石油化工企业余热在供暖系统的应用

刘金武，简廷强

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026）

某石化公司化肥业务区两套化肥装置，分别是20世纪70 年代和90 年代从国外引进的生产装置，随着几十年运行和发展，依托原公用工程新建的小生产装置不断增加，使得装置在冬季用汽高峰时期，低压蒸汽缺口在90 t/h 左右，不得不采取降低生产负荷来保证生产的稳定运行。为了缓解冬季蒸汽紧张的局面，公司利用以吸收式热泵技术为核心的吸收式换热机组，回收化肥装置工业余热用于厂内及家属区的冬季采暖，从而降低采暖蒸汽用量。

1 余热资源分布

经过对公司化肥一、二厂装置内余热资源充分调研和论证，确定了可以回收用于冬季厂区和家属区采暖的余热资源，其品位分布（见表1、表2）。

2 采暖系统简介

公司化肥业务区冬季采暖分为厂内采暖和家属区居民采暖。厂内采暖分为2 个部分：一化肥供热站和二化肥供热站；其中一化肥供热站除负责一化肥装置区和控制室等构筑物的采暖外，还承担公司总部大楼等办公区域的采暖；共有2 个直供的供热站，2 个供热站的供热管网已联网。二化肥供热站负责二化肥装置区和控制室等构筑物的采暖，采用直供方式，因其规模较小，和家属区采暖供热首站布置在一起。家属区供热首站负责家属区居民采暖，采用间供方式，供热负荷（见表3）。

表1 化肥一厂余热资源列表

表2 化肥二厂余热资源列表

表3 厂区、家属区供热负荷一览表

3 吸收式换热机组

近几年，随着热泵技术的日趋成熟与发展，各种热泵供热技术在我国得到了普遍的推广应用[1]。热泵是一种利用高位能（电、蒸汽等）使热量从低位热源流向高位热源的装置。热泵所供给的热量是消耗的高位能与吸取的低位热量的总和，因此采用热泵装置可以充分利用低品位能量而节约高位能量[2]。

清华大学在常规吸收式热泵技术基础上，提出基于吸收式循环的新型集中供热专利技术，巧妙地解决了化工余热大量回收和热网输配能力两个制约化工企业供热发展的瓶颈。通过在用户换热站设置吸收式换热机组，实现供热管网的大温差运行，回水温度降至30 ℃左右，回到化工厂区后可以高效地回收化工装置的废热，整个供热系统全采暖季运行节能率提高到60 %以上。同时现有管网系统的输配能力提高一倍以上，使得大量化工厂区余热能通过现有管网输送到热用户，从而节能潜力翻番。

常规换热技术中采用的普通换热器与吸收式换热机组的换热效果对比示意图（见图1）。

图1 板式换热器、吸收式换热机组换热效果对比示意图

从图1 可知，在用户热力站内设置的吸收式换热机组，在二次侧供、回水温差及一次侧供水温度不变的情况下，一次侧回水温度由原来的70 ℃左右大幅度降低至30 ℃左右，即吸收式换热机组最大的优点就是较大幅度地增大了集中供热系统一次侧热水的供、回水温差，大幅度降低热网回水温度，甚至显著低于二次侧进水温度，从而可以大大减少一次网管路系统的初投资和循环泵运行电耗，同时为回收利用化工厂内循环水废热创造条件，提高系统综合能源利用效率，降低供热成本[3]。

4 余热回收系统工艺流程

4.1 化肥一厂流程图

化肥一厂尿素及合成氨装置的高温凝液余热用于冬季厂区所有办公楼及生产车间等建筑物的采暖，原则工艺流程图（见图2）。

在厂区新建的供热末站安装一台吸收式换热机组，利用厂内供应来的120 ℃一次网热水驱动吸收式换热机组工作，供应厂区内所有办公楼和生产车间等建筑物的采暖，同时将一次网回水温度降低至35 ℃送回厂内，35 ℃的低温回水分成若干股进入各凝液换热器换热后汇集至尖峰加热器，利用蒸汽将温度提升至120 ℃送出，为了保证生产装置运行的稳定安全，在一次网回水总管上加装了一个热网水调峰冷却换热器，以保证当供热末站出现事故的时候，进入装置区各换热器的热网水温度保持在35 ℃。

4.2 化肥二厂流程图

化肥二厂余热回收利用工艺流程与化肥一厂内余热利用工艺流程相同，但由于场地条件限制，未在热网回水管路上安装调峰冷却换热器。化肥二厂凝液余热用于家属区采暖方案原则工艺流程图（见图3）。

图2 化肥一厂凝液余热用于厂内采暖工艺流程图

图3 化肥二厂凝液余热用于家属区采暖工艺流程图

在家属区新建的供热末站安装一台吸收式换热机组，利用厂内供应来的120 ℃一次网热水驱动吸收式换热机组工作，供应家属区内居民及办公建筑物的采暖，同时将一次网回水温度降低至35 ℃送回厂内，35 ℃的低温回水分成若干股进入各凝液换热器换后汇集至尖峰加热器，利用蒸汽将温度提升至120 ℃送出。

5 运行效益分析

余热回收系统包括两套吸收式换热机组和两套化肥装置相配套的管线及换热设备，整个投资费用为3 500 万元，投资回收期为2.5 年。吸收式换热机组从2013 年10 月投入运行，由于实际运行工况的复杂性，出现蒸汽+板换；蒸汽+机组；蒸汽+余热+机组运行工况，并且中途还存在如装置停车切换、装置因客观因素无法投运、中途检修等问题，因此在计算节能量时按实际运行工况分段和未投用换热机组的2012-2013 采暖季进行对比统计分析。

5.1 节能效益计算标准

以2012-2013 未投用吸收式换热机组的采暖季作为基准值，0.5 MPa 蒸汽单价为100 元/吨。

项目节能收益＝蒸汽单价×节约蒸汽量

5.2 项目实施前厂区、家属区运行情况和数据统计

5.2.1 项目实施前厂区运行情况和数据统计 项目实施前，2012-2013 采暖季为原系统运行，由1#热水站、2#热水站、3#热水站构成，均采用汽水换热器，利用蒸汽进行供热，系统运行模式为蒸汽+板换。厂区原采暖系统2012-2013 采暖季的实际运行情况和数据统计（见表4）。

表4 厂区原采暖系统2012-2013 采暖季运行数据

表5 家属区原采暖系统2012-2013 采暖季运行数据

5.2.2 项目实施前家属区运行情况和数据统计 项目实施前，2012-2013 采暖季为原系统运行，由家属区一级加热站构成，利用蒸汽进行供热，系统运行模式为蒸汽+板换。家属区原采暖系统2012-2013 采暖季的实际运行情况和数据统计（见表5）。

5.3 项目实施后2013-2014 采暖季厂区、家属区运行情况和数据统计

5.3.1 项目实施后2013-2014 采暖季厂区运行情况和数据统计 项目实施后，2013-2014 采暖季为新系统运行，厂区现采暖系统由新建的厂区一级加热站构成，利用化肥一厂余热和蒸汽进行供热，遇到检修等情况切换回原系统运行。厂区新采暖系统2013-2014 采暖季的实际运行情况和数据统计（见表6）。

5.3.2 项目实施后2013-2014 采暖季家属区运行情况和数据统计 项目实施后，2013-2014 采暖季为新系统运行，家属区现采暖系统由改造后的家属区一级加热站构成，利用化肥二厂余热和蒸汽进行供热，遇到检修等情况切换回原系统运行。家属区新采暖系统2013-2014 采暖季的实际运行情况和数据统计（见表7）。

5.4 厂区和家属区总体节能效益

综合上述厂区以及家属区项目实施前后节能量统计数据，则2013-2014 采暖季比2012-2013 未投用吸收式换热机组的采暖季总体节能效益（见表8）。

表6 厂区采暖系统2013-2014 采暖季运行数据

表7 家属区采暖系统2013-2014 采暖季运行数据

表8 2013-2014 比2012-2013 采暖季总体节能量

6 存在问题及解决措施

由于在原有暖汽系统进行改造，同时装置运行年数较长，现场施工空间和部分工艺参数没有计量仪表，造成实际运行过程和设计有些偏差。具体如下：

（1）原设计中尖峰加热器使用低压饱和蒸汽，但由于蒸汽管网经常会波动，使得低压过热蒸汽进入，造成尖峰加热器的板式换热器胶垫变形泄漏，不得不切回老系统后进行检修。后来改造成新型汽水混合器后，彻底解决这一问题。

（2）化肥一厂装置几股冷凝液原设计15.6 t/h，但实际运行过程中有25 t/h，造成配套的闪蒸罐和冷凝液泵不能满足要求，需要重新进行改造。

（3）现场旧暖汽系统管线标识存在部分不全和脱落，在新旧管线施工碰头过程中由于监督确认不到位，造成给水和回水管线接反，后来经过检查进行了整改。

7 结论

通过对公司两套化肥装置生产过程中产生的余热资源进行梳理，找出可回收的单元，利用清华大学基于吸收式循环的新型集中供热专利技术，制备热水用于厂区和生活区的供暖，减少了用于供暖加热的蒸汽用量，缓解了化肥装置冬季蒸汽紧张的局面，保证了装置高负荷地稳定运行，从而降低生产运行成本，产生了很好的经济效益。

［1］ 陈东，谢继红.热泵技术及其应用［M］. 北京：化学工业出版社，2006.

［2］ 张旭.热泵技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［3］ 董瑞芬.低温热源驱动溴化锂第二类吸收式热泵的实验研究［D］.天津大学，2007.