煤化工裝置蒸汽伴熱改造分析

摘 要：從技術、經濟等方面，對煤化工裝置蒸汽伴熱改造進行計算、比較，結果表明，蒸汽改熱水伴熱是合理的改造方式，可以大幅度降低能耗，提高能量利用率。

關鍵詞：蒸汽伴熱；熱水伴熱；電伴熱；經濟效益

1 伴熱方式的選擇

1.1 蒸汽伴熱的特點

在蒸汽伴熱系統中，伴熱在主管道保溫之前固定于主管上，將低壓蒸汽運入伴管。蒸汽伴熱系統通常由現有裝置主蒸汽系統供給蒸汽，它包括：蒸汽供給管道、蒸汽伴熱管道、蒸汽疏水器到冷凝液系統的返回管道組成。蒸汽伴熱系統為管道提供了大量的熱，其可靠性和安全性都比較高，但蒸汽伴熱系統消耗的總能量是伴熱管在所需溫度實際能量的幾倍甚至十幾倍。同時蒸汽疏水器、蒸汽泄漏以及供給及返回系統都浪費了大量的能量。

1.2 熱水伴熱的特點

熱水伴熱系統與蒸汽伴熱系統基本相似，低溫熱水伴熱雖然也是傳統的伴熱形式，但其溫位較低，熱量可以從其他裝置中大量的工藝余熱中獲得，而且伴熱后的回水可以重復利用。

1.3 電伴熱的特點

自調控伴熱線的特點是它控制的溫度精確。電伴熱技術應用在輸送線路復雜、管線溫控要求精確、輸送距離長的管路保溫上，有性能優越、質量可靠和使用壽命長（通常為20年）的明顯優勢。但一次性投資較高。

2 蒸汽伴熱、熱水伴熱和電伴熱消耗的計算

2.1 伴熱蒸汽消耗量的校核

由于金屬管壁引起的熱阻與保溫層的相比一般較小，可以忽略不計，因此管內外壁溫度可視為相同。據此，計算公式大為簡化。散熱損失可根據下式計算：

蒸汽用量可以根據下式計算：

式中：f-蒸汽用量，t/h

Hυ-飽和蒸汽的焓降，kJ/kg

θ-熱損失附加系數

假設被伴熱管平均直徑為200mm，管內介質的溫度為100℃，保溫層厚度為50mm，保溫材料以石棉纖維為主，計算結果見表1。考慮到管線保溫效果、疏水器泄漏、雨雪天氣、風速等因素的影響，散熱損失會大于表1中理論計算所得的值，單位長度伴熱管的蒸汽消耗量也應大于按照相對理想的狀況下計算得蒸汽消耗量。為此，取蒸汽的消耗量為理論計算得的蒸汽消耗量的1.5倍，不同環境溫度下需要的蒸汽量即為表1最后一列的數據。

2.2 伴熱熱水消耗量的計算

根據蒸汽伴熱時的散熱損失即可由下式核算出

熱水的消耗量：

式中：F-熱水的質量流量，kg/h；Q-蒸汽伴熱時的散熱損失，W/m；Cp-水的比熱，kJ/kg·℃；ΔT-熱水伴熱過程的溫降，℃。

在對各裝置的計算中，將用上述方法計算各個伴熱管的熱水消耗量。計算表1中各管的熱水消耗量，核算中伴熱熱水的溫度為90℃，回水溫度為70℃，伴熱管直徑為15mm管線，不同環境溫度對應的伴熱水量見表2。

按照熱水在伴管中的合理流速范圍0.5m/s～3.0m/s，即使按照環境溫度-15℃時，熱水流速仍然處于合理范圍的下限。

2.3 電伴熱能耗的計算

參考國內采用電伴熱的經驗數據，通過伴熱溫度自動精確控制系統，平均熱損量減少60%。電耗量可采用如下公式計算：如下表

3 投資收益評價

3.1 投資費用評價

由于裝置原伴熱為蒸汽伴熱，伴管可以利舊，節省投資費用。投資估算如下：

可以看出熱水伴熱比電伴熱投資費用低130萬元。

3.2 操作費用評價

利用煤氣化裝置原先由冷卻公用工程帶走的工藝低溫余熱向伴管提供熱量，減少冷公用工程的消耗量同時可以大幅節約能耗費用。

可以看出熱水伴熱比電伴熱操作費用低121萬元。

3.3 年綜合收益評價

3.3.1 伴熱低壓蒸汽消耗下降5噸/小時，裝置防凍時間按照4個月計算，按照低壓蒸汽價格185元/噸，一年節省蒸汽費用266萬元。

3.3.2 電能消耗：熱水泵按照45KW計算，按照電價0.607元/kwh，每年電費7.9萬元。

3.3.3 節省循環水160t/h，按照循環水0.35元/噸，全年折成本16.1萬元。

3.3.4 檢修維修費用，保守估計節省5萬元/年。

3.3.5 年綜合節約生產成本為280萬元。

4 結束語

根據以上對蒸汽伴熱、電伴熱、水伴熱的比較和蒸汽改水伴熱的計算和經濟性分析，可以得到以下結論：

（1）蒸汽伴熱改水伴熱是最合理的改造方向。

（2）該項改造總投資246萬元，每年節約生產成本280萬元，投資回收周期不足一年，經濟效益明顯。

參考文獻

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