煉廠低溫余熱利用的節(jié)能潛力分析

煉廠低溫余熱利用的節(jié)能潛力分析

1低溫余熱利用根據(jù)工業(yè)和信息化部最新發(fā)布的《石膏和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，全面成效“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)。在“十二五”期間，石化行業(yè)單位的工業(yè)總產(chǎn)值降至30%，能耗降低20%，二氧化碳排放量降至17%。需要氧化氮、二氧化硫、氨氮和二氧化硫的主要污染物的排放量應(yīng)分別減少8%、8%和10%。應(yīng)有效控制生產(chǎn)廢物。對(duì)于煉油企業(yè)壓力最大的,就是發(fā)展規(guī)劃中明確要求“十二五”期間煉油裝置原油加工能耗需低于86kg標(biāo)煤/t(折合60.20kg標(biāo)油/t),而目前國內(nèi)大部分煉廠的煉油綜合能耗均高于此值,因此,節(jié)能降耗是擺在每個(gè)石化企業(yè)面前的重要任務(wù)。隨著煉廠規(guī)模日趨變大以及節(jié)能法規(guī)的日益嚴(yán)格,煉廠范圍內(nèi)熱能的綜合利用,尤其是以往不被重視的低溫余熱的優(yōu)化利用越來越受到重視。煉廠中熱能利用的一般原則為:熱工藝物流首先與需要加熱的冷工藝物流換熱,剩余熱量考慮產(chǎn)生蒸汽或熱水,剩下的更低溫位的熱量需用循環(huán)水或空冷器冷卻到需要的溫度?；谏鲜鲈瓌t,一般情況下,大于300℃的中、高溫余熱用來產(chǎn)生3.5MPa的中壓蒸汽;200~300℃的中溫余熱用來產(chǎn)生1.0MPa蒸汽;170~200℃的低溫余熱用來產(chǎn)生0.5MPa蒸汽;小于170℃的低溫余熱可以用來產(chǎn)生熱媒水。在考慮了工藝技術(shù)水平及換熱設(shè)備能力,以多產(chǎn)蒸汽,盡量回收熱能這一前提下,目前煉油廠中低溫余熱一般是指80~170℃的工藝物流所具有的未被工藝過程利用的熱量[1~3]。本文在調(diào)研了大連、廣西等幾個(gè)大型煉廠的基礎(chǔ)上,分析了煉油廠產(chǎn)生低溫余熱的熱源及利用的熱阱,并提出了低溫余熱的利用方案,可為煉油廠改造和設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。2余熱利用量w目前,各大煉廠都普遍存在低溫余熱的部分利用,具體調(diào)研數(shù)據(jù)見表1?？梢钥闯?目前國內(nèi)千萬噸級(jí)煉廠的低溫余熱利用量大都在(10~20)×104kW之間。而通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),千萬噸級(jí)煉廠中,除了已經(jīng)利用的低溫余熱外,還存在大約(20~40)×104kW的未能利用的低溫余熱,都被空冷及水冷設(shè)備散失掉了,千萬噸級(jí)煉廠可利用的低溫余熱折合標(biāo)準(zhǔn)油大約為6~10kg標(biāo)油/t原油,這對(duì)煉廠完成“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)意義重大。3熱分析煉油廠能產(chǎn)生80~170℃低溫余熱的部位,主要存在于常減壓、催化裂化、延遲焦化及加氫類裝置中,具體產(chǎn)能部位見表2。4熱耦合分析目前,煉廠低溫余熱的利用主要有以下幾種途徑:采暖、制冷、油品加熱、伴熱、鍋爐除鹽水加熱、低溫余熱海水淡化、低溫余熱發(fā)電等[4~6]。4.1低溫?zé)崴糜捎跉夥盅b置各塔塔底所需溫度不高,能夠利用其他裝置的低溫?zé)?脫乙烷塔和丙烯塔可利用70~110℃的低溫?zé)崴鳛闊嵩?脫丙烷塔底溫度大于90℃,一般可利用催化裝置分餾塔頂循環(huán)回流油作為重沸熱源,也可以將全廠低溫余熱統(tǒng)一回收后,送至該裝置加以利用。這樣不僅降低了氣分裝置的能耗,還有利于降低全廠煉油能耗。類似情況還有MTBE等工藝裝置塔底重沸器等的應(yīng)用。4.2增設(shè)熱水罐,提高原油出罐溫度以回收的熱水為熱源,設(shè)置熱水-原油換熱器,以提高原油進(jìn)罐溫度滿足儲(chǔ)存和脫水的加溫需要,同時(shí)增設(shè)熱水至各原油罐加熱盤管跨線,用熱水滿足原油罐維溫需要的熱源。4.3提高吸收塔溫度利用低溫?zé)崴疄闊嵩?通過低溫余熱制冷機(jī)組制取5~15℃的冷水,用于焦化、催化、裂解吸收穩(wěn)定吸收塔,降低吸收塔溫度,提高吸收效果,降低焦化、催化、裂解裝置干氣中液化氣含量。制取的冷水可使吸收塔的操作溫度由40℃降至20℃,吸收效果大幅提高,從而降低干氣中C3以上組分含量,提高液化氣和丙烯收率。同時(shí),制取的冷水還可用于辦公場所制冷,避免用電和蒸汽制冷增加的消耗。4.4辦公用能其他能耗目前,隨著勞保福利設(shè)施的不斷完善,生活用能也相應(yīng)增加。此外,隨著企業(yè)的發(fā)展,辦公樓、中控室、分析化驗(yàn)室等用能也不斷增加,這部分能耗必然影響全廠綜合能耗。如果以低溫?zé)崛〈鲜鲇媚?可直接降低全廠綜合能耗。4.5低溫余熱海水淡化技術(shù)應(yīng)用效果煉油廠中的低溫余熱除了一般的同級(jí)利用外,目前還有低溫余熱海水淡化、低溫余熱發(fā)電等幾種升級(jí)利用方式。低溫余熱發(fā)電就是利用某些生產(chǎn)工藝過程中釋放出的部分熱能,使之轉(zhuǎn)為電能的過程。以目前實(shí)際運(yùn)行的某石化低溫余熱發(fā)電為例,余熱回收站汽輪發(fā)電機(jī)組配置規(guī)模為1×3000kW,運(yùn)行負(fù)荷為2800kW,以每年運(yùn)行8400h、電價(jià)0.53元/(kW·h)計(jì)算,年發(fā)電收入為1247萬元,其項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率為8.26%,低于石油行業(yè)基準(zhǔn)收益率10%,但達(dá)到了市政服務(wù)工程要求的收益率(8%)。低溫余熱海水淡化是指利用低溫余熱從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程,通過脫除海水中的大部分鹽類,使處理后的海水達(dá)到生活和生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)的水處理過程。目前,常用的低溫余熱海水淡化主要有多級(jí)閃蒸(MSF)、低溫多效(MED)和反滲透(RO)三大主流技術(shù)。以建設(shè)產(chǎn)水規(guī)模1000m3/h的海水淡化廠為例,單位造水成本約為多級(jí)閃蒸6.026元/t、反滲透5.582元/t、低溫多效蒸餾5.285元/t。5采用先進(jìn)的節(jié)能型流程,其重點(diǎn)低溫余熱利用的原則是“溫度對(duì)口,梯級(jí)利用”。簡言之,就是不要在溫度差異很大的熱源和熱阱間做直接匹配,避免造成大的損失。(1)優(yōu)化裝置工藝換熱流程,盡量少產(chǎn)低溫余熱。例如,采用先進(jìn)的節(jié)能型工藝流程,優(yōu)化操作參數(shù),采用高效設(shè)備,使設(shè)備的總用能實(shí)現(xiàn)最佳化;采用夾點(diǎn)分析技術(shù),優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò);注重相關(guān)裝置之間的熱聯(lián)合等。(2)低溫余熱回收與利用,其總體方案必須遵循“經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行可靠”原則。(3)低溫余熱的利用優(yōu)先考慮長周期運(yùn)行的同級(jí)利用,如除鹽水加熱、裝置重沸器熱源、儲(chǔ)罐加熱;其次考慮全年中部分時(shí)間運(yùn)行的同級(jí)利用,如采暖;最后考慮低溫余熱升級(jí)利用,這就需要煉廠根據(jù)各自的實(shí)際情況,因地制宜地采用低溫余熱制冷、發(fā)電、海水淡化等技術(shù)。6用戶熱源使用時(shí)間低溫余熱利用的關(guān)鍵,在于找到長期穩(wěn)定使用低溫余熱的用戶(熱源),使用時(shí)間與供熱時(shí)間越接近,換熱效率越高,意味著余熱利用越徹底,低溫余熱利用率越高。根據(jù)其熱利用率的大小,可分為同級(jí)利用和升級(jí)利用。6.1低溫?zé)崦剿到y(tǒng)從常減壓裝置、催化裂化裝置、加氫裂化裝置、芳烴抽提裝置、制氫裝置及渣油加氫等裝置來的低溫?zé)崦剿冗M(jìn)入隔油罐,除去水中可能攜帶的浮油、殘?jiān)?經(jīng)泵加壓后送至全廠的熱媒水管網(wǎng),然后分成幾路,去工藝裝置管道伴熱、原油罐區(qū)、建筑物采暖等用戶,作為加熱介質(zhì)使用。6.2對(duì)余熱余熱的利用(1)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況,如果需要上低溫余熱制冷,則部分低溫余熱通過低溫制冷機(jī)組制取5~15℃的冷水,一方面可以供辦公建筑空調(diào)制冷用,另一方面可以作為低溫冷卻介質(zhì)供給某些工藝裝置,用以提高目標(biāo)產(chǎn)品產(chǎn)率。(2)如果需采用低溫余熱發(fā)電,部分熱媒水可以先進(jìn)入隔油罐,除去水中可能攜帶的浮油,一級(jí)熱媒水閃蒸罐和一級(jí)凝結(jié)水閃蒸罐產(chǎn)生的蒸汽作為汽輪機(jī)的一級(jí)進(jìn)汽,二級(jí)熱媒水閃蒸罐和二級(jí)凝結(jié)水閃蒸罐產(chǎn)生的蒸汽作為汽輪機(jī)的二級(jí)進(jìn)汽。一、二級(jí)閃蒸蒸汽分別進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。蒸汽在汽輪機(jī)中做功后,進(jìn)入冷凝器冷卻成凝結(jié)水,這些凝結(jié)水除一部分補(bǔ)充到熱媒水管網(wǎng)中,其余送到全廠的凝結(jié)水系統(tǒng)管網(wǎng),集中處理回收使用。(3)如果煉廠在海邊且處于淡水缺乏區(qū)域,低溫余熱在同級(jí)利用之后還有大量剩余的情況下,可考慮低溫余熱多效蒸餾海水淡化應(yīng)用。根據(jù)需要,還可以采取諸如設(shè)置熱泵等其他升級(jí)利用措施。經(jīng)利用后的熱媒水溫度已經(jīng)降低,應(yīng)直接用泵送至全廠的熱媒水管網(wǎng),與從氣分、輕烴回收、MTBE等裝置回來的熱媒水匯合,繼續(xù)送到催化裂化、常減壓、加氫裂化、芳烴抽提、制氫及渣油加氫等裝置取熱循環(huán)使用。具體低溫余熱綜合利用方案示意圖如圖1所示。7低溫余熱回收利用(1)目前,國內(nèi)千萬噸級(jí)煉廠的低溫余熱利用量大都在(1