基于工艺凝结水的余热回收系统设计及研究

薛晨

宁夏工业设计院有限责任公司 宁夏 银川 750001

1 余热的产生

某化工厂各生产装置在运行过程中，需要消耗大量的蒸汽，和原料作用生产出相关物料，而蒸汽最终变成了凝结水。化工装置按照工艺流程在运行过程中需要一定量的蒸汽，具体为：煤气化装置、煤气净化装置、新戊二醇装置、甲醛装置、空分装置、三羟一期装置、三羟回收装置、正异丁醛装置、包装车间。各界区内蒸汽流量已知且保持不变，蒸汽参数分为2.0MPa和1.0MPa两种饱和蒸汽，从厂区外热源厂通过架空管道进入厂区，再通过管廊输送至每个生产装置，最终产生的凝结水参数为0.4MPa，95℃。

各装置生产过程中需要消耗蒸汽、水、气体、化工原料等，最终产生凝结水、化工产品或中间产物及可能剩余的蒸汽，其中对凝结水作收集后汇入凝结水管网中，此部分凝结水最后进入95℃热水回收罐中。

整个过程中产生凝结水不仅流量大，温度也属于高温热水的范畴。凝结水作为各装置的生产废料，直接排放会造成能源的大量浪费，不符合当前情况下业主对运行成本的要求，而这正为回收再利用提供了可能。通过统计整个运行过程中蒸汽和凝结水的量，考虑其中的损耗，证明前后物料的质量是守恒的[1]。

表1 各生产装置蒸汽（2.0MPa）消耗量统计表 单位：t/h

表2 各生产装置蒸汽（1.0MPa）消耗量统计表 单位：t/h

表3 各生产装置凝结水收集量统计表 单位：t/h

2 余热的回收

在整个装置区生产运行过程中，进入95℃热水回收罐的热源主要包括以下三部分：第一部分为煤气净化装置及三羟一期的循环热水，由65℃热水罐中的65℃热水通过煤气净化装置及三羟一期换热后分别升温到95℃及85℃进入95℃热水回收罐混合，这部分循环水属于余热的范畴；第二部分为压力0.4MPa温度约95℃的凝结水管网中的凝结水128.1t/h，此部分是余热的主要来源，属于生产中的废热，回收价值很大；第三部分为生产过程中装置区内剩余的0.2MPa补热蒸汽5.25t/h，直接注入95℃热水回收罐中，这部分是厂区蒸汽，不属于余热，可起到加热凝结水的作用。此三部分热源进热水回收罐后一部分作为装置使用，剩余部分作为工艺制冷及厂区夏季供冷冬季供暖使用。

无论工艺制冷还是厂区夏季供冷冬季供暖均需要使凝结水降温到约65℃，降温后的65℃凝结水进入65℃热水罐，少部分作为装置使用，大部分通过装置循环加热后回到95℃热水回收罐，其中新戊二醇装置作为调节降温用。所有产生的凝结水128.1t/h通过余压回水至95℃热水回收罐中，在水罐中充分混合后水温维持在95℃。工艺凝结水依靠余压直接进入热水回收罐进入充分混合而不需要进入闪蒸罐内扩容闪蒸形成闪发蒸汽，保证最大量的凝结水得到回收。

3 余热的利用

3.1 引入二段热水型溴化锂吸收式制冷机

本文中引入二段热水型溴化锂吸收式制冷机，热力系数可达到0.8。这种机型包含了二个发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和一个溶液热交换器，该系统制冷机在循环过程中还需要连接该系统的管路、泵、阀门。热水系统通过管路将二个发生器串联起来，冷水系统通过管路将二个蒸发器串联起来，冷却水系统并联同时进入冷凝器和吸收器，冷凝器内部通过管路将二个冷凝器串联起来，吸收器内部通过管路将二个吸收器串联起来，冷却水经过所有部件后最终完成整个循环。二段式热水型溴化锂吸收式制冷机把驱动热源和吸热热源分开，将发生器、冷凝器整体设置在同一腔体内，蒸发器、吸收器整体设置在同一腔体内。为能实现热水的充分利用，热水、冷水、冷却水在二个独立的包含制冷剂及吸收液的工作循环系统中因串联关系分段以次降温、升温，从而使热水得到最大程度的换热，热水温度降得更低[2]。

图1 二段串联型第一类吸收式热泵循环示意图

3.2 余热利用的设计及研究

95℃热水回收罐中的部分95℃凝结水作为驱动热源在溴化锂吸收式制冷机内工作进行工艺和夏季供冷，并且同时要利用厂区的冷却循环水系统，该系统原本用来作为冷却工艺设备的循环水，从中抽出一部分并入余热回收系统后正好实现了降温再循环，95℃凝结水作为热源，释放余热后所得65℃热水进入65℃热水罐，与此同时溴化锂吸收式制冷机制取冷水温度7/12℃，循环冷却水温度32/40℃。整个过程中产生的7℃冷冻水进入通过循环水泵进入到工艺供冷车间及需要空调水的综合楼等单体中。

95℃热水回收罐中的部分95℃凝结水作为换热站一次侧热水，在换热器内换热后产生85℃及60℃二次侧热水作为厂房及综合楼散热器供暖系统和风机盘管系统的热源，而凝结水换热后所产生的65℃凝结水回到65℃热水罐，达到循环往复的目的。整个过程中换热器后85℃及60℃二次侧热水设置循环水泵进入到供热车间及需要低温水用于风机盘管供暖的综合楼等单体中。循环水系统与凝结水系统之间设置一台后置冷却器通过换热维持温度恒定。95℃热水回收罐中的剩余部分凝结水作为工艺装置生产物料得到完全消耗。

本文中选取2台热水二段型溴化锂吸收式冷水机组，同时设置有定压补水装置、冷水泵、热水泵、工艺泵、板式换热器和室外凝结水罐等设备。热水二段型溴化锂吸收式冷水机组凝结水入口设置电动三通阀，冷冻水入口设置电动二通阀，通过改变凝结水的流量维持冷冻水温度恒定；板式换热器凝结水入口电动三通阀，冷冻水入口设置温度测量变送装置，通过改变凝结水流量维持热水温度恒定[3]。

4 余热的计算

4.1 流量计算

表4 余热回收利用计算一览表

4.2 热量计算

溴化锂吸收式制冷机凝结水释放热量：

换热站凝结水释放热量：

溴化锂吸收式制冷机制取冷量：

换热站供暖热水吸收的热量：

整个余热回收系统吸收的热量：

整个余热回收系统释放的热量：

余热回收热效率[4]：

5 结束语

对于广泛利用蒸汽作为生产物料的化工厂而言，采用凝结水和工艺热水余热回收不仅避免了进入冷却塔直接排入大气而造成能源的大量浪费，而且其释放的热量通过溴化锂吸收式制冷机可作为工艺和空调冷源，通过板式换热器可作为供暖热源，具有节能和环保的双重效益。