余热利用-化工行业

1.黄磷生产过程余热利用及尾气发电（供热）技术一、技术名称黄磷生产过程余热利用及尾气发电（供热）技术二、技术所属领域及适用范围化工行业黄磷生产三、与该技术相关的能耗及碳排放现状我国黄磷单位产品平均综合能耗约为3.2tce左右，每生产1t黄磷产生黄磷尾气约3000Nm3，约占单位黄磷生产综合能耗的30%以上。目前，黄磷生产中的尾气主要用来烧热水或者做原料烘干使用，其尾气的利用率不足20%。按行业年总产能180万t计算，黄磷生产行业每年碳排放超过400万t，节能潜力很大。四、技术内容1.技术原理通过对黄磷生产中排放的尾气进行收集、加压并进行净化处理，再输送到专用燃烧器中进行配风旋混燃烧，燃烧后产生的热量及强腐蚀高温烟气再经过耐腐蚀的专用黄磷尾气锅炉进行换热，交换后的热量用于加热水产生蒸汽或者利用蒸汽带动汽轮机发电系统发电，所产蒸汽与电量均用于黄磷生产，降低产品能耗。2.关键技术黄磷生产过程余热利用和尾气发电（供热）技术是对黄磷尾气处理、尾气燃烧热能、尾气燃烧后（烟气中）排放物循环使用的综合利用系统，其主要的关键技术如下：（1）尾气净化技术通过除尘、除酸方式对尾气进行净化，净化技术采用水洗除尘及碱洗除酸，通过采取合理的净化方式以及适合的净化剂，确保在低净化成本的前提下，使得尾气中的杂质、总硫、总磷的含量控制在合理的范围之内，达到下述目的：净化后的尾气因杂质减少避免堵塞燃烧及换热设备；减轻尾气酸性物质对系统设备的腐蚀。（2）专用燃烧器燃烧技术通过专用燃烧器的旋混式结构设计，使得尾气与空气得到充分的混合，确保尾气燃烧充分，用于提高燃烬率；采用PDI技术合理配风及风压控制，确保尾气在高温下的高效燃烧并抑制强酸性物质产生；内置蜂窝式陶瓷蓄热技术用于加强燃烧温度，提高辐射热能。（3）锅炉的防腐技术锅炉通过特有的设计结构确保尾气燃烧产生的热量在最大化吸收的前提下，实现烟气流动无死角，减少腐蚀物质堆积，避免形成垢下腐蚀；所有与烟气接触的换热元件均采用耐腐蚀材料；换热元件表面采用等离子耐腐喷涂进行防腐保护；针对燃烧后的烟气不同温度区间进行分段防腐处理等多种技术共用，彻底解决尾气燃烧中对锅炉的腐蚀问题。（4）热能梯级利用技术通过采用对尾气燃烧后高温段的热能回收技术产生中压、中温过热蒸汽，采用对尾气燃烧后低温段的热能回收技术产生低压饱和蒸汽，形成两种不同焓能的品质蒸汽，即高位热能与低位热能；其中高位热能用于发电，低位热能用于黄磷岗位生产所需热能供应，实现热能合理利用及热效率最大化。（5）烟气中的酸物回收技术燃烧后的烟气中含有大量的酸性物质，如磷酸、偏磷酸、氢氟酸、硫酸、亚硫酸等多元酸，这些混合酸液的PH值远小于1，形成的强酸性液体会对系统设备产生严重腐蚀，减少设备的使用寿命；同时，如果排出到大气中，会形成酸雨污染周边的环境；通过对烟气温度的控制以及多段综合回收技术，使得这些酸性物质在露点后被收集，并经过沉淀、过滤、浓缩等一系列回收工艺及技术处理，形成废酸用于磷化工生产。3.工艺流程该技术主要包括“黄磷尾气净化系统”、“烟气（燃烧）系统”、“蒸汽系统”和“废液回收系统”等四个子系统，其工艺流程见图1，各系统的功能及所涉及的技术说明如下：（1）黄磷尾气净化系统通过对黄磷生产电炉产生的尾气采用除尘、除酸技术进行净化，减少了尾气中杂质及酸性物质的含量，同时减轻尾气燃烧后的烟气对锅炉的腐蚀；（2）烟气（燃烧）系统尾气进入锅炉燃烧的过程中，采用独特的燃烧技术，确保黄磷尾气与空气得到充分混合，通过PDI算法自动配比黄磷尾气与空气的配风量，确保燃烧后尽可能减少强酸性物质的产生，蜂窝蓄热技术强化锅炉换热效率；（3）蒸汽系统专用黄磷尾气锅炉对尾气燃烧的热能进行高效回收，对回收的热量按品位等级梯级利用，高品位热能（过热蒸汽）用于发电，所发电量经升变压后，用于黄磷电炉生产用电，降低黄磷冶炼的生产能耗；低品位热能（饱和蒸汽）用于黄磷生产或下游产品生产用汽，降低单位产品生产的成本；（4）废液回收系统尾气燃烧后，烟气中含有的酸性污染物在降温中形成酸液，通过对酸液的集中回收，形成废酸，用于黄磷下游产品生产，变废为宝，减少大气中的酸性物质排放的同时，降低环境污染。图1黄磷生产过程余热利用和尾气发电（供热）技术五、主要技术指标1．黄磷生产单位综合能耗下降约15%～30%；2．净化成本与替代的技术相比下降50%以上；3．系统热效率较原有的换热方式提高30%以上。六、技术鉴定、获奖情况及应用现状该技术及系统核心装置获得1项国家专利发明，3项实用新型专利。该技术自2008年开始推广以来，已经有10多套系统在云南、贵州、四川等地的黄磷生产企业投运，稳定运行达5年以上，具有良好的经济效益与社会效益。七、典型应用案例典型用户：四川林辰实业集团有限公司，绵阳启明星磷化工有限公司、石棉蓝天化工有限责任公司、贵州开阳国华天鑫磷业有限公司、贵州福泉华鑫化工有限责任公司、云南澄江盘虎化工有限公司等。典型案例1案例名称：石棉蓝天黄磷炉尾气燃烧热能综合利用系统技术提供单位：武汉东晟捷能科技有限公司建设规模：2×7500t/a吨黄磷生产装置尾气综合利用；建设条件：黄磷尾气直接燃空排放生产线。主要技改内容：采用黄磷生产过程余热利用（供热）技术对一台黄磷电炉的50%的黄磷尾气(约1500Nm3/h)进行余热利用，所回收热能产生蒸汽用于生产工艺段的供热及化工产品合成；主要设备为1台6T燃黄磷尾气专用锅炉。节能技改投资额300万元，建设期4个月。每年可节能5573tce，年减排1.47万tCO2。年节能经济效益为820万元，投资回收期4个月。典型案例2案例名称：澂江龙凤黄磷生产过程余热利用和尾气发电（供热）系统技术提供单位：武汉东晟捷能科技有限公司建设规模：2×10000t/a吨黄磷生产装置尾气综合利用；建设条件：黄磷尾气直接燃空排放；主要技改内容：采用黄磷尾气余热利用和尾气发电（供热）技术对厂区二台黄磷电炉的黄磷尾气约（6000Nm3/h）进行余热综合利用，其中尾气在黄磷尾气专用锅炉中燃烧产生的中压过热蒸汽用于带动汽轮机发电系统，所发电供黄磷装置使用，产生的饱和蒸汽于黄磷生产供热；主要设备为2套10t/h黄磷尾气发电专用锅炉及4MW汽轮机发电系统装置。节能技改投资额3384万元，建设期12个月。每年可节能1.15万tce，年减排量3.03万tCO2。年节能经济效益为1887万元，投资回收期18个月。2.炭黑生产过程余热利用和尾气发电（供热）技术一、技术名称：炭黑生产过程余热利用和尾气发电（供热）技术二、适用范围：化工行业炭黑生产三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状：炭黑生成反应后的烟气温度约1050℃，而炭黑收集滤袋的可承受温度约为280℃，烟气余热利用的空间较大。原有炭黑生产过程采用650℃空气预热器，回收750～530℃区间烟气余热以加热助燃空气，而1050～750℃和530～350℃温度区间则采用喷水降温，不仅余热未得到充分利用，而且浪费了大量宝贵的水资源，同时加大了后部设备负荷和酸雾腐蚀，降低了炭黑尾气热值，不利于其综合利用。四、技术内容：1.技术原理采用850℃空气预热器回收高温烟气余热，回收烟气温度区间为950～630℃。因空气预热器烟气出口温度较高，同时配套余热锅炉回收中温烟气余热，回收烟气温度区间为600～350℃，可使有效余热利用率从33.8％提高到87.6％。提高助燃空气温度可减少燃料消耗，提高装置产能，增设余热锅炉所产蒸汽可满足炭黑装置用汽需求，减少燃煤消耗。2.关键技术炭黑烟气的特点是，生成反应终止后的烟气温度仍高达1000℃，烟气中含有H2、CO等可燃气体，烟气中的炭黑含量约为100～150g/m3，因此，余热回收设备要安全可靠运行，必须解决冷热介质间温差大造成的热应力问题，防止烟气泄漏燃烧的密封问题，以及炭黑易附壁沉积造成堵管等问题。850℃空气预热器的关键技术是：新型热膨胀应力补偿和密封结构、阻燃气体隔断空气泄漏以及换热管单管填料密封等创新技术。在线余热锅炉的关键技术是：新型弧形薄管板结构；管口防冲刷结构；脉冲防堵系统；液位稳定检测系统等创新技术。3.工艺流程炭黑反应系统→空气预热器→在线余热锅炉→炭黑收集系统→造粒和包装系统。经空气预热器与高温烟气换热、温度达到850℃的助燃空气，进入炭黑反应系统与燃料完全燃烧，提供原料油裂解生成炭黑的高温（1700～1900℃）气体；余热锅炉进一步回收热能产生蒸汽（回用于炭黑生产装置）；之后，通常采用原料油预热器在回收低温热能的同时，满足后部收集滤袋的使用温度要求。五、主要技术指标：850℃空气预热器：烟气入口温度950℃，空气预热温度850℃，空气压力80kPa。余热锅炉：设计压力1.75MPa，烟气入口温度600℃，烟气出口温度350℃。六、技术应用情况：该技术获3项实用新型专利。余热利用设备已形成系列产品，可满足1.5～4万t规模的炭黑装置，已在业内推广16套（其中在建6套）。七、典型用户及投资效益：典型用户：中橡集团炭黑工业研究设计院、山西焦化集团有限公司、山西远征化工有限公司、山西宏特煤化工有限公司、云南曲靖众一煤化公司、上海立事化工公司、河北龙星化工集团有限责任公司、河北大光明实业集团有限公司、茂名永业（集团）股份有限公司等。1）中橡集团炭黑工业研究设计院生产基地。建设规模：3000kW炭黑尾气发电装置。主要改造内容：炭黑尾气集输系统，炭黑尾气专用锅炉。节能技改投资额1500万元，建设期1年。年节能8400tce，取得节能经济效益675万元，投资回收期2.5年。2）河北龙星化工集团有限责任公司炭黑厂。建设规模：6000kW炭黑尾气发电装置。主要改造内容：炭黑尾气集输系统，炭黑尾气专用锅炉。节能技改投资额2900万元，建设期1年。年节能16800tce，节能经济效益1485万元/年，投资回收期2.5年。八、推广前景和节能潜力：预计未来5年，该技术在行业内的推广潜力可达到80%，预计投资总额10亿元，年节能能力85万tce/a，二氧化碳减排能力224.4万tCO2/a。3.氯化氢合成余热利用技术一、技术名称：氯化氢合成余热利用技术二、适用范围：现有或新建氯碱企业的氯化氢或盐酸合成炉新建或改造三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状：对于氯化氢合成中的热能利用，国内主要有两种方法：一种是使用钢制水夹套氯化氢合成炉副产热水。这种钢合成炉在炉顶部和底部容易受腐蚀，使用寿命短，副产的热水应用范围有限；另一种是使用石墨制的氯化氢合成炉副产热水或0.2～0.3MPa压力的蒸汽。由于石墨是非金属脆性材料，受强度和使用温度的限制，在副产蒸汽时石墨炉筒作为产汽的受压部件，安全上存在一定隐患，采用该方法副产的热水或低压蒸汽热能利用只能达到40%，应用范围同样有限。四、技术内容：1.技术原理氯气与氢气反应生成氯化氢时伴随释放出大量反应热，完全可以用来副产蒸汽。副产中压蒸汽合成炉在高温区段，使用钢制水冷壁炉筒；在合成段顶部和底部钢材容易受腐蚀的区段，采用石墨材料制作。采用这种方法既克服了石墨炉筒强度低和使用温度受限制的缺点，又克服了合成段的顶部和底部容易腐蚀的缺点，从而使氯化氢合成的热能利用率提高到70%，副产蒸汽压力可在0.2～1.4MPa间任意调节，可并入中、低压蒸汽网使用，使热能得到充分利用。2.关键技术自循环换热蒸汽发生技术；腐蚀控制技术；生产运行自动控制技术。3.工艺流程具体工艺流程见图1、图2。图1氯化氢合成余热利用技术图图2氯化氢合成余热利用技术设备图五、主要技术指标：每合成生产1t氯化氢可副产0.8～1.4MPa中压蒸汽0.7t。六、技术应用情况：该技术已在部分化工行业推广应用，使氯化氢合成的热能利用率提高到70%，节能效果显著。七、典型用户及投资效益：典型用户：浙江巨化股份有限公司电化厂、江苏大和氯碱化工有限公司、重庆三阳化工有限公司1）浙江巨化股份有限公司电化厂。建设规模：08-140-84型副产蒸汽氯化氢合成炉一套，日产氯化氢140t，副产1.2MPa蒸汽84t。主要技改内容：拆除原水套式石墨氯化氢合成炉，利用原厂房框架新上一套副