祁世杰(中國昆侖工程有限公司遼寧分公司，遼寧 遼陽 111003)

0 引言

化工工業(yè)是將天然物質(zhì)或其他自然物質(zhì)作為原材料，并根據(jù)不同物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及其特點進(jìn)行相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)工程。大量使用這些自然的物質(zhì)存在著資源浪費、資源匱乏、環(huán)境污染等問題，有些資源使用過后并不可再生致使資源逐漸缺少。在化工工藝實施過程中，節(jié)約資源是十分重要的，能源的節(jié)約能有效地將所節(jié)約到的能源放在更多的領(lǐng)域上去實施，進(jìn)而起到回收利用的作用。

1 生物質(zhì)碳化伴生氣余熱回收工藝

現(xiàn)有通用的生物質(zhì)碳化工藝，通常使用低高溫碳化工藝及其設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，低高溫碳化工藝指在低溫條件下，低溫碳化過程所產(chǎn)生的伴生氣體因熱值低很難燃燒被利用，低溫產(chǎn)生的伴生氣體多數(shù)都直接排空。在高溫條件下，高溫碳化過程中產(chǎn)生較高溫度的伴生氣體，一般通過簡單提純、過濾等手法處理后被利用，雖然此類方法可一定程度的提高利用效果，但是仍然存在著很多問題：(1)在低溫條件下所產(chǎn)生的低溫伴生氣體熱值低不易被利用導(dǎo)致直接排空，造成能量資源的浪費以及環(huán)境的污染；(2)在高溫條件下產(chǎn)生的伴生氣體存在著焦油、灰塵等的各種雜質(zhì)，生產(chǎn)過程中要處理起來難度較大，成本投入高；(3)全自動化程度低；(4)氧化效率不理想且還需要借助外界的能量來維持運作，技術(shù)陳舊能耗較大。

新技術(shù)的余熱回收裝置包括啟動預(yù)熱系統(tǒng)、逆流氧化系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)三個系統(tǒng)組成。該設(shè)備在將液化氣及空氣混合燃燒產(chǎn)生的熱量作為設(shè)備啟動的初始能量，該裝置采用高溫?zé)崮媪鲹Q向氧化工藝，其原理是讓低溫碳化過程產(chǎn)生的低熱值伴生氣體可在高溫環(huán)境下自主氧化。在這一過程中，產(chǎn)生的熱量一邊提供給伴生氣體氧化過程所需要的能量，另一邊也利用該熱量作為給外界提供的熱輸出。液化氣和空氣在該設(shè)備的混燃器中進(jìn)行完全燃燒，產(chǎn)生的高溫氣體對逆流氧化系統(tǒng)中的蓄熱介質(zhì)石英砂進(jìn)行加熱。當(dāng)石英砂被加熱達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度時，設(shè)備將自動切斷液化氣停止燃料供料讓其自行升溫。該設(shè)備具備的優(yōu)點有：使低溫狀態(tài)下的低熱值伴生氣體能充分燃燒并將能量回收利用，與一般技術(shù)相比減少污染氣體排放更環(huán)保，對減低尾氣處理要求大大降低并大幅度提升燃料利用率，自動化程度高，需要燃料量低，節(jié)能顯著突出，新技術(shù)達(dá)到了環(huán)保節(jié)能的目的[1]。

2 高溫余熱回收裝置

通常氣體余熱回收設(shè)備的工藝原理是將高溫氣體分成幾部分傳遞熱量，達(dá)到高溫介質(zhì)降溫的目的，并將設(shè)備內(nèi)部的水加熱蒸發(fā)獲得蒸汽，高溫氣體能降低到合適的溫度，降溫后的氣體從設(shè)備排出去后續(xù)工序。該設(shè)備選材要求相對較高，不僅增加投入成本，還加大了生產(chǎn)過程的復(fù)雜程度。新出現(xiàn)的裝置為臥式三重套管高溫余熱回收裝置，有效的解決了一般設(shè)備中存在的不足。該設(shè)備制作的條件不高，故成本無需增加太多。

如圖1所示，該設(shè)備的優(yōu)點在于：(1)直連式的設(shè)計，很大程度上舍去了傳統(tǒng)設(shè)備中的高溫引出管。而高溫引出管往往使用合金鋼管制造。通過減少使用合金鋼這類昂貴材料可達(dá)到節(jié)約成本目的。在另一層面還能降低能量損失，提高余熱回收效率最終可提高產(chǎn)品產(chǎn)量。(2)該裝置利用三重套管式的構(gòu)造模式，選用了合成塔-臥式廢熱鍋爐一體化的直連式設(shè)計，讓生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫氣體首先流向不受壓的內(nèi)套管內(nèi)，將高溫氣體降至合適的溫度后再和水進(jìn)行傳熱工作(高壓鍋爐管內(nèi)進(jìn)行)，因不接觸介質(zhì)故鍋爐管可使用低等級材料，延長檢修周期，不僅能節(jié)省成本，還使需購買的材料更容易獲得，在安全方面更利于平穩(wěn)運行。(3)裝置在高壓聯(lián)箱內(nèi)部設(shè)置了分隔措施，將高溫、高壓分成兩部分由內(nèi)外兩個聯(lián)箱承擔(dān)，有效降低了承壓板所受到的壓力，這樣能有效的提升設(shè)備的運作效率，在制造材料方面降低對外聯(lián)箱的選材要求和制造難度，能在節(jié)省成本的同時也很大程度上確保了設(shè)備安全。(4)制氣、變換、合成等各個步驟中所產(chǎn)生大量的余熱，使用該設(shè)備進(jìn)行余熱回收可減少能源的損耗，達(dá)到化工工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能的目的。

圖1 臥式三重套管高溫余熱回收裝置

3 石油化工中可使用的工藝余熱回收利用裝置

石油化工裝置存在許多可利用的熱量。例如石化企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品過程中會有很多地方有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，通常放熱的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量會因反應(yīng)物化學(xué)性質(zhì)及反應(yīng)條件的不同，介質(zhì)的溫度也不相同，但多數(shù)是通過使用冷卻水冷卻將這部分反應(yīng)生成熱帶走。出于對這一環(huán)節(jié)考慮，在工廠內(nèi)構(gòu)建出冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，因為冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的供水溫度相對較低且固定(由當(dāng)?shù)貧庀髼l件決定)，將相對高溫的介質(zhì)冷卻后，這部分本可以利用的熱量將不能被使用。且循環(huán)水系統(tǒng)還需用電能將冷卻水強制驅(qū)動在循環(huán)冷卻水涼水塔處將熱量釋放，造成了很大的能量浪費。

而工藝余熱分級回收利用裝置可將化工裝置中的類似余熱回收分級利用，該裝置能回收余熱并將其利用的方法是：設(shè)置多個不同溫度級別的冷卻循環(huán)單元，該裝置同原有的化工工藝的冷卻系統(tǒng)和化工工藝中的反應(yīng)釜連接(石油化工工藝流程中的原有設(shè)備，也是本裝置回收利用的熱源和需要冷卻的設(shè)備)，在裝置工作時，時刻監(jiān)測進(jìn)出水口的溫度，如果進(jìn)水口處的溫度小于或者等于原來的冷卻系統(tǒng)中的冷卻水溫度時，再把出水口溫度進(jìn)行一一對比后將相同溫度的冷卻水流入其中。如果進(jìn)水口處的溫度高于所有冷卻水循環(huán)單元的出口溫度時候，裝置則會自動將循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和反應(yīng)釜連接起來，恢復(fù)為全廠用循環(huán)冷卻水為冷卻介質(zhì)的流程。

如圖2所示，該裝置能解決現(xiàn)有化工裝置中工藝存在的冷卻循環(huán)水耗能過大，循環(huán)水余量不足，余熱不能被完全利用的問題，且很好地把各個階段通過化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行分層次逐級收集起來，并對不同溫度進(jìn)行不同的回收處理，可將其分別用于制冷、供暖、工藝介質(zhì)加熱等方向，最大程度上將化工裝置中余熱充分利用[2]。

圖2 工藝余熱分級回收利用裝置

4 煤氣余熱回收工藝裝置

該裝置屬于煤氣回收系統(tǒng)的工藝單元，適用于需要對煤氣冷卻時可余熱回收利用的裝置。其余熱回收工藝是將蒸氨裝置生產(chǎn)操作過程中剩余的廢水送至煤氣橫管式初冷器中，經(jīng)換熱后的蒸氨廢水可得到高溫煤氣中的熱量達(dá)到預(yù)熱的目的，能為后續(xù)蒸餾過程節(jié)省能量。煤氣則在初冷器上層部分被蒸氨廢水冷卻，后在下層部分再用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻。高溫煤氣中的熱量被蒸氨廢水所獲取，提高溫度后再送往氨水蒸氨裝置進(jìn)行使用。大多數(shù)技術(shù)方案為僅使用循環(huán)冷卻水將煤氣的熱量帶走，需消耗冷卻介質(zhì)的冷量，既浪費了熱煤氣中的熱能，又需要增加額外過多的電能消耗，存在能源的浪費。與通用技術(shù)相比較，該裝置生產(chǎn)工藝的方法并不復(fù)雜，但可將其能耗水平降低10%～20%，該工藝過程中并不需要額外提供動能，這樣可大幅度減少運行成本，還可達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的[3]。煤氣余熱回收裝置如圖3所示。

圖3 煤氣余熱回收裝置

5 結(jié)語

在很多化工裝置中能夠以不同形式實現(xiàn)余熱回收，在設(shè)計化工工藝裝置的時候需要將各個單元細(xì)分開來考慮，對化工工藝進(jìn)行深入的研究并制定策略，在逐步摸索中完善化工工藝。還需對國內(nèi)外的余熱回收節(jié)能技術(shù)及設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)，在借鑒后加入自己的觀點，以求對新建及現(xiàn)有工藝裝置能達(dá)到更加節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的目的。