焦化冷卻水低品質(zhì)余熱的回收利用

劉　亮，張順賢（山鋼股份濟南分公司，山東濟南250101）

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焦化冷卻水低品質(zhì)余熱的回收利用

劉亮，張順賢
（山鋼股份濟南分公司，山東濟南250101）

摘要：通過對初冷器余熱回收利用裝置的升級改造，開發(fā)新型蒸汽、熱水兩用型制冷、采暖雙工況吸收式熱泵機組，引進橫流式冷卻塔技術(shù)，改造原中溫水回水工藝管道等措施，實現(xiàn)了輔以蒸汽為熱源回收中溫工藝冷卻水低品質(zhì)余熱來加熱采暖水的目的，擴大了采暖供熱面積，降低了系統(tǒng)蒸汽、新水消耗和藥劑投加量，單個采暖季可產(chǎn)生直接效益2 126萬元。

關(guān)鍵詞：焦化冷卻水；回收利用；低品位余熱；工藝冷卻水

1　前　言

隨著熱泵技術(shù)日趨成熟，為有效緩解日愈嚴重的能源危機和環(huán)境壓力，余熱回收和有效利用技術(shù)得到飛躍式發(fā)展，工序內(nèi)部余熱的合理回收利用及熱量耦合技術(shù)已成為各焦化企業(yè)節(jié)能降耗關(guān)鍵措施之一。考慮到回收成本，目前高、中品位余熱源利用率較高，低品位余熱源尤其60℃以下余熱源受余熱回收技術(shù)等因素的影響，回收利用率較低。2013年山鋼股份濟南分公司化工廠在初冷器余熱回收基礎(chǔ)上開發(fā)了以蒸汽型熱泵機組回收焦化工藝冷卻水余熱用于加熱采暖水的技術(shù)，通過回收利用工藝冷卻水回水余熱來加熱采暖水。

2　工藝簡介及存在問題

2.1中溫工藝冷卻水系統(tǒng)

山鋼股份濟南分公司擁有4座JN60-6型頂裝焦?fàn)t和3座JN43-804型搗鼓焦?fàn)t，年焦炭產(chǎn)量390 萬t，根據(jù)焦?fàn)t、焦?fàn)t煤氣凈化回收及煤焦油深加工生產(chǎn)工藝需要，配套3套工藝冷卻水系統(tǒng)，每套系統(tǒng)又分為中溫工藝冷卻水和低溫工藝冷卻水（包括制冷機冷卻水冷卻系統(tǒng)）兩個獨立的冷卻子系統(tǒng)。中溫工藝冷卻水主要用戶為焦?fàn)t煤氣初冷器中溫段、焦?fàn)t煤氣終冷器一段、洗苯貧油一段換熱器、剩余氨水蒸氨工段全凝器和廢水換熱器、焦油加工工段酚油、蒽油冷卻器等；3套中溫冷卻水總循環(huán)量13 150 m3/h，其回水采用開式冷卻塔降溫技術(shù)，降溫冷卻流程為：中溫水泵將中溫水池中28～32℃冷卻水外供中溫水用戶，與被冷卻介質(zhì)換熱升溫至40～50℃后再通過涼水塔進行冷卻降溫，冷卻降溫后返回中溫水池循環(huán)使用，根據(jù)中溫水池液位，不定期補充新水。工藝流程見圖1。

圖1　焦化中溫工藝冷卻水工藝流程

2.2初冷器余熱利用工藝

焦?fàn)t來78～85℃荒煤氣首先在三段式橫管初冷器上段與冷卻水換熱，換熱后冷卻水溫達70～75℃。冬季，在北方地區(qū)該熱水大多用于供暖，水溫降至65℃左右后回系統(tǒng)循環(huán)冷卻煤氣使用；夏季，初冷器上段70～75℃的循環(huán)熱水直接引入余熱制冷機作為驅(qū)動熱源，加熱溴化鋰產(chǎn)生冷劑蒸汽，機組制取16～18℃低溫水，用熱后63～68℃左右余熱水返回初冷器上段循環(huán)冷卻煤氣，生產(chǎn)的16～18℃低溫水送至初冷器下段冷卻煤氣［1］，吸收煤氣釋放的熱量后，低溫水溫度升高至23～25℃再返回機組冷卻后循環(huán)使用。工藝流程見圖2。

圖2　初冷器余熱利用工藝流程

2.3工藝系統(tǒng)存在問題分析

1）中溫冷卻水回水余熱未得到有效利用。以年產(chǎn)焦炭120萬t為例，中溫工藝冷卻水循環(huán)量在9 000 m3/h左右，系統(tǒng)總回水溫度40～50℃，系統(tǒng)回水余熱經(jīng)涼水架將熱量散失到大氣中，既造成了能源的浪費，又增加了水耗。

2）風(fēng)吹損失和蒸發(fā)損失較大。系統(tǒng)回水在通過涼水塔冷卻降溫過程中，系統(tǒng)蒸發(fā)損失和風(fēng)吹損失較大。以9 000 m3/h循環(huán)量為例，風(fēng)吹損失約31.5 m3/h，蒸發(fā)損失約62.82 m3/h。

3）外物進入嚴重。開式冷卻降溫工藝中，冷卻塔受陽光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物進入等因素影響，系統(tǒng)難免存在沉積物附著、設(shè)備腐蝕和微生物滋生等問題，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

4）隨外供取暖面積的增加，原焦?fàn)t煤氣除冷器上段換熱制取的熱水量難以滿足市場需求，每年需要消耗大量高品位能源（低壓蒸汽）加熱采暖熱水。

5）初冷器余熱利用設(shè)施僅在夏季使用，設(shè)備利用率偏低。

3　工藝優(yōu)化改進措施

3.1實現(xiàn)兩系統(tǒng)間的熱量優(yōu)化和耦合

在原初冷器上段余熱利用基礎(chǔ)上，結(jié)合周邊采暖需求情況，對原中溫工藝冷卻水冷卻工藝、初冷器上段余熱工藝利用重新進行了熱量衡算和匹配，平衡雙效熱泵機組效率及投入產(chǎn)出比，確定合理的熱水溫度、流量等參數(shù)，實現(xiàn)了原互不相關(guān)的兩個系統(tǒng)的熱量優(yōu)化和耦合，最大限度回收余熱。

3.2研發(fā)雙工況吸收式雙效熱泵機組

將超低溫驅(qū)動制冷與新興熱泵兩種新興技術(shù)同體，與能源管理有限公司合作研發(fā)了集利用初冷器73℃熱水制冷的超低溫驅(qū)動制冷機和回收40～45℃中溫回水余熱的熱泵于一體的蒸汽、熱水兩用型雙效熱泵機組：夏季，用初冷器上段采暖水驅(qū)動余熱制冷機生產(chǎn)低溫水；冬季，在原來供暖的基礎(chǔ)上，將余熱制冷機作為熱泵使用，回收中溫工藝冷卻水回水余熱用于加熱采暖水，擴大供暖面積，實現(xiàn)了初冷器余熱回收利用設(shè)施的全年運行。

3.3引進橫流式冷卻塔技術(shù)

雙效熱泵機組的冷卻水系統(tǒng)采用了先進的橫流式節(jié)水型冷卻塔技術(shù)，漂水率僅有0.001%，降低水耗，提高資源利用率。

3.4改造原中溫水回水工藝管道

在中溫水回水管道上增設(shè)三通閥和部分工藝管道。冬季，通過三通閥切換，40～50℃中溫水回水進蒸汽型熱泵機組，換熱降溫后進入中溫水池或再通過冷卻塔繼續(xù)降溫冷卻至28～32℃。

3.5增設(shè)蒸汽管路及回收管道

在原除冷器余熱利用機房，增設(shè)DN200蒸汽管路及蒸汽冷凝水回收管道。改造后，在冬季，通過切換中溫水回水管道三通閥和蒸汽管道法門，將蒸汽和中溫水回水引入蒸汽型熱泵機組，將余熱制冷機用作一類熱泵，回收40～50℃中溫水回水余熱加熱采暖水，并根據(jù)機組出水溫度，以蒸汽為輔助能源，進一步提高采暖水溫度，擴大供暖面積。工作過程為：在蒸汽型熱泵機組內(nèi)蒸汽加熱溴化鋰溶液至沸騰，產(chǎn)生溫度、壓力較高的冷劑蒸汽，與采暖循環(huán)水換熱后變?yōu)槔鋭┧膳患訜幔鋭┧柚谥袦囟斡酂崴臒崃吭诘蛪籂顟B(tài)下蒸發(fā)，蒸發(fā)后的冷劑蒸汽被溴化鋰溶液吸收，再進行循環(huán)，吸收過程中的熱量也被采暖循環(huán)水吸收，加熱至80℃以上的采暖水回外供采暖水管道。換熱降溫后的中溫水返回中溫水池或進入冷卻塔降溫后循環(huán)使用。其工藝流程如圖3所示。

圖3　工藝冷卻水低品質(zhì)余熱回收利用工藝流程

4　效益分析

4.1直接效益

1）降低蒸汽消耗。以進入蒸汽型熱泵機組中溫水回水流量9 000 m3/h為例，中溫水溫度平均由45℃降至41℃，回收中溫水余熱15.1×107kJ/h，相當(dāng)于節(jié)約蒸汽消耗57.6 t/h。若蒸汽價格120元/t、采暖季120 d計，則每個采暖季降成本約1 991萬元。

2）降低新水消耗。改造后，中溫循環(huán)水實現(xiàn)了閉路循環(huán)，降低了涼水架的蒸發(fā)損失和飄水損失。以9 000 m3/h循環(huán)量為例，降低蒸發(fā)損失和飄水損失約94.32 m3/h，新水單價5元/m3計，每采暖季降成本135.8萬元。

則每個采暖季產(chǎn)生的直接收益約2 126萬元。

4.2間接經(jīng)濟效益

改造后，中溫循環(huán)水實現(xiàn)了閉路循環(huán)，蒸發(fā)損失、飄水損失等造成的濃縮蒸發(fā)程度大為減少，此外泥沙、氧氣等物質(zhì)進入機會明顯降低，由于濁度、電導(dǎo)率等指標(biāo)超標(biāo)強行排污次數(shù)降低，減少了系統(tǒng)藥劑損失，降低了藥劑投加費用和排污水收費。

5　結(jié)語

項目改造于2013年10月竣工投運，設(shè)備安全運行，增加供熱能力，降低了涼水塔冷卻過程的蒸發(fā)和飄水損失，實現(xiàn)全年蒸汽、熱水兩用型制冷、采暖雙工況連續(xù)運行模式，同時降低系統(tǒng)蒸汽消耗、新水消耗和藥劑投加量，減排廢水、CO2和SO2，每個采暖季產(chǎn)生的直接效益約2 126.8萬元。該技術(shù)是焦化行業(yè)低碳綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的新技術(shù)，已獲國家發(fā)明專利授權(quán)（專利號為ZL201210454910.8）。

參考文獻：

［1］楊勇，張丕祥，張瓊芳.除冷器循環(huán)水余熱的回收利用［J］.冶金動力，2014（2）：15-16.

Practice of Recycling and Utilization of Low Quality Waste Heat of Cooling Water in Coking Process

LIU Liang, ZHANG Shunxian
（Jinan Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Jinan 250101, China）

Abstrraacctt:: TImprovement of the recovery and utilization of waste heat in the primary cooler was taken. The new type of steam, hot water dual-use refrigeration and the heating double working conditions of absorption type heat pump unit were developed. The cross flow cooling tower technology, transformation of the original water and water back pipe and other measures were introduced. The purpose of the water temperature process cooling water with low quality of heat and water for heating were realized. So the heating area was expanded, the steam, the new water consumption and dosage of the medicine can be reduced. The single heating season can produce direct benefits 21 260 000 Yuan.

Key worrddss:: recycling; low grade waste heat; process cooling water

作者簡介：劉亮，男，1978年生，2004年畢業(yè)于重慶大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)。現(xiàn)為山鋼股份濟南分公司化工廠化工研究所工程師，從事焦?fàn)t煤氣凈化與回收技術(shù)管理工作。

收稿日期：2015-02-13

中圖分類號：X784

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-4620（2015）06-0053-03