1、抚顺干馏装置部分循环冷却水余热的回收利用摘要：本文主要介绍抚顺干馏装置生产过程中循环冷却水余热的产生形式，应用热交换技术实现热能的转化，以及这部分能量的回收所得到的环境和经济效益。关键词：抚顺干馏装置 循环水余热利用 热污染 节能在石油工业生产过程中，无论是人造石油厂还是石油炼制工厂，十之八九都伴随热能进行输入和输出。抚顺干馏装置的特点决定了其在干馏生产过程中必然伴随着大量的热能，其中包括气态蒸汽显热和液态高温水显热，这部分显热如能全部或部分加以回收利用将会带来巨大的经济效益和社会效益。一、抚顺式干馏装置循环水余热的产生抚顺干馏装置由三台加热炉、二十台干馏炉以及洗涤饱和塔、冷却塔和凉水塔等组成
2、。页岩在干馏炉中进行干馏过程的热源由两部分组成，一部分是干馏炉发生段页岩半焦中固定碳与炉底主风中的氧气发生氧化反应放出大量的热，约占干馏需要热量的 70%；另一部分是通过间歇式加热炉提供的热循环瓦斯气，约占干馏需要热量的 30%，从干馏炉中部直接供热。两部分热源于干馏炉混合室相遇，混合后给干馏段供热。干馏炉出口的干馏产物经过一系列冷凝、冷却后得到页岩油产品。在冷凝、冷却过程中存在着大量的传热。其主要是以对流传热的形式进行。无论是在加热炉燃烧还是热循环瓦斯气加热过程中都存在着大量的冷却水的使用，并且存在着大量的热能，另外洗涤饱和塔、冷却塔和凉水塔的冷却水也存在着大量的热能。下面主要介绍一下这两部
3、分热能的产生。1、抚顺加热炉大砣回水余热的产生三台加热炉其中两台燃烧加热，另外一台通热的循环瓦斯给干馏炉干馏供热，冷却水通过泵送至三台加热炉大砣水封，通过热交换加热后的水由泵输送至凉水池进行冷却降温后循环利用，冷却过程中将能量释放掉。冷却水经过一、二部加热炉大砣加热前后的温度及流量见图-1 及图-2 所示，通过图-1 中加热炉上水温度（1）和加热炉出水温度（2）两条曲线可以看出，冷却水平均被加热 15左右，如图-2 所示其流量在 251-255 m3/h 左右，按图-1 温度差，按照公式（1）计算：Q=CGT （1）式中： Q：热量C：水的比热，取 Kcal/KgG：水质量T：温度差按下限向大
4、气中散发热量约 Q=3.77106Kcal/h 的热量。循环冷却水中赋存的余热量十分巨大，温排放易引起严重的热污染。这部分热量可以通过设计、改造后回收利用。2、冷却塔冷却水余热的产生干馏装置冷却塔主要作用是将干馏产物瓦斯气的再次冷却和洗涤，冷却水通过热交换加热后通过泵送至凉水塔进行冷却降温再循环使用。冷却水经过凉水塔 冷却前后温度及流量见图-3 和图-4 所示，通过图-3 中凉水塔出口冷却水温度（1）和凉水塔入口冷却水温度（2）可以看出，在凉水塔冷却过程中水温度平均降低 11-12左右，如图-4 所示其流量在 705-715 m3/h 左右，一、二、三部三台冷却泵同时作业，按图-3 温度差，按
5、照公式（1）计算，按下限向大气中散发热量约 Q=2.33107Kcal/h 的热量。这部分热量可以通过设计、改造后回收利用。在抚顺干馏炉进行页岩干馏生产的同时，有很多热量伴随着产生和消失，其中一部分可以计算得到其热量并可以实现回收利用，但是大部分较难实现回收利用，例如干馏炉水盆每时每刻都在以蒸汽的形式向大气及干馏炉中扩散热量，这也是相当可观但无法或很难实现回收利用的一部分能源；冷却池、洗涤池每日通过散热等形式向大气中散热，另外瓦斯排送机的轴承冷却水的余热，这部分能量也是较难回收利用的。二、循环冷却水余热对环境造成的污染及回收利用的价值对冷却塔和凉水池而言，其蒸发散热加以风吹影响，使大量热量和水
6、滴进入大气环境，会使空气局部温度、湿度升高。如前面介绍循环冷却水在冷却过程中向其排放的环境释放出极其巨大的余热能量，如此巨量的废热排放必将使局部生态环境遭受热污染。必须重视循环水余热的回收与利用，这是关系到节能、保护生态环境和资源综合利用，转害为利、化废为宝的大好事情。在工业上，目前我国总的能源利用率也不高，平均还不到 30。欧美一些比较发达的国家，差不多已达到 4050，而缺少能源资源的日本，达到 57。通过数据可以看出浪费掉的余热比利用的热量还多。查 2004年资料，全世界煤炭生产量为 55.38 亿吨，比上年增长 6.81%。其中中国煤炭生产量为 19.56 亿吨，增长 13.19%，占
7、世界煤炭生产总量的35.32%。全世界煤炭消费量为 55.64 亿吨，增长 6.30%。其中中国煤炭消费量 19.17 亿吨，增长 14.64%，占世界消费总量的 34.40%。中国的煤炭生产量与消费量占世界比重的 1/3，均列世界第一位。如此巨量煤炭资源的消耗和如此低热能的利用率之间的鲜明对比，使我们不得不在资源的有效利用上思考、研究、开发和利用。抚顺干馏装置循环水供应稳定，有较稳定的温度差，其条件符合热交换器对水源温度和压力的要求。通过对干馏装置循环冷却水余热的回收，利用到锅炉采暖、工业用途及民用等当中，可以减少燃料煤的消耗。我们每减少 1t 标准煤的燃烧，便可少排放 CO2440kg、S
8、O220kg、烟尘：15kg、灰渣：260kg，能有效地改善大气及环境质量。因此，利用循环冷却水余热节约煤炭资源，不仅是资源的节约，更可减少燃煤的负面环境效应，非常有利于环境保护。通过前面的计算，可以看出，仅加热炉大砣、冷却塔循环水向空气中散发的热量就达 Q=2.71107Kcal/h，这部分热量仅是抚顺干馏装置循环水余热的冰山一角。仅以热交换器进行热交换，计算利用余热的经济和环境效益，如果考虑到冬夏温度差对水温的影响，高温可平均达到 60左右，均属于低品位热能。利用热交换器对这部分能量 Q=2.71107Kcal/h 进行转化，折合成 5000 Kcal/Kg 燃料原煤计算，按热能利用率为
9、60%计算，可节约燃料煤 3.25t/h 左右，按照年355 天生产日计算可节约用煤 2.77 万吨左右，按照当前市场价格 418 元/吨计算，年可节约资金 1157.9 万元。不但节约了能源，创造经济效益，更改造了环境效益。随着社会的发展和创建节约型企业步伐的推进，以及企业的发展和能源的日益减少的矛盾促使企业正在向节约、环保、循环经济方向努力。为保证社会经济的可持续发展和资源的最大限度利用，在一些发达国家已经提出了建立“循环型社会”的 21 世纪发展的重大战略目标，并从工业生产和人民生活等各个方面有机关联的多层面予以实施。干馏装置循环冷却水余热利用问题正是实施“循环型社会”战略目标中的一个层
10、面，它关系到节能、资源综合利用以及生态环境保护等问题。上文已谈到，循环冷却水余热的可利用量很大，回收这部分热能对于节约能源和煤炭资源的意义是重大的。如前所示循环水的前后温度差都在 10-15之间，这一热量损失对干馏装置生产过程是不可避免的，只有通过其它途径加以利用，以期部分或全部回收。三、干馏装置循环冷却水余热的回收利用在石油工业中，广泛的应用各种换热设备来完成物料的加热和冷却过程，目前应用较广泛且较成熟的余热回收设备是热交换器和正在试生产阶段的热泵，已在工业余热回收中得到部分应用。其中热泵已有了多种类型：如压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵，虽然，近年来国内、外陆续在太阳能利用和工业余热
11、利用领域开展了固体吸附式热泵的应用性研究，也取得了不少较成功的实验结果，但是在商业化生产中只是初期的阶段。热交换器按结构分可分为： 回转型热交换器 、热回收环热交换器 、热管式热交换器 、静止型板式热交换器。由于高效率是所有热交换器的目标，而节省能源是使用者的需求，密集化则是热交换器的新趋势，层板式热交换器则是此项需求下的一项新产品。其种类可涵括板式热交换器、层流热交换器等等。这些热交换器中，板式热交换器可广范应用。由于板式热交换器的高密集度及高热传效率，所以在同样的热传需求下，可有较少的体积。一方面可显著提高工业生产中的热能利用率，降低热能和电能消耗，节约能源；另一方面，可以大幅度地减少换热
12、设备的传热面积，节约金属材料，降低成本。1、循环冷却水换热的工艺流程依照公式（1） ，如果 Q 一定，如图-5 所示，忽略传热系数及流动形式的影响，流量 G 和温度 T 之间关系，可以通过控制流量 G 的大小，实现出口对温度 T 在热平衡范围内的要求，从而达到生活或生产使用要求。通过公式（1）参数可以看出，可以通过控制热侧和冷侧的温度及流量等参数来实现在热平衡范围内对热侧出口温度的要求。由公式（1）分别应用到冷侧、热侧可以看出，在冷侧入囗、热侧入口温度一定的情况下，通过控制热侧出口流速和冷侧入口流速的方法可以实现达到传热要求，另外可尽量提高冷侧出口温度以达到换热器的设计要求。其工艺流程可如图-6 所示，其工艺流程简单，不需要经过过多的处理，只通过泵加压即可满足生产要求，中间过程能量损失小。通过阀门控制出口和入口冷热水流量，可达到使用要求。四、结论抚顺干馏装置产生巨大的循环水余热，余热的利用问题是 21 世纪发展十大能源之一，如此巨额数量的余热能源的回收利用，本身就是资源和财富。抚顺干馏装置循环水余热的回收利用，经过理论分析及计算，可以通过利用热交换器达到能量的转化，实现生产和生活的需要，提高能源利用率。参考文献：1、 油母页岩低温干馏工艺 石油化工学院2、 人造石油加工过程及设备 石油化工学院3、 流体机械张景松 中国矿业大学出版社4、 化工原理 王志魁 化学工业出版社
