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1、国内外低温余热回收技术应用现状及建议贾春雨 乔文霞大庆石化公司科技信息处科协黄文姣大庆石化公司化工一厂裂解车间国内外低温余热回收技术应用现状及建议摘要：介绍了石化企业低温热回收利用的一些现状及技术,首先是直接里利用也就是同级利用，然后是升级利用，如利用朗肯循环的余热发电、热泵、制冷、液力透平和变热器等其他技术,将低温余热升级利用。对石化企业低温热的利用提出了建议。关键词：石化企业 低温余热回收技术 同级利用 升级利用1前言现在节能工作已成为世界性的课题。随着国民经济的快速增长,能源需求日益增加,供需矛盾逐渐突出。为保证经济的可持续发展,国家已将资源节约作为一项基本国策。作为能源加工转换单位的石
2、化企业,一方面为社会提供了大量可利用的能源,同时也消耗了大量能源,是石化行业开展节能工作的重点。近年来随着装置技术进步和先进节能技术的应用能源利用水平有了大幅度提高,但大部分装置间的热联合、低温余热利用等方面还存在巨大的节能潜力。在节能工作不断深入的今天,欲降低装置及全公司能耗,低温余热回收是必不可少的一个方面。低温余热的回收利用不但可以代替所消耗的高质量热源,同时可以降低相关部位的冷却负荷,降低循环冷却水和空冷电耗,对降低能源消耗具有重要义。炼油和化工行业既是生产能源和基础原材料的工业，又是高能耗工业。炼油、石化和化学工业仍然存在着减少能源消费的巨大机遇，在化学加工过程中，为转化而作为能源使
3、用的燃料50%以上损失掉了，这种损失通过改进能量产生、分配和转化可使其减少。通过能量回收也可使损失减少。美国能源部正在通过“2020年梦想计划”推进能源节约，由公司、政府部门、大学和专业组织组成的联合体正在共同开发一些技术，以解决工业问题。一些致力于节能的项目可取得很大的效果，例如，包括陶氏化学、普莱克斯、休斯敦大学和科克-格律希公司组成的集团开发的成果，已使现有填料式蒸馏塔器的能效提高10%20%、塔器能力提高5%10%和热回收提高10%20%。我国提出到“十一五”末单位国内生产总值能耗比“十五”末降低20%的目标，作为耗能大户的石油和化工行业节能大有潜力。据统计，2004年石油和化学工业消
4、费各种能源折标准煤27921.8万吨，其中油气开采业消费3627.7万吨，石油加工为3060万吨，化学工业消费21234.1万吨。根据对7种主要产品节能潜力的分析，到2010年，如果采用的技术措施到位，产量达到预计目标，我国石油和化工行业可以节约1200万1300万吨标准煤。炼油 ：目前国际上炼油综合能耗最好水平已达53.2千克标油/吨，而我国平均在78.4千克标油/吨。2004年中国石化集团炼油厂加工原油平均能耗为73.47千克标油/吨（10055千克标油/吨范围），比亚太地区炼厂平均水平61.25千克标油/吨（2003年）高出20%，比世界跨国公司先进水平50千克标油/吨高出47%。节能潜
5、力巨大。其原因是我国装置规模较小、设计水平低、工艺相对落后、整体用能和装置之间用能的匹配性差。如以2010年我国原油加工量达到4亿吨，单位能量因数耗能11千克标油测算，2010年可以比2004年节约280万吨标油。具体的节能措施是：生产装置内部进行能量系统优化改造；实施装置之间热联合的过程优化技术改造及蒸汽动力系统、储运系统低温热回收利用的优化改造，优化管网运行；合理使用伴热蒸汽（或热水），加强凝结水回收，实现能位逐级和多次利用；大力推广应用高效节能环保型燃烧器、变频调速技术等。乙烯：近年来我国乙烯装置物耗、能耗水平虽然有了明显提高，但与国外先进水平相比仍有较大差距。国外乙烯能耗一般为5005
6、50千克标油/吨，先进水平为440千克标油/吨，我国生产1吨乙烯比国外一般水平多耗能150200千克标油。如以2010年我国乙烯产量达到1600万吨，乙烯综合能耗达到节能中长期专项规划要求的650千克标油/吨测算，2010年比2004年节约80万吨标油；如乙烯综合能耗能降到目前国外一般水平550千克标油/吨，则2010年将比2004年节约240万吨标油。节能措施：采用能量系统分析与最优综合的方法，以降低乙烯生产过程用能为目标，通过优化原料结构，以及生产过程用能集成优化，用先进控制技术实施装置优化运行和控制，对主体设备裂解炉、压缩机等的关键技术（分离技术、催化剂等）优选改进，有效降低原料和能耗。
7、合成氨：我国合成氨产品能耗的平均水平不高，目前引进合成氨装置能源利用率在56%左右，而国外先进水平在70%左右，吨氨节能潜力为280千克标煤。对于大中型合成氨装置而言，目前以煤、焦、油、气为原料的合成氨能耗平均为1900千克标煤左右，国内先进水平1700千克标煤，吨氨节能潜力为200千克标煤。如果今后改造大中型合成氨装置，扩大规模，采用德士古法生产，吨氨能耗达到1650千克标煤，节能潜力为250千克标煤/吨。“十一五”期间，我国部分小型合成氨企业生产能力将扩大升级为中型和大型企业，随着节能技术进步，小型企业能耗将逐年下降。经分析测算，以煤为原料的吨氨节能潜力为300400千克标煤；以天然气为原
8、料潜力为150200千克标煤；以油为原料的潜力为200300千克标煤。“十一五”期间，我国合成氨生产系统通过节能技术改造，预计“十一五”末综合能耗平均下降100千克标煤/吨，达1600千克标煤/吨；2010年合成氨产量将达4900万吨，节能490万吨标煤，减少CO2排放量1180万吨。2低温余热利用的途径及技术低温余热(差压余能)利用技术是深入节能的重要领域。低温余热的利用有同级利用和升级利用两种方式。2.1同级利用同级利用就是根据低温热源的温位,选择适宜的用户利用低温余热直接或间接代替高、中位热源,不仅可以避免使用高、中位热源所造成的过大温差能量传递损失,而且可以把高、中位热源顶替下来,达到
9、节能降耗的目的,是低温余热利用中最具有吸引力的方案。一是加热装置低温物流，另一种是加热生活用水。2.2升级利用升级利用是指利用朗肯循环的余热发电(或作功)，包括低压蒸汽透平发电和利用低沸点有机工质借助朗肯循环发电(有机朗肯循环热机)、热泵(如吸收式热泵和化学热泵)、吸收式制冷(如溴化锂吸收制冷)、液力透平(国外认为能连续回收19kW功率也有节能潜力)。对于时代的发展，科技的进步，对低温余热回收技术又有了许多新的改进技术。大多数低温余热技术都是用来发电，低温余热发电技术与大中型火力发电不同，低温余热发电技术是通过回收石化、石油等企业持续不断的向大气环境中排放的中低温费蒸汽、烟气所含的低温热量来发
10、电，它将企业，在生产环节产生的废弃的热能转换为高级能源电能，因此它是一项变废为宝的高效节能技术，不仅投资成本低，而且经济效益显着。为大型企业余热回收利用，节能降耗，找到一条有效的途径和方法。3当前石化企业低温余热利用技术应用的现状3.1利用朗肯循环低温余热发电3.1.1有机工质朗肯循环系统的工作原理由余热锅炉换热器、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成。余热流在换热器中放热给有机工质，工质由于吸热而成蒸汽。这种蒸汽通过透平膨胀作功, 从而带动发电机发电或拖动其它转动机械。从透平排出的蒸汽在冷凝器中向冷却水放出热量而凝结成液体，从而借助工质泵重新泵回换热器，如此不断循环就能发电或产生动力。由于系统技
11、术简单、热回收性能好及透平尺寸小、无湿蒸汽区等特点，特别适用于低温和中、小容量的能量回收。1.全流式透平目前全流式透平机组在国外发展较快,它适合于低温余热回收后发电。因其工质没有汽化过程,只升温吸热,故热效率和发电效率高,透平也较简单。如采用45水做工质,与低温热源换热,将水加热100至110,进入全流式透平,水在透平中降压作功, 同时随手力降低而汽化为蒸汽,蒸汽也作功,排出的水汽混合物进入冷凝冷却器(0.08)绝压,温度降至45,用泵再送去与低温热源换热,形成一个循环。用水作工质,安全可靠,又易于回收分散的低温余热,对工艺生产过程的变化适应性强。2.两相透平两相式透平是全流式透平的背压形式,
12、它是功热并产的机组。这种透平适用于中、低温余热联合回收利用，也适合于生产工艺过程中降压汽化的能量回收。工质进入透平后，通过喷嘴提高流速,将压力能变为速度能。这时工质由液相变为汽液混相，做功后排出透平，汽液混合物分离后分别供热。或者将汽相再进入湿汽轮机冷凝做功，这时就是复合式透平机组,这种机组的肯朗循环效率可高达20%。对于透平，蒸汽透平和燃气透平市场的主要竞争者有：通用电气、西门子、阿尔斯通、三菱重工、日立和东芝。投标资格预审合格的锅炉制造商包括：美国B&W公司、美国福斯特惠勒动力机械公司（Foster Wheeler）、阿尔斯通（英国和美国）、日本三菱重工、德国巴高克博希格公司（Babcoc
13、k Borsig）、英国巴布科克能源公司（Mitsui Babcock）、韩国斗山、日本石川岛建机株式会社（IHI）。3.1.2应用实例在炼油、化工厂有机工质余热回收利用技术系统。长岭炼油厂余热利用的热水扩容透平, 栖霞山化肥厂利用低压蒸汽透平等，以及国外一些应用。在低压蒸汽透平发电方面，由于发电效率较低，国外推广不是很快，在考虑技术经济合理性后，也有一些应用实例。如日本三井油化、三井造船公司曾于1980年在千叶石化厂利用多余低压蒸汽(28公斤厘米 、160，72吨时)藉透乎发电8290千瓦。金陵石化公司化肥厂回收利用汽提后放空的低压蒸汽(25公斤厘米 ，l50 ，10吨时)驱动低位能透平带动
14、1300千瓦的循环水泵，不仅回收利用低温余热作功带动循环水泵，而且此机组投运后停运一台汽流量8吨时的中压透平。金陵石化公司炼油厂已安装完成催化裂化烟气透平，待适当时候将投入使用。利用低沸点有机工质朗肯循环发电具有发电效率高的优点。各国从事研究开发较为活跃，据统计，全世界已制造有机工质透平2000多台。同时，它在工业排弃余热开发应用中也有广阔的发展前景。如日本气体化学工业公司水岛厂1968年利用低拂点工质R-11作功，输出功率3800千瓦，驱动装置内的冷冻机，多余的功率再发电。从而回收二甲苯分馏塔塔碾二甲苯潜热285吨标油时。我国燕山石化公司东方红炼油厂早在1985年就利用低沸点工质丁烷作功带动
15、循环水泵回收油品余热(汽油148，轻柴油170)也取得成功。3.1.2.1美国机械技术公司美国机械技术公司针对炼油、化工厂工艺装置余热源的平均温度和可用以发电的余热规模，设计了以R-113为工质的系统。选用R-113为工质的OCR系统，优点是,无毒、不燃烧、无腐蚀性、热稳定性好，典型的朗肯循环运行范围是：蒸发器：82-127，284.1-788.1千帕，冷凝器：27-43，47.6-82.7千帕，透平机械的设计, 按照简单、可靠、运转期长、辅助系统少及部件通用性大等要求来进行。在结构上采取如图所示的方案。将整个系统设计成全部旋转件（冷凝泵除外）,均安装在一根轴上,并包容在一个公共壳体内,外壳按
16、第类压力容器的规范制造,壳体内仅有R-113一种流体,不需要轴封和联轴节。垂直轴上自上而下装有给液泵、推力轴承、发电机（感应式）、驱动透平（单级径向式透平）。发电机靠泵和上部轴承泄出的R-113工质液体自由落来进行充分冷却。工质既作轴承润滑剂,又作发电机冷却介质，最后排至位于底部的冷凝器中。标准功率设计范围一千瓦。当需要输出千瓦以上的电功率时，可将二个以上的机组并联或串联布置运行。3.1.2.2以色列ORMAT公司提到使用有机工质的透平机组以及低温余热利用，人们会想到我国西藏的羊八井地热电站。羊八井建起的第一台1300千瓦的地热发电试验机组，是以色列ORMAT公司生产一种利用有机烷类为工质的透平发电机组，以异戊烷最常用。异戊烷一般为无色液体，能与醚、烃类和油类任意混
