废热回收在冬季采暖项目中的应用

2021-03-03虞红梅王秉钧赵会聪

纯碱工业 2021年1期

虞红梅，王秉钧，赵会聪，张杰

(唐山三友化工工程设计有限公司，河北唐山 063305)

作为化工生产企业，我公司在生产过程中产生了大量废热，仅就三效系统而言，挥氨塔出气及富余废热重灰炉气可利用低品质热能达到10 t标汽/h以上，这部分废热未能充分回收利用，造成了资源浪费。生产废热中含有大量的水蒸汽和氨气，氨气可以通过新增流程经过系列反应后进行脱氨，即回收了氨气又净化了热源。通过分析，净化后的废热完全可以作为供热热源使用。

1 改造方案的确定

1.1 改造前冬季供暖现状

原厂区采暖分为水暖及蒸汽采暖两部分，一部分用户(主要是办公区域)为水暖供暖系统，热源为热电公司低真空采暖60～70 ℃低温热水，这部分采暖需每年向热电公司支付高额的采暖费用；另一部分用户为蒸汽采暖供暖系统，主要是生产区域操作岗位及检修工作间，热源为本公司生产用低压蒸汽，这种供暖方式耗费了大量蒸汽热量。原水暖用户耗热量及采暖费用见表1。

1.2 生产废热作为采暖热源的处理

我公司在生产过程中产生了大量废热，如：三效系统挥氨塔出气、重灰炉气等，这部分的废热得不到有效地利用，同时还需要投入资本进行处理。那么，能不能将这部分生产废热作为冬季采暖的热源，改水暖为气暖呢？三效挥氨塔废热出气中含有氨气，温度达到了82 ℃的高温，完全可以通过热交换设备将热量吸收，并将氨气回收用于吸收塔制备氨盐水使用，即回收了热量又节约了成本。

表1 原水暖用户耗热统计表

图1 新增氨气冷却器

氨气冷却器是一种间壁式冷却器，也可以叫做列管式换热器。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。不洁净易结垢的液体、腐蚀性液体宜走管程。被冷却的流体宜走壳程。生产废热三效挥氨塔出气中含有氨，氨气是一种无色有刺激性气味的气体，比空气轻，密度为 0.7710 g/L，相对密度为0.5971(空气=1.00)，易被液化成无色的液体，可走壳程。在新增的氨气冷却器内，以循环水上水作为冷却剂以除去热量，循环水洁净度不高宜走管程，在氨气冷却器内，循环上水与生产废热进行非直接接触的热交换，交换过程中，氨气冷凝液经过冷凝液泵回到生产系统进行再利用，处理后的生产废热进入到热回收器，作为冬季采暖的热源。

所采用的氨冷器为水冷式氨气冷却器。水冷式氨冷器的工作原理为：82 ℃的高温废热出气由筒体上的蒸氨气入口N1进入，依顺序经各折流通道，曲折地流至蒸氨气出口N2流出。而冷却介质则采用双管程流动，即冷却介质由冷却水入口N4经分水盖进入一半冷却器管之后，再从回水盖流入另一半冷却器管进入另一侧分水盖及冷却水出口N5。冷却水在双管程流动过程中，吸收高温废热放出的热量使废热中的氨气冷却液化后经冷凝液出口N3排出。

初步回收后的生产废热与3 kg蒸汽共同作为冬季采暖热源进入下一个流程——高效热回收器。此项目中我们采用的是喷射式热回收器，在热回收器中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户使用。高效热回收器是生产废热炉气与软水通过直接接触，吸收废气中的热量。软水从高效热回收器底部进口进入回收器，到达进口顶部通过喷嘴喷溅后与废热气体直接接触后，吸收废热气体的热量。

软水由软水进口a进入，生产废热与3 kg蒸汽由废气进口c和e进入，软水经过喷嘴部件时，在其出口形成一定的低压，变成喷雾状的水汽，与风机出口来的废蒸汽c一起经混合段混合，进行接触热交换，冷水吸热变成热水同时在重力作用下，由软水出口b排出，未进行热交换的废气和热交换完成后掺杂小水珠的废气直接由废气出口d排出，如此循环，完成了整个热交换过程。

图2 高效热回收器

2 生产废热代替水暖用于冬季取暖的改造

2.1 改造后的采暖工艺流程

在三效厂房北侧区域增设废热回收采暖系统，包括冷水桶、热水桶、新增波纹管换热器、高效热回收器、冷热水加压输送泵、热水分配器以及相应电气仪表设备。更新改造采暖主管网以及区域内部采暖设备管件，将蒸汽采暖区域系统改为水暖，分支管道、暖气片、管件更换，部分原水暖区域采暖设备及管件进行更新。废热回收采暖系统以软水为采暖循环水，冷水桶内54 ℃左右的低温采暖回水经冷水泵输送至新增波纹管换热器，与三效挥氨塔82 ℃高温出气换热，初次回收热量后进入高效热回收器，与原引风机输送来的三效系统富余高温重灰废热炉气直接接触，二次回收废热炉气热量，热水温度达到67 ℃左右，回到热水桶经热水泵、热水分配器进入南北供暖管网，深冷季节如果上水温度不足，自高效热回收器混入0.3 MPa低压蒸汽向采暖系统补充热量。损失水量以软水补充，膨胀水量用于石灰化灰工序。对大量生产废热回收用于冬季采暖期供暖，不仅节约了成本又解决了生产废热问题。

图3 改造后工艺流程简图

2.2 改造后的冬季供暖系统

厂区热力管网共分五个支线，分别为：循环泵站至技术中心办公楼；循环泵站至滨海花园职工宿舍楼；循环泵站至三友塑编厂；循环泵站至成品重灰小袋包装；循环泵站至氨库值班室。滨海花园小区大学生公寓总面积22 160 m2，原为开发区供暖，靠近主厂区，因此将大学生公寓楼纳入本次采暖改造范围，本次实施冬季供暖改造面积共计6.81万m2，其中水暖面积5.44万m2，蒸汽采暖面积1.37万m2。