油田采油污水余热综合利用技术
王铎
[摘 要]依据热平衡计算分析和工程应用分析，对加热炉余热资源回收利用技术进行了全面的概括和对比分析。钢铁企业有丰富的余热资源，余热资源的回收及利用不仅能有效降低企业的碳排放，而且能产生巨大的效益。轧钢加热炉的余热有烟气余热、水冷系统余热等，占加热炉燃耗的50%左右。某轧钢厂加热炉通过实施汽化冷却和烟气余热综合利用改造，实现了加热炉余热资源的高效利用，获得了良好的经济效益和社会效益。
[关键词]加热炉；综合余热利用；烟气余热；汽化冷却
中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0035-01
引言
目前我国工业生产中有大量余热尚未得到有效利用。例如，我们曾对某个处于我国钢铁行业前列的钢铁公司的轧钢加热炉进行过测试，其排烟温度在359.80C左右，热效率不到50%，比目前我国电厂锅炉所能达到的热效率水平低得多。
1 加热炉余热综合利用技术方案的选择
从方案设计、设备选型、设备利旧等诸多方面进行了详细而充分的技术交流，形成了两种技术方案。方案一：加热炉水梁进行汽化冷却改造，水梁、立柱及耐热垫块不利旧，双管立柱重新布置，循环回路由8个改为10个；采用外置烟道，从空气预热器后将高温烟气引出，在加热炉旁的空地上设置余热锅炉，烟气通过余热锅炉后通过引风机经原加热炉烟囱排出。余热锅炉设省煤器、蒸发器和过热器，排烟温度降至150℃。烟气余热系统和汽化冷却系统共用一套除氧给水系统，除氧蒸汽从外部低压管网引入。从汽化冷却系统汽包分离出来的饱和蒸汽和余热锅炉产生的饱和蒸汽合并进入余热锅炉过热器，并入蒸汽主管网送低压蒸汽电站发电。方案二：加热炉水梁进行汽化冷却改造，立柱、耐热垫块全部利旧，纵水梁部分利旧，立柱内部芯管全部更换，立柱与纵水梁连接部位改为三通，立柱底部改成端封结构。烟气余热利用改造采用蒸发器+过热器内置式。蒸发器产生的汽水混合物与汽化冷却产生的汽水混合物分别进入共用的汽包，在汽包中完成汽水分离。饱和蒸汽从汽包进入烟道内设置的过热器。汽化冷却系统和烟气余热回收系统共用给水除氧系统、循环泵和汽包。除氧用蒸汽采用加热炉自产饱和蒸汽。
2 加热炉汽化冷却系统改造
本着安全、可靠为主要设计原则，采用了以下措施：
2.1 采用强制循环汽化冷却
步进梁式加热炉采用汽化冷却技术冷却支撑梁及其立柱，由于加热炉结构的限制，只能采用强制循环汽化冷却。尽管强制循环比自然循环多消耗循环动能，但它比自然循环有更高的冷却可靠性和安全性。
2.2 高循环倍率
系统采用较高的循环倍率也就是降低循环管路中的汽化率，提高冷却构件中的循环流速，从而避免汽水分层现象，保证水梁有较好的冷却效果。
2.3 设置循环流量控制装置
在每一冷却回路给水管上均设置调理设备，调理每一回路循环流量。运转中，当某一回路的循环流量低于设定值时，通过调整流量调理设备，使该回路的流量康复正常。在步进梁和固定梁的进水总管上也分别装有流量丈量设备，用于核对各支管流量的丈量准确性，保证运转中对各冷却回路的流量监控。
3 加热炉烟气余热利用改造
3.1 排烟温度及烟气侧阻力损失的确定该厂加热炉为上排烟
烟囱采用钢结构烟囱形式，烟囱布置在烟囱跨的炉子烟道钢平台上。受烟囱横向风振荷载的影响，烟囱的高度只能达到56m，烟囱的抽力受到了限制，因此必须保证一定的排烟温度，才能满足炉子的排烟要求。加热炉采用自然排烟方式，烟气依靠烟囱产生的抽力排入大气。烟囱抽力一方面来自烟囱自身高度，烟囱高则抽力大；另一方面来自烟囱底部烟气温度，烟气温度高则烟囱抽力大。要在烟道内增加余热锅炉受热面，也就增加了烟道内烟气的阻力。这个“阻力”需要烟囱的“抽力”予以克服才能顺利排烟。
3.2 排烟温度应考虑酸露点腐蚀问题
烟气中含硫，低温下与水分结合会生成H2SO4，对烟道及金属烟囱内的金属部件形成酸性腐蚀。一般为避开低温腐蚀，受热面管壁温度会高于烟气温度30～60℃。另外，该厂提供的燃料资料，加热炉的燃料为混合煤气，煤气中H2S含量约为1200mg/m3。经计算，确定烟气的硫酸露点约为170℃。因此，为保证布置余热锅炉受热面的使用寿命，减少或降低酸腐蚀造成的损害，其通过受热面排出的烟气温度不应低于230℃。
4 演示工程运用
2013年12月将公司自主研制的加热炉余热资本收回利用技能成功地运用于该轧钢加热炉工程，首要经过如下技能完成了加热炉余热资本的收回运用。（1）在加热炉烟道设置预热器，以收回出炉烟气带走的热量，节约燃料。加热炉设置空气预热器，将助燃空气预热至480℃以上，空气预热器的型式为带刺进件的金属管状预热器；煤气预热至200℃以上，煤气预热器形式是光管金属管状换热器，以削减煤气换热器的阻塞。（2）经过在烟道内设置高效内置式余热锅炉，对换热器后的烟气余热进一步收回运用，使烟气排放温度降低到200℃以下，收回发生蒸汽并网或发电，进步动力综合运用功率。（3）汽化冷却水梁。选用汽化冷却体系，使炉内水梁冷却件发生的热量得以收回运用，在进步炉内钢坯加热质量的一起，有效地降低了钢坯加热“黑印”，一起炉内水梁冷却件发生的饱满水蒸气收回并网或发电。（4）增设一套发电体系，余热资本（加热炉烟气、热水、蒸汽等介质）经过极限收回发生蒸汽送入发电机组发电。
5 运转状况及效益剖析
该180t/h燃高焦混合煤气轧钢加热炉余热资本收回运用技能演示工程，于2013年12月投产运用至今，加热炉体系及其换热器、余热锅炉、发电机组等配套的余热收回体系出产状况安稳，运转状况杰出，加热炉演示工程余热收回体系。5.1经济效益
关于加热炉选用汽化冷却设备和低温煙气余热收回设备+蒸汽发电体系，年净利润可达567万元，出资利润35.3%，出资收回期2.8年。阐明该余热资本收回循环运用集成体系收益高，出资报答期短，经济效益十分可观。3.2社会效益和环境效益收回加热炉烟气余热发电后，年节约标煤6221t，年削减CO2排放16300t。该加热炉余热资本收回运用技能可节约动力，改进环境，推进经济可持续发展，具有杰出的公司经济效益和明显的社会效益，市场前景十分宽广。
5.2 社会效益和环境效益
收回加热炉烟气余热发电后，年节约标煤6221t，年削减CO2排放16300t。该加热炉余热资本收回运用技能可节约动力，改进环境，推进经济可持续发展，具有杰出的公司经济效益和明显的社会效益，市场前景十分宽广。
结束语
依据加热炉余热资本性质分类，经过余热资本收回运用技能及其换热器、余热锅炉、发电机组等配套设备，完成了余热资本最大极限的收回与运用。在加热炉体系上的实践证明，该余热资本收回技能不只能够进步加热炉燃料运用率，一起将烟气、蒸汽等余热资本得到合理有效的运用，经济效益和社会效益明显，值得大范围推行和运用，具体作用包含以下几点：（1）依据工况，完成各余热收回手段的智能化组合，使余热收回运用高效化，使加热炉热功率进步30%以上；（2）发生电能自用或并网，节约很多动力，可作为加热炉自身的安全用电，省去原有的安全供电体系一套和柴油泵备用体系一套。
参考文献
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