DCS。在集中控制室内，通过DCS操作员站完成对本期改造装置的监视与控制。

本期改造工程所涉及到的有关热工自动化设备拟按“以现有设备为基础”的原则设置。

（1） DCS控制：就地增加2套DCS远程控制柜，通过BRC410主控制器和主机DCS通讯，实现单元机组控制，DCS机柜内新增IO卡件，根据实际需要增加，并留有一定数量备件。IO卡件选型与DCS机柜内现有卡件一致。

（2）电源机柜：考虑在原电源柜内改造，并增加相应电气元件。

4.5 结构部分

本工程供热改造各供热管道支架采用钢筋混凝土现浇结构，参考厂区原有地质资料，基础采用柱下独立基础。由工艺管道直接跨越厂区道路及各种小型建筑物，尽量不设大跨度桁架，必要时设钢梁跨路。

5 改造问题分析

本次改造增加的装置与生产线整合一体，新增装置出现故障的情况也同时影响了生产线的稳定运行。

新增的10.3T/h立式锅炉换热管嵌入生产线工艺段，因其换热管的入口烟气温度较高，膨胀问题是影响安全可靠运行的一项重要因素，需要后续运行及维修中重点关注和检查。

6 结论

6.1本供热改造后，工业供汽对外供热能力增加了27.3t/h，减少周边企业30T/h燃煤小锅炉，很好的满足该区域社会、经济日益发展对热源的需求，能很好的服务当地社会经济发展，在未增加排放的基础上实现了能源利用最大化，社會效益和经济效益都有提升。

6.2本供热改造方案投资小，控制方便，供热可靠性高。

参考文献

[1]朱继明，兰文龙，刘健平  工业低品位余热应用于城市集中供热技术途径与潜力研究.1003-2355-2014 09-0013-04