賀敬明

(甘肅省劉化集團(tuán)公司，甘肅 永靖縣　731603)

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生產(chǎn)裝置余熱在采暖中的應(yīng)用

賀敬明

(甘肅省劉化集團(tuán)公司，甘肅 永靖縣731603)

摘要：隨著企業(yè)的不斷發(fā)展壯大，生產(chǎn)系統(tǒng)及采暖供熱規(guī)模隨之?dāng)U大，供熱能耗不斷增加，集團(tuán)公司通過(guò)增加換熱器及回收裝置改造，在保證生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行的情況下，最大限度的回收生產(chǎn)裝置余熱，將生產(chǎn)裝置低品位富余熱量回收用于采暖系統(tǒng)，作為公司冬季采暖供熱熱源。實(shí)踐證明，改造后運(yùn)行穩(wěn)定可靠，既解決了能源浪費(fèi)、熱污染的問(wèn)題，又降低了供熱能耗和循環(huán)冷卻水負(fù)荷水，同時(shí)根據(jù)氣溫情況可延長(zhǎng)供暖期，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：余熱；采暖；改造；效益

甘肅劉化集團(tuán)有限責(zé)任公司1966年破土動(dòng)工，1971年投產(chǎn)，經(jīng)多次改造、擴(kuò)建，現(xiàn)已發(fā)展為年產(chǎn)尿素70萬(wàn)t、甲醇10萬(wàn)t，兼生產(chǎn)催化劑、復(fù)合肥、液體二氧化碳、氧氣等產(chǎn)品的大型綜合化工企業(yè)集團(tuán)。隨著企業(yè)的不斷發(fā)展壯大，生產(chǎn)系統(tǒng)及采暖供熱規(guī)模迅速擴(kuò)大，供熱能耗不斷增加，且生產(chǎn)裝置低品位余熱較多，這部分熱源沒(méi)有得到很好的利用，而是依靠循環(huán)冷卻水來(lái)降溫，不但造成能源浪費(fèi)，而且增加了循環(huán)水的負(fù)荷。基于兩方面問(wèn)題考慮，集團(tuán)公司通過(guò)增加換熱器及回收裝置改造，回收生產(chǎn)裝置低品位富余熱量作為公司冬季采暖供熱熱源，改造投入運(yùn)行后，取得了很好的效果。具體如下：

1采暖現(xiàn)狀及改造情況介紹

集團(tuán)公司采暖區(qū)域分為生產(chǎn)廠區(qū)、辦公區(qū)、家屬區(qū)、單身樓，民工公寓，醫(yī)院、學(xué)校、托兒所，文化宮，商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，供熱建筑總面積約16.7萬(wàn)m2。自建廠以來(lái)公司冬季采暖一直用0.4MPa蒸汽作熱源，蒸汽消耗量較大，耗蒸汽量約20t/h，加之供熱管網(wǎng)老化，發(fā)生跑、冒、滴、漏等問(wèn)題，在采用“大流量、小溫差”的供熱運(yùn)行方式下，存在相當(dāng)大的能源浪費(fèi)。經(jīng)集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)研究決定，對(duì)供熱管網(wǎng)主線加以改造，管理好管網(wǎng)嚴(yán)重老化及熱能的浪費(fèi)，同時(shí)采暖由0.4MPa蒸汽作熱源供暖改為生產(chǎn)裝置余熱作熱源。供暖于2008開(kāi)始動(dòng)工，分步實(shí)施，2010年改造全部完成投入運(yùn)行，截止目前運(yùn)行正常，效果很好，達(dá)到供熱節(jié)能減排的效果，提高社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

2采暖改造余熱選擇方案

企業(yè)余熱選擇原則應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：

首先，在條件允許的情況下，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)線加以系統(tǒng)性的熱工標(biāo)定，系統(tǒng)性分析運(yùn)行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

其次，在滿足企業(yè)生產(chǎn)工藝自身余熱需要、不會(huì)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)操作造成影響、不會(huì)額外增加熱耗及電耗的情況下，再最大程度上利用、獲取余熱資源。

第三，呈梯級(jí)、合理的使用不同品位余熱，將余熱的做功能力充分發(fā)揮出來(lái)。

第四，針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，進(jìn)行性價(jià)比的分析之后對(duì)熱力系統(tǒng)循環(huán)方式加以確定。

第五，在確保生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行的前提下，最大限度的回收生產(chǎn)裝置低品位余熱量用于采暖系統(tǒng)，作為集團(tuán)公司冬季采暖供熱熱源。

結(jié)合采暖的需求，對(duì)生產(chǎn)裝置熱源進(jìn)行認(rèn)真篩選，集團(tuán)公司最終確定生產(chǎn)蒸汽冷凝液進(jìn)行集中回收作為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采暖熱源；造氣169A套、169B套及新凈化二氧化碳熱源為家屬區(qū)和辦公區(qū)采暖熱源。

余熱選擇理由：生產(chǎn)蒸汽冷凝液為汽水混合物，溫度125℃，熱能未被回收利用，部分蒸汽排放到大氣中，造成浪費(fèi)和熱污染；造氣169A、169B套及新凈化二氧化碳溫度較高，溫度可達(dá)100℃，熱能未被回收利用，只能依靠循環(huán)冷卻水降溫至40℃以下，送往二氧化碳機(jī)。二氧化碳降低溫度后一是能夠有效分離出二氧化碳中的水分，二是提高二氧化碳機(jī)的大氣量。

蒸汽凝結(jié)水的顯熱特點(diǎn)：蒸汽的熱能通常由顯熱與潛熱兩部分構(gòu)成，對(duì)使用蒸汽作為熱媒進(jìn)行各種加熱過(guò)程，在用氣設(shè)備中只是將蒸汽的潛熱加以利用，釋放潛熱后的蒸汽還原成為與同溫、同壓下的飽和水，也就是擁有顯熱的凝結(jié)水。在不相同的壓力下，蒸汽產(chǎn)生的凝結(jié)水所含顯熱可以達(dá)到總蒸汽熱量的10%～30%左右，是一種非常理想、可觀的余熱利用資源。也就是說(shuō)，對(duì)凝結(jié)水顯熱加以回收、有效利用，具有極大的節(jié)能潛力。

蒸汽凝結(jié)水的一般處理方法：在當(dāng)前實(shí)際工程中，對(duì)蒸汽凝結(jié)水的常規(guī)處理方法包括以下幾點(diǎn)：①借助凝結(jié)水回收系統(tǒng)，通過(guò)凝結(jié)水回收泵回收至鍋爐的給水罐中，由于當(dāng)蒸汽放出汽化潛熱后，會(huì)轉(zhuǎn)變成為近乎同溫、同壓下的飽和冷凝水，若還未受到污染，冷凝水則與純凈的蒸餾水相似，可直接作為鍋爐給水。②經(jīng)疏水閥之后，壓力通過(guò)降溫水池冷卻后排入下水道。一般來(lái)說(shuō)將20℃常溫水加入到凝結(jié)水中，當(dāng)凝結(jié)水溫度降低到40℃時(shí)允許其排入下水道，但這種排放方法不僅損失了凝結(jié)水的熱能，而且還會(huì)消耗大量常溫水。③直接通過(guò)疏水閥排入下水道，通過(guò)汽設(shè)備排出的凝結(jié)水直接排入到下水道，不能實(shí)現(xiàn)其任何的回收利用價(jià)值，全部凝結(jié)水與熱能全部損失。同時(shí)，若高溫凝結(jié)水也就是當(dāng)溫度在130℃以上時(shí)排入地下，不僅會(huì)造成能源的浪費(fèi)，而且也會(huì)對(duì)地下建筑物造成嚴(yán)重?fù)p壞。

3采暖改造流程

1)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采暖流程：利用原合成冰機(jī)水冷器的殼體改造作為水暖水儲(chǔ)槽，由水暖泵將水暖水送至換熱器與125℃冷凝液進(jìn)行換熱，將水暖水溫度加熱到80℃。經(jīng)水暖供水總管供往生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各崗位采暖散熱器。采暖散熱器出水匯合后回于水暖水儲(chǔ)槽。

2)家屬一區(qū)、二區(qū)及公司辦公區(qū)采暖流程：水暖水儲(chǔ)槽采暖水經(jīng)水暖泵的提壓送至169B套(或新凈化)二氧化碳一級(jí)換熱器與高溫二氧化碳進(jìn)行換熱，將水暖水溫度加熱到75℃以上，經(jīng)水暖供水總管分供各單元用戶采暖散熱器，采暖散熱器出水匯合后回于水暖水儲(chǔ)槽。

3)家屬三區(qū)至五區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院、文化宮采暖流程：水暖水儲(chǔ)槽采暖水經(jīng)水暖泵的提壓送至169A套(或169B套、新凈化)二氧化碳一級(jí)換熱器與高溫二氧化碳進(jìn)行換熱，將水暖水溫度加熱到75℃以上，經(jīng)水暖供水總管分供各單元用戶采暖散熱器，采暖散熱器出水匯合后回至水暖水儲(chǔ)槽。

注：造氣169A套、169B套及新凈化二氧化碳換熱器根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)停及生產(chǎn)負(fù)荷配置可互相切換，這樣，不管在什么情況下都可保證冬季采暖正常供熱。

4采暖管網(wǎng)改造設(shè)置原則

1)為保證采暖水達(dá)到正常流速，水暖供水總管起于水暖泵出口，經(jīng)采暖用戶延程逐步縮徑，水暖回水總管經(jīng)采暖用戶延程逐步擴(kuò)徑，沿途根據(jù)供熱面積的大小確定分支管線的管徑及閥門(mén)。

2)為既能最大限度的回收生產(chǎn)裝置余熱，又能確保生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行，采用水暖供水總管保溫，水暖回水總管不保溫，回水總管末端補(bǔ)水，各采暖單元散熱器串聯(lián)供熱，實(shí)現(xiàn)熱能梯級(jí)利用，拉大供回水溫差。

5存在問(wèn)題完善整改

在采暖改造投入運(yùn)行的過(guò)程中遇到一些問(wèn)題，例如供暖末端供熱量嚴(yán)重不足，供水溫度基本無(wú)法達(dá)到60℃左右，回水的溫度僅為40℃左右，導(dǎo)致熱損耗大、換熱效率低；閃蒸降溫?fù)p失嚴(yán)重；部分供熱單元供熱受阻，提高了供熱成本，采暖水流通不暢，采暖效果差等問(wèn)題。針對(duì)存在的問(wèn)題，不斷進(jìn)行整改完善，通過(guò)增大供暖總管管徑、利用采暖回水余壓提高供暖水壓力、供熱單元散熱器并聯(lián)改串聯(lián)、鋼串片散熱器更換為四柱760型水暖散熱器，通過(guò)采暖換熱面積、水暖設(shè)計(jì)流速將改造供暖管徑加以計(jì)算等，通過(guò)整改完善，以上存在的問(wèn)題一一得到了解決，保證了采暖系統(tǒng)正常供送，達(dá)到了取暖需求。例如進(jìn)行對(duì)改造供暖管徑的計(jì)算，可通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中D為管道管徑(mm)；18.8為常數(shù)；Q為供熱負(fù)荷；W為平均流速(m/s)，熱水取0.8～2m/s的范圍。

另外，還有以下幾個(gè)問(wèn)題需加以注意：

第一，散熱器。若原有安裝的蒸汽采暖流量不夠，應(yīng)在確保不影響運(yùn)行的基礎(chǔ)上增加幾組散熱器。根據(jù)實(shí)際情況部分砍掉幾組暖氣，同樣滿足采暖要求。這可能是原設(shè)計(jì)室外溫度選擇較低，原設(shè)計(jì)耗能偏大，而實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行流量較大，散熱器實(shí)際的散熱值要比計(jì)算值大，同時(shí)熱水采暖是連續(xù)運(yùn)行而蒸汽采暖則是間接性運(yùn)行的。

第二，空氣排出。改為熱水采暖通常是排除空氣采用集氣罐，將集氣罐安裝于干管尾端最高點(diǎn)，通常為立式與臥式。將設(shè)計(jì)空氣速度在水平與傾斜管中在0.1～0.2m/s，立管中則為0.25m/s。若熱水器超過(guò)空氣浮生的速度，水中的空氣便會(huì)被帶走。

6新技術(shù)的采用

6.1　自力式流量控制閥

該控制閥安裝在距離采暖加壓泵較近的用戶入口處，當(dāng)用戶采暖水流量或者壓力過(guò)高時(shí)，控制閥便可以按照既定的設(shè)置值自動(dòng)限制其壓力及流量，確保較遠(yuǎn)用戶的采暖水有充足的壓力與流量支持，穩(wěn)定采暖溫度的均衡性。同時(shí)，自力式流量控制閥也屬于一項(xiàng)有效的節(jié)能措施，特別是對(duì)于采暖范圍較小、熱水流量及壓力均不充足的情況下，更能體現(xiàn)出較好的節(jié)能效果。

6.2　自動(dòng)穩(wěn)壓裝置

采用自動(dòng)補(bǔ)水穩(wěn)壓裝置代替高位水箱，不僅可以獲得更好的使用效果而且操作便捷、簡(jiǎn)單。

7采暖改造經(jīng)濟(jì)效益

按照未改造前現(xiàn)場(chǎng)采暖每小時(shí)需0.4MPa蒸汽20t，0.4MPa蒸汽每噸以80元計(jì)，每個(gè)采暖期(150天)需費(fèi)用為：

20×24×80×150=576萬(wàn)元

改造后，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采暖泵(一開(kāi)一備)，家屬區(qū)(一區(qū)、二區(qū)及辦公區(qū))采暖泵(一開(kāi)一備)，家屬區(qū)(三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)、文化宮、醫(yī)院)采暖泵(一開(kāi)一備)，采暖泵耗電40kW·h，kW·h電費(fèi)0.27元，采暖期電費(fèi)為：

40×3×24×0.27×150=11.664萬(wàn)元

每年節(jié)約的費(fèi)用為：576-11.664=564.336萬(wàn)元

從上述來(lái)看，改造后每年采暖節(jié)約費(fèi)用都可以達(dá)564.336萬(wàn)元，而采暖改造全部費(fèi)用700余萬(wàn)元，正常采暖一年多可收回改造成本，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。同時(shí)，對(duì)能源節(jié)省及環(huán)境污染的問(wèn)題也得到有效解決，社會(huì)效益無(wú)法估量。

8總結(jié)

生產(chǎn)裝置余熱熱源供暖后，經(jīng)不斷整改完善，運(yùn)行至今穩(wěn)定可靠，既解決了能源浪費(fèi)、廢氣排放導(dǎo)致熱污染的問(wèn)題，又降低了供熱能耗和循環(huán)冷卻水負(fù)荷，同時(shí)根據(jù)氣溫情況可延長(zhǎng)供暖期，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。目前，公司仍有一些低品位余熱沒(méi)有得到很好的回收利用，在今后根據(jù)供熱情況可不斷挖潛改造，進(jìn)一步提高能源綜合利用水平，為公司持續(xù)發(fā)展提供有利的條件。

甲醇及下游產(chǎn)品

Application of Waste Heat in Heating

HEJing-ming

(Gansu Liuhua Group，Yongjing，731606)

Abstract：Waste heat in production plant is recovered by adding heat exchanger and modifying recovery unit. This waste heat is used as heat source in winter. Good benefits are achieved.

Key words：waste heat；heating；modification；benefit

中圖分類號(hào)：X781.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1003-6490(2015)01-0030-03

作者簡(jiǎn)介：賀敬明(1970-)，女，漢族，山西文水縣人，本科學(xué)歷，工程師，在甘肅省靖煤集團(tuán)劉化公司技術(shù)開(kāi)發(fā)中心從事暖通設(shè)計(jì)。

收稿日期：2015-02-16