煤气化水处理系统低温余热的优化利用

司道朋

(中国石化齐鲁分公司第二化肥厂，山东淄博 255400)

煤气化装置回收利用的余热主要来自高温烟气的显热和生产过程中排放的可燃气，目前低温余热(即低品位余热)回收情况很不乐观[1]。相对煤、石油、天然气等高品位能源而言，低品位余热在相同单位内包含的能量很低，利用难度大，甚至用于发生低压蒸汽都很困难，因此只好用于冷却水或空冷冷掉。这不仅增加了水耗和电耗，同时也等于放弃了一个相当大的热源[2]。

某厂办公区域原采暖系统采用蒸汽加热，蒸汽量消耗量约为5 t/h。经过排查煤气化装置低品位余热，发现水处理系统有两股余热可以回收利用。一股是煤气化装置脱氧槽的乏汽,其组分以饱和低压蒸汽为主，温度为125 ℃，压力为0.15 MPa，脱氧槽乏汽可用余热约为1 231 kW/h。另一股是煤气化装置产生的高压闪蒸汽，温度为170 ℃，压力为0.80 MPa。此部分气体由于工艺原因平时采用循环水降温取走部分热量，需要循环水量约为750 t/h。高压闪蒸气可用余热约为3 500 kW/h。

这两股余热原经循环水换热器降温后去火炬焚烧处理，既浪费了低品位余热，又增加循环水消耗。

1 低温余热优化利用方案

采用热媒水介质分别与煤气化装置两股低品位余热进行换热，然后热媒水与供暖水换热，使供暖水升温带走热量送至厂区。通过换热网络流程优化，设置热媒水换热系统、供暖水换热系统以及凝液分离系统，节约了装置循环水和采暖蒸汽用量，达到了能源高效利用、节能降耗的目的[3-4]。

1.1 热媒水换热系统

采用热媒水(57 ℃)与脱氧槽的乏汽换热，经换热升温后的热媒水(61 ℃)送至热媒水罐，换热后的热媒水输送至闪蒸汽换热器进行换热，热媒水温度升至(78 ℃)。热媒水换热系统可根据需求增开闪蒸汽换热器，以提高系统温度，热媒水最高温度可达到90 ℃。

1.2 供暖水换热系统

将自供暖水补水(300 m3/h、45 ℃)送至换热器，经换热器升温后(58 ℃)输送至热煤水罐。

1.3 凝液分离系统

经换热器降温后的乏汽进入乏汽缓冲罐分离后，不凝气量较少放空处理，缓冲罐内凝液排至灰水槽。

经换热器降温后的高压闪蒸汽进入闪蒸气缓冲罐分离后，气相去变换处理单元，缓冲罐内凝液排至灰水槽。

工艺流程示意见图1。

图1 工艺流程示意图

通过热媒水作为中间换热介质的缓冲，避免换热设备发生内漏时，脱氧槽乏汽以及高压闪蒸汽内的有害物质对供暖水产生影响。同时设置电导率在线检测仪，根据电导变化可及时发现换热设备内漏，避免污染采暖水系统。

2 系统自动控制设置

乏汽缓冲罐和闪蒸汽缓冲罐设置调节阀与液位连锁，当液位在20%～60%区间时,根据液位高度调整调节阀开度；当液位高于70%时,调节阀全开并开启高液位报警；当液位低于20%时,调节阀关闭；当液位低于15%时，开启低液位报警。

热水泵出口设置调节阀与热媒水罐液位连锁调节，通过调整热水泵出口调节阀的开度，使热媒水罐液位保持在40%左右。

3 节能效果

在工艺系统设计时，充分考虑合理用能，优化换热线路，合理利用位差，减少机泵数量。本项目只新增1台45 kW机泵(1用1备)，动力消耗较少。热媒水、供暖水等介质的经济流速为1.8 m/s左右、重力流管道流速设计为0.5 m/s左右。合理确定隔热材料结构和厚度，减少设备和管道热量损失。

(1) 节约原采暖蒸汽用量

将上述两股余热用于加热热媒水，并通过热媒水给采暖水加热，以代替原有项目中蒸汽给采暖水加热，节约蒸汽折标油约为400 kg/h。

(2) 减少循环水用量

高压闪蒸汽平时采用循环水降温以取走部分热量，节约循环水折标油约为45 kg/h。

(3) 增加用电量

增加的用电设备主要为热水泵，用电量折标油约为9.9 kg/h。

通过流程优化，充分利用系统内部低品位余热，以北方采暖季120 d计算，节能折标油达1 253.09 t，具有较高的经济效益和环境效益。

4 结语

通过对煤气化水处理系统低温余热的优化利用，节约了蒸汽和循环水，提高了低温余热利用效率。项目投用后运行稳定，满足厂区的采暖需求，达到了预期目标。未来积极推进非取暖季低温余热有机朗肯循环发电(ORC)项目的建设，进一步提高低温余热利用效率，达到对这两股余热的充分利用。