煤氣化水處理系統低溫余熱的優化利用

司道朋

(中國石化齊魯分公司第二化肥廠，山東淄博 255400)

煤氣化裝置回收利用的余熱主要來自高溫煙氣的顯熱和生產過程中排放的可燃氣，目前低溫余熱(即低品位余熱)回收情況很不樂觀[1]。相對煤、石油、天然氣等高品位能源而言，低品位余熱在相同單位內包含的能量很低，利用難度大，甚至用于發生低壓蒸汽都很困難，因此只好用于冷卻水或空冷冷掉。這不僅增加了水耗和電耗，同時也等于放棄了一個相當大的熱源[2]。

某廠辦公區域原采暖系統采用蒸汽加熱，蒸汽量消耗量約為5 t/h。經過排查煤氣化裝置低品位余熱，發現水處理系統有兩股余熱可以回收利用。一股是煤氣化裝置脫氧槽的乏汽,其組分以飽和低壓蒸汽為主，溫度為125 ℃，壓力為0.15 MPa，脫氧槽乏汽可用余熱約為1 231 kW/h。另一股是煤氣化裝置產生的高壓閃蒸汽，溫度為170 ℃，壓力為0.80 MPa。此部分氣體由于工藝原因平時采用循環水降溫取走部分熱量，需要循環水量約為750 t/h。高壓閃蒸氣可用余熱約為3 500 kW/h。

這兩股余熱原經循環水換熱器降溫后去火炬焚燒處理，既浪費了低品位余熱，又增加循環水消耗。

1 低溫余熱優化利用方案

采用熱媒水介質分別與煤氣化裝置兩股低品位余熱進行換熱，然后熱媒水與供暖水換熱，使供暖水升溫帶走熱量送至廠區。通過換熱網絡流程優化，設置熱媒水換熱系統、供暖水換熱系統以及凝液分離系統，節約了裝置循環水和采暖蒸汽用量，達到了能源高效利用、節能降耗的目的[3-4]。

1.1 熱媒水換熱系統

采用熱媒水(57 ℃)與脫氧槽的乏汽換熱，經換熱升溫后的熱媒水(61 ℃)送至熱媒水罐，換熱后的熱媒水輸送至閃蒸汽換熱器進行換熱，熱媒水溫度升至(78 ℃)。熱媒水換熱系統可根據需求增開閃蒸汽換熱器，以提高系統溫度，熱媒水最高溫度可達到90 ℃。

1.2 供暖水換熱系統

將自供暖水補水(300 m3/h、45 ℃)送至換熱器，經換熱器升溫后(58 ℃)輸送至熱煤水罐。

1.3 凝液分離系統

經換熱器降溫后的乏汽進入乏汽緩沖罐分離后，不凝氣量較少放空處理，緩沖罐內凝液排至灰水槽。

經換熱器降溫后的高壓閃蒸汽進入閃蒸氣緩沖罐分離后，氣相去變換處理單元，緩沖罐內凝液排至灰水槽。

工藝流程示意見圖1。

圖1 工藝流程示意圖

通過熱媒水作為中間換熱介質的緩沖，避免換熱設備發生內漏時，脫氧槽乏汽以及高壓閃蒸汽內的有害物質對供暖水產生影響。同時設置電導率在線檢測儀，根據電導變化可及時發現換熱設備內漏，避免污染采暖水系統。

2 系統自動控制設置

乏汽緩沖罐和閃蒸汽緩沖罐設置調節閥與液位連鎖，當液位在20%～60%區間時,根據液位高度調整調節閥開度；當液位高于70%時,調節閥全開并開啟高液位報警；當液位低于20%時,調節閥關閉；當液位低于15%時，開啟低液位報警。

熱水泵出口設置調節閥與熱媒水罐液位連鎖調節，通過調整熱水泵出口調節閥的開度，使熱媒水罐液位保持在40%左右。

3 節能效果

在工藝系統設計時，充分考慮合理用能，優化換熱線路，合理利用位差，減少機泵數量。本項目只新增1臺45 kW機泵(1用1備)，動力消耗較少。熱媒水、供暖水等介質的經濟流速為1.8 m/s左右、重力流管道流速設計為0.5 m/s左右。合理確定隔熱材料結構和厚度，減少設備和管道熱量損失。

(1) 節約原采暖蒸汽用量

將上述兩股余熱用于加熱熱媒水，并通過熱媒水給采暖水加熱，以代替原有項目中蒸汽給采暖水加熱，節約蒸汽折標油約為400 kg/h。

(2) 減少循環水用量

高壓閃蒸汽平時采用循環水降溫以取走部分熱量，節約循環水折標油約為45 kg/h。

(3) 增加用電量

增加的用電設備主要為熱水泵，用電量折標油約為9.9 kg/h。

通過流程優化，充分利用系統內部低品位余熱，以北方采暖季120 d計算，節能折標油達1 253.09 t，具有較高的經濟效益和環境效益。

4 結語

通過對煤氣化水處理系統低溫余熱的優化利用，節約了蒸汽和循環水，提高了低溫余熱利用效率。項目投用后運行穩定，滿足廠區的采暖需求，達到了預期目標。未來積極推進非取暖季低溫余熱有機朗肯循環發電(ORC)項目的建設，進一步提高低溫余熱利用效率，達到對這兩股余熱的充分利用。