低温余热的回收与利用

低温余热的回收与利用石化工业有大量的低温余热（一般指热源温度在150℃以下），低温余热回收和利用的好坏也标志着一个企业的用能水平，故它始终是困扰节能工作的一个问题。在许多情况下，低温热的利用主要是节约蒸汽。80℃以上的低温余热量：500万吨常减压装置11MW140万吨催化裂化装置22MW100万吨延迟焦化装置8MW1低温余热的回收利用原则（1）首先改进降低工艺用能，优化工艺装置换热流程，系统热集成，尽量少产低温余热;（2）低温余热的回收和利用必须经济合理、运行可靠。已经发现：有些企业在确定低温余热利用方案时，低温余热的价格确定不合理；另外有时将回收利用的系统管道投资没有考虑。这两个方面均会导致不合理的方案产生。（3）低温余热的利用应优先考虑长周期运行的同级利用（低温热量直接代替了原使用的二次能源），其次考虑全年中部分时间利用的同级利用，最后才考虑升级利用。2低温余热的用途同级利用方式：（1）作工艺装置重沸器热源，如气体分馏装置；（2）预热除盐水；（3）预热加热炉空气；（4）采暖与生活热水；升级利用方式：（1）发电；（2）制冷；(3)第二种吸收式热泵。（4）作海水淡化的热源；3低温余热方式的节能效果几种低温余热利用方式的折能系数（定义为低温热利用所代替的一次能源量占低温热量的百分比）见下表：目前国内低温热扩容发电投用的企业有长岭和锦西炼厂。低温热利用方式折能系数备注同级利用1.0溴化锂吸收制冷0.45制取冷水温度7~15C热水扩容发电（带采暖）0.33用水用热媒，热水最高温度130C正丁烷有机工质发电0.21蒸发温度90.76C热水扩容发电（无采暖）0.12用水用热媒，热水最高温度130C4同级利用目前，低温余热的主要利用方式为同级利用，这种利用方式的节能效果最显著，并且在相当长的时期内，将仍是该种利用方式。济南分公司全厂性低温余热回收与利用措施，投资2000万元，现已投用，年节标油20000吨，年效益约6000万元。安庆分公司炼油厂全厂性低温余热回收与利用措施，投资2000万元，节约1.0Mpa蒸汽29t/h，年节标油16000吨，年效益约2442万元。5升级利用5.1热机目前国内主要采用二级水扩容动力循环方式发电，这种方式的优化是运行可行，缺点是效率低。据报导，国外有采用有机工质动力循环方式，这种方式的优点是效率较高，但缺点是可靠性差。以某炼油厂催化裂化6条低温物流提供低温热28.7MW，延迟焦化装置2条物流提供7.6MW为例。凝结水泵热用户换热器水泵二级扩容器透平冷凝器一级扩容器热源换热器项目水扩容循环有机工质循环工质进余热源温度℃4935工质出余热源温度℃14689.65工质吸热量MW36.235.4透平进口初温℃108.289.65透平排汽温度℃3649发电机功率kW30003800供热量kW6768工质和循环水泵等辅助系统功率KW7801122净输出功率kW22202678净发电效率，%6.17.65.2制冷低温热制冷主要采用溴化锂形式，制取的冷水温度为7~20^C。低温热制冷的主要用途：生活制冷（空调）；生产制冷催化裂化装置吸收稳定系统；延迟焦化装置吸收稳定系统；气体分馏装置；其它工艺装置等。制冷机类型热水温度℃热量kW冷量温度℃制冷负荷,kW电耗kW制冷量系数热水型85-75162815~2211635.50.71热水型95~85162810~1711635.50.71热水型90-82200910~1511638.80.58蒸汽单效型0.2MPa2.7t/h7~1211637.30.67蒸汽双效型0.6MPa1.56t/h7~1211636.21.15典型溴化锂制冷机的主要参数金陵分公司对3#延迟焦化装置进行改造，使用130~70、150t/h低温热水,在热水站增加一套制冷量150万大卡/h的热水型溴化锂机组,将7-10℃的冷媒水引入延迟焦化装置。措施投用后，装置干气中C3及以上组分含量降低3个百分点（由原来的6%降到3%），每年增产液化气约2500-3000吨，直接经济效益至少400万元，该项目投资不超过200万元，投资回收期不超过半年。5.3热泵热泵分压缩式和吸收式二种形式。压缩式热泵主要在气体分馏装置上使用，将丙烯塔顶的低温热压缩后做塔底热源，但目前该种形式的热泵在炼油厂没有新的应用，原因是低温热直接作热源，节能效果大大提高。吸收式热泵有二种形式，第一种需要较高温位的低温热，温度约为（120~130℃），使更低温位（20~50℃）的低温热温度升高30℃左右，这种热泵一般对炼油厂不合适。第二种方式是不需较高温位的低温热，仅耗少量的泵功，就可使70~90℃的低温热升高至150~200℃，这种方式一般称为吸收式变热器（absorptionheattransformer)，应是在炼油厂非常实用的一种节能措施。吸收式热泵原理图C—冷凝器G—发生器E—蒸发器A—吸收器H1、H2—换热器P1、P2—液泵V—节流阀制冷剂和吸收剂组成的工质对作为运行工质，其工作原理是：在发生器中，制冷剂工质吸收温度为T1（如70~100℃）的低温热QG，蒸发形成压力较高的饱和蒸气，蒸汽在换热器H2中预冷降温后，流入冷凝器C并在此冷凝，在环境温度T0下向环境放出品位更低的热量QC。冷凝后的液体由液泵P2升压并经H2吸热形成压力为p1,温度为T1的过冷液，送入蒸发器E，并在这里吸收温度为T1的低品位热量QE而蒸发，蒸发后的蒸气流入吸收器A，而没有蒸发的液体则经节流阀V降压重新流入发生器G，由发生器G流出的稀溶液由液泵P1升压并经换热器H1预热后打入吸收器A，并在这里吸收由蒸发器流过来的制冷剂蒸气，由于吸收剂在吸收制冷剂蒸气时发生放热效应，因此在吸收器A中就放出品位较高的温度为T2（如150~200℃）的热量QA，吸收器A中的浓溶液则经H1放热，并与蒸发器来的流体汇合经节流阀V降压重新流入发生器G。这种循环方式的结果是仅耗费了很少的液泵泵功，就能将低品位的热量QG+QE转化成一部分接近环境温度的热量QC，和另一部分有用的中品位热量QA。目前，变热器还处于研究阶段，据报导德国已有样机运行。国外研究最多的是含有TFE的工作流体，其中TFE-H20-E181溶液和TFE-Pyr溶液有较为满意的效果。常规的吸收式制冷循环工质对是氨水溶液和溴化锂水溶液，但在变热器中，若采用氨水溶液，由于温度较高，易造成系统内的压力过高；若采用溴化锂水溶液，则在流体经换热器H1时，易结晶而堵塞管路。吸收式变热器的性能系数为0.4左右，即可将100份的低品位热量转化为40份的中品位热量。燕化公司橡胶厂5000KW降膜吸收式热泵，热源温度为90℃，热泵产出热水110℃。操作性能参数COP为0.45-0.48，供热规模为6270kW时，总投资820万元(2001年)。一般只有回收的余热温度高于60℃及可回收的热负荷大于2000kW时才具有经济意义。6高压低温余热的回收利用前述的低温余热利用还仅是在低压范围内。随着油品质量的进一步提高，加氢过程越来越多，产生的较高压力的低温余热也越来越多，其高压低温余热的回收和利用将是提高用能水平一个新的课题。高压低温余热一直没有回收的原因主要有三个：（1）是压力高，换热回收投资大；（2）由于压力高，认为运行安全性差。（3）炼油厂普遍存在低压低温余热过剩并难以回收利用的问题。高压低温余热的利用分析最近对加氢裂化反应流出物采用水扩容发电的情况做了探讨。仔细分析反应流出物余热的特点，可以看出：尽管反应流出物压力高，换热回收投资大，但由于此股物流流量较大热量集中，为回收热量所需的管道投资相对较小，回收利用的总投资不一定大。如某0.8Mt/a加氢裂化装置为全循环、冷高压分离器流程，80℃以上反应流出物余热量达15.8MW。而某新建4.0Mt/a大型加氢裂化装置为全循环、热高压分离器流程，80℃以上的反应流出物余热量达67.4MW。从安全角度讲：在回收反应流出物热量的过程中，已经投用了许多高压换热器、高低压换热器（如利用高压分离器气体热量直接产生低压蒸汽）和高压空冷器，因此也不能认为用高低压换热器（在回收大量低温余热时，一般用水作介质，压力在0.5MPa以下，故使用高低压换热器）代替高压空冷器就存在安全性的问题。某加氢裂化反应流出物余热发电的探讨选择的基准价格数据为：电0.45元/kWh,除盐水14元/t,冷却水0.25元/t，1.0MPa蒸汽100元/t。投资：以2002年投资概算价格为基准，新建加氢裂化装置回收41MW低温位余热（下称新建装置动力回收）和已有装置改造回收（下称改造装置动力回收）两种方案的动力回收系统工程投资见下表。动力回收系统工程投资万元项目新建装置动力回收改造装置动力回收低温余热发电站17001700反应流出物换热器0400热水管道175175合计18752275注：（1）由于单独建低温余热电站，故按与装置的距离计为500m；（2）新建装置时，高低压换热器代替了高压空冷器，故投资不计。效益分析效益发电3500kW,年效益1260万元；换热器代替高压空冷器后，减少风机用电160kW,年效益57.6万元。因此低温余热发电的年总效益为1317.6万元。低温余热电站的有关消耗及费用如下：冷却水3340t/h,年费用660万元；电站自耗电（包括热水泵）200kW,年费用72万元；热水补充用除盐水2.5t/h,年费用28万元；消耗1.0MPa蒸汽0.5t/h,年费用40万元。上述4项相加，年总费用800万元。投资回收期：低温发电的年净效益为517.6万元，新建和改造装置动力回收方案的简单投资回收期分别为3.6，4.4年。这两种情况下的回收期均在一般可接受的5年以内，说明采用动力回收方式是经济可行的。另一方面也说明，新建装置动力回收方案更合理，投资回收期比改造装置动力回收短0.78年。节能效果：发电3500kW并减少风机用电160kW,节能量为1098kg标油/h,各种消耗折一次能源量为438kg标油/h,此方案净节能量为660kg标油/h，每年节约标准燃料油5280吨，节能效果也是非常显著的。不同地区的影响对不同地区不同炼油厂来说，所建低温余热电站的投资变化不大，但有时效益差别比较大，这是由炼油厂不同的公用工程价格所引起的。以南方某炼油厂的价格为例进行分析。有关价格为：电0.62元/kWh,除盐水8元/t,冷却水0.34元/t，1.0MPa蒸汽80元/t。按此价格计算的年总效益为1815万元，年总费用为1056万元，年总净效益为759万元。新建和改造装置动力回收方案的简单投资回收期分别缩短到2.47，3.0年。效益好回收期短的主要原因是电价较高，说明在电价较高的地区，动力回收反应流出物余热的方法更加合理有效。总体来说，南方地区电价较高，而水资源丰富，水价较低，动力回收反应流出物余热的方法更加经济合理。谢谢！