CN114543576A - 一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热利用系统，包括依次连通的蒸汽发生器、蒸汽预热/冷凝器系统和热回收系统，其中，蒸汽发生器与煤制乙二醇装置的脱醇塔塔顶相连，蒸汽发生器为卧式蒸汽发生器，用于产生低压饱和蒸汽；蒸汽预热/冷凝器系统用于在特定工况下预热或冷凝来自蒸汽发生器的低压饱和蒸汽；热回收系统用于发电。本发明通过使用卧式蒸发器，增加了蒸发面和蒸汽缓冲空间，提高了蒸汽质量；同时通过增设蒸汽预热/冷凝系统，当热回收系统出现故障无法正常工作时或当热回收机系统需要使用过热蒸汽进行发电时，通过启用蒸汽预热/冷凝系统对低压饱和蒸汽进行冷凝或预热处置，从而增加系统的稳定性、安全性和灵活性。

Description

一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热利用系统及方法
技术领域
本发明属于余热回收技术领域，具体涉及一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热利用系统及方法。
背景技术
随着工业的发展，世界能源的消耗量逐年增加，而地下常规能源的储量愈来愈少。不论工业、农业等部门以及人民的生活，无一不需要能源。能源问题在国内也已引起高度的重视。我国的能源利用率很低，约为28％，低于发达国家。能源利用率低的原因之一是余热利用不好。余热的来源主要有工业排气余热、高温产品及炉渣的余热、冷却介质的余热、化学方应过程中生成的弃热、可燃废气、废料、废液的热能以及废汽、废水的余热等。随着化石燃料的日益枯竭及环境问题的严峻，中低温余热的回收利用技术成为节能领域研究的重要课题。
目前工业上精馏是能耗高、余热量大的化工单元操作。但能量的有效利用率很低，供给精馏塔的热能，约有95％左右变成塔顶蒸汽的冷凝相变余热。因此，开辟多种途径，采用节能工艺，回收利用余热，降低再沸器能耗，实现精馏节能，是化工节能中的一个重要课题。
在煤制乙二醇装置中，脱除塔塔顶产生温度区间为140-180℃的低温余热，此类余热排放量巨大，但利用率极低，目前多采用循环水直接冷却冷凝的工艺，回收能力和效果有限。精馏塔塔顶低温余热回收利用技术在正压操作塔系统中较为常见，且一般都采用双塔之间的耦合加热方式，但在负压操作的情况应用很少，且很多精馏塔塔顶物料冷凝，既浪费循环水，又损失了热量。
发明内容
发明目的：针对现有技术的不足，本发明提供一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热利用系统，合理回收利用了脱醇塔塔顶低温余热，且对于塔顶为真空操作时，仍可以对塔顶余热进行回收，并考虑到了热回收机系统的多种工况，从而达到了节能减耗的效果，增加了系统的灵活性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热利用系统，包括依次连通的蒸汽发生器、蒸汽预热/冷凝器系统和热回收系统，其中：
所述蒸汽发生器与煤制乙二醇装置的脱醇塔塔顶相连，所述蒸汽发生器为卧式蒸汽发生器，用于利用脱醇塔塔顶物料和锅炉给水的换热并产生低压饱和蒸汽，所述低压饱和蒸汽进入低压蒸汽管网；
所述蒸汽预热/冷凝器系统与煤制乙二醇装置的蒸汽管网相连通，所述蒸汽管网可向蒸汽预热/冷凝器系统提供蒸汽用于预热；所述蒸汽预热/冷凝器系统设置有循环水上水和循环水回水阀门，用于实现对蒸汽预热/冷凝器系统中的蒸汽进行冷凝；
所述热回收系统用于利用来自蒸汽预热/冷凝器系统的低压饱和蒸汽进行发电，包括蒸汽加热器和汽轮机。
其中，所述蒸汽发生器表面设置有脱醇塔塔顶物料进口、锅炉给水进口、冷凝后物料出口和换热后低压饱和蒸气出口，塔顶气相物料通过脱醇塔塔顶物料进口走管程，锅炉给水通过锅炉给水进口走壳程，两者换热后产生低压饱和蒸汽，被冷凝的物料通过冷凝后物料出口输送到相应容器。
所述蒸汽预热/冷凝器系统包括依次连接的蒸汽预热/冷凝器、蒸汽冷凝液缓冲罐和蒸汽冷凝液泵，由蒸汽预热/冷凝器冷凝下来的蒸汽冷凝液进入蒸汽冷凝液缓冲罐，并通过蒸汽冷凝液泵输送至冷凝液收集系统。
所述蒸汽预热/冷凝器与蒸汽发生器之间设置有压力调节阀，所述蒸汽预热/冷凝器与热回收系统之间设置有流量调节阀；低压蒸汽管网的压力由热回收系统的汽轮机转速及压力调节阀分程控制实现；当热回收系统出现故障时，该故障将连锁关闭与蒸汽预热/冷凝器系统相连的蒸汽管网上的开关阀。
优选地，所述汽轮机的进口总管道上设置有蒸汽混合器。
本发明还提出了基于上述装置对煤制乙二醇装置副产蒸气余热进行利用方法，具体地，利用脱醇塔塔顶产品的相变余热和锅炉给水在蒸汽发生器中换热产生低压饱和蒸汽，所述低压饱和蒸汽进入低压蒸汽网管后，根据不同工况分别做出如下处理：
(1)所述低压饱和蒸汽直接用于发电的工况：低压饱和蒸汽经过未启用的蒸汽预热/冷凝器系统，进入热回收系统，当该工况正常运行时，所述低压蒸汽管网的压力由热回收系统中的汽轮机转速控制实现；当该工况非正常运行时，蒸汽预热/冷凝器系统开始投用，低压蒸汽管网的压力由汽轮机转速及压力调节阀分程控制实现，管网压力出现波动或不足，压力调节阀自动调节，循环水投用，蒸汽预热/冷凝器系统开始对蒸汽进行冷凝；
(2)所述低压饱和蒸汽用于提供过热蒸汽的工况：该工况正常运行时，来自煤制乙二醇装置系统的蒸汽管网的蒸汽进入蒸汽预热/冷凝器系统，将低压饱和蒸汽预热到微过热状态，两股蒸汽在蒸汽预热/冷凝器系统中完成预热，得到的过热蒸汽进入热回收系统进行发电，在该工况下，还可以用于以R600a为有机朗肯循环工质的余热发电系统，该技术具有循环机动性好、系统操作温度低、安全性高的特点；
当非正常运行时，热回收机故障连锁关闭煤制乙二醇装置系统的蒸汽管网上的开关阀，停止向蒸汽预热/冷凝器系统提供蒸汽，然后手动打开蒸汽预热/冷凝器系统中循环水上水和回水阀门，进行蒸汽冷凝的步骤。
优选地，在热回收系统的汽轮机的进口总管道上设置蒸汽混合器，当煤制乙二醇装置蒸汽有富余时，富余蒸汽进入蒸汽混合器，低压饱和蒸汽和装置富余蒸汽在蒸汽发生器混合，混合后得到的蒸汽直接用于发电。
其中，所述富余蒸汽的压力为1.7MPaG，温度为220℃，与低压低压饱和蒸汽进行混合后，得到的蒸汽压力≤0.09Mpa温度为170-190℃。
其中，利用脱醇塔塔顶产品的相变余热和锅炉给水在蒸汽发生器中换热产生的低压饱和蒸汽压力为0.1-0.2MPaG，温度为110-120℃；来自煤制乙二醇装置系统的蒸汽管网的蒸汽压力为1.5MPaG，温度为150℃；预热后得到的过热蒸汽温度为120-127℃，0.09-0.1MpaG。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明对脱醇塔塔顶低温余热进行合理的回收和利用，并用于热回收系统进行发电，即便煤制乙二醇的脱醇塔为真空操作，仍可以对余热进行回收。精馏塔塔顶低温余热回收利用技术在正压操作塔系统中较为常见，且一般都采用双塔之间的耦合加热方式，但在负压操作的情况应用很少，本发明中的脱醇塔塔顶压力在-0.083Mpa左右。本发明设计了真空精馏塔顶部气体余热回收的工艺，在国内为数不多，尤其是在煤制乙二醇的领域。
(2)本发明中的蒸汽发生器(即余热锅炉)选用卧式蒸发器形式，增加了蒸发面和蒸汽缓冲空间，提高了蒸汽质量；
(3)本发明通过增设蒸汽预热/冷凝系统，当热回收系统出现故障无法正常工作时或当热回收机系统需要使用过热蒸汽进行发电时，通过启用蒸汽预热/冷凝系统对低压饱和蒸汽进行冷凝或预热处置，从而增加系统的稳定性、安全性和灵活性；
(4)通过增设蒸汽混合器，当工艺系统蒸汽有富余时，富余蒸汽和低压饱和蒸汽在蒸汽混合器中混合，混合后的蒸汽可直接用于发电，充分利用系统资源，减少系统能耗，增加系统灵活性；
(5)本发明从煤、热、电一体化的角度优化设计，全局考虑，节能减耗，降低乙二醇的单位生产成本，提高了煤制乙二醇的市场竞争力，促进乙二醇的产业发展。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为实施例1所述的一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热发电系统示意图；
其中：1为脱醇塔，21为蒸汽发生器A，22为蒸汽发生器B，3为蒸汽预热/冷凝系统，其中31为蒸汽预热/冷凝器A，311为压力调节阀A，312为流量调节阀A，32为蒸汽预热/冷凝器B，321为压力调节阀B，312为流量调节阀B，33为蒸汽冷凝液缓冲罐，34为蒸汽冷凝液泵，41和42都为蒸汽混合器，51为热回收机系统A，52为热回收机系统B。
图2为蒸汽发生器示意图，6为脱醇塔塔顶物料进口，71和72均为换热后低压饱和蒸汽出口，8为锅炉给水进口，9为冷凝后物料出口；
图3为实施例2煤制乙二醇装置副产蒸气余热发电系统示意图，增设了蒸汽混合器系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
此实施例为一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热发电系统示意图，如图1所示。
具体地，本装置包括蒸汽发生器、蒸汽预热/冷凝器系统3和热回收系统，其中，蒸汽发生器与煤制乙二醇装置的脱醇塔塔顶相连，脱醇塔为真空操作，塔顶压力为-0.083MPa。蒸汽发生器包括蒸汽发生器A21和蒸汽发生器B22。如图2所示，蒸汽发生器采用卧式蒸汽发生器，用于脱醇塔塔顶物料和锅炉给水的换热并产生低压饱和蒸汽。蒸汽发生器表面设置有脱醇塔塔顶物料进口6、锅炉给水进口8、冷凝后物料出口9和换热后低压饱和蒸气出口(71和72)。本发明中蒸汽发生器使用卧式蒸发器，比起常规列管式冷凝器的结构设计，卧式蒸发器蒸发空间较大，增加了蒸发面和蒸汽缓冲空间，提高了蒸汽质量，本实施例中该蒸发器换热面积达到了4360m2。卧式蒸发器上设置有液位计和流量调节阀，使用流量调节阀联锁调节，流量调节阀位于锅炉给水管线上，液位过高时，调节阀自动关闭，停止进水，从而将液位保持在某个高度。塔顶气相物料走卧式蒸发器的管程，锅炉给水走壳程，两者换热后，产生低压饱和蒸汽，被冷凝的物料输送到相应容器。
蒸汽预热/冷凝器系统用于在特定工况下预热或冷凝来自蒸汽发生器的低压饱和蒸汽，包括依次连接的蒸汽预热/冷凝器、蒸汽冷凝液缓冲罐和蒸汽冷凝液泵。其中，本实施例中，蒸汽预热/冷凝器包括蒸汽预热/冷凝器A 31和蒸汽预热/冷凝器B 32。由蒸汽预热/冷凝器冷凝下来的蒸汽冷凝液进入蒸汽冷凝液缓冲罐，并通过蒸汽冷凝液泵输送至冷凝液收集系统。蒸汽预热/冷凝器与蒸汽发生器之间设置有压力调节阀(311和321)，蒸汽预热/冷凝器与热回收系统之间设置有流量调节阀(312和322)。低压蒸汽管网的压力由热回收系统的汽轮机转速及压力调节阀分程控制实现；当热回收系统出现故障时，该故障将连锁关闭与蒸汽预热/冷凝器系统相连的蒸汽管网上的开关阀。
卧式蒸发器的个数、蒸汽预热/冷凝器的参数或者个数均可以通过具体需要进行选择。在本实施例中，采用两个卧式蒸发器并联连接、两个蒸汽预热/冷凝器并联连接使用，并分别连接热回收系统。
常规操作下，精馏塔塔顶的高温气体介质均采用循环水直接冷凝冷却的传统工艺。本实施例中，利用脱醇塔1塔顶产品的相变余热和锅炉给水，在蒸汽发生器21和22中产生0.1-0.2MPaG，110-120℃的低压饱和蒸汽，同时蒸汽发生器内的锅炉水液位要保持稳定，防止液位过高或过低影响对塔顶气体的冷凝。
低压饱和蒸汽进入低压蒸汽网管后，根据不同工况分别做出如下处理：
(1)所述低压饱和蒸汽直接用于发电的工况：低压饱和蒸汽经过未启用的蒸汽预热/冷凝器系统，然后进入热回收系统，当该工况正常运行时，所述低压蒸汽管网的压力由热回收系统中的汽轮机转速控制实现；当该工况非正常运行时，蒸汽预热/冷凝器系统开始投用，低压蒸汽管网的压力由汽轮机转速及压力调节阀分程控制实现，管网压力出现波动或不足，压力调节阀自动调节，循环水投用，蒸汽预热/冷凝器系统开始对蒸汽进行冷凝；蒸汽冷凝液进入冷凝液缓冲罐33，经过蒸汽冷凝液泵34输送至冷凝液收集系统。
(2)所述低压饱和蒸汽用于提供过热蒸汽的工况：
该工况正常运行时，来自煤制乙二醇装置系统的蒸汽管网的蒸汽进入蒸汽预热/冷凝器系统，将低压饱和蒸汽预热到微过热状态，两股蒸汽在蒸汽预热/冷凝器系统中完成预热，得到温度180-190℃，压力为0.09-0.1MpaG的蒸汽，然后进入热回收机系统用于发电，在该工况下，还可以用于以R600a为有机朗肯循环工质的余热发电系统，该技术具有循环机动性好、系统操作温度低、安全性高的特点。当非正常运行时，热回收机故障连锁关闭煤制乙二醇装置系统的蒸汽管网上的开关阀，停止向蒸汽预热/冷凝器系统提供蒸汽，然后手动打开蒸汽预热/冷凝器系统中循环水上水和回水阀门，进行蒸汽冷凝的步骤。
以60万吨/年的煤制乙二醇产量为例，脱醇塔塔顶设置的蒸汽发生器21和22，换热面积为4360m2。正常运行时产生饱和蒸汽65t/h，对应减少了循环水用量7500m3/h。低压饱和蒸汽进入热回收系统用于发电，余热利用的发电功率为3.97MW，净输出电为3.53MW。余热的发电利用，降低每吨乙二醇的生产成本35-40元。
实施例2
与实施例相比，本实施例增设了蒸汽混合器4(包括41和42)，设置于汽轮机的进口总管道上。
在工艺系统蒸汽有富余时，富余蒸汽进入蒸汽混合器41和42。低压饱和蒸汽(110-120℃，0.1-0.2MPaG)与系统富余蒸汽(220℃，1.7MPaG)在蒸汽发生器混合，混合后的蒸汽(160-170℃，≤0.09MPaG)可直接作用于汽轮机用于发电，不需要再经过蒸汽加热器加热。
本发明提出了一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热发电系统，来自脱醇塔塔顶物料冷凝放热，在蒸汽发生器(即余热锅炉)中与锅炉给水进行换热，产生低压饱和蒸汽进入热回收机系统用于发电。同时为了考虑到蒸汽管网、热回收机系统的稳定性，设计了蒸汽预热/冷凝系统。在热回收机系统出现状况时，利用余热产生的蒸汽经由上述系统冷凝并回收；在热回收机系统需要使用过热蒸汽时，利用余热产生的蒸汽经由上述系统加热到过热状态，再进入热回收机系统用于发电，有效回收利用了装置余热，提高能源利用率，从而降低生产成本，保护环境。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热利用系统，其特征在于，包括依次连通的蒸汽发生器、蒸汽预热/冷凝器系统和热回收系统，其中：
所述蒸汽发生器与煤制乙二醇装置的脱醇塔塔顶相连，所述蒸汽发生器为卧式蒸汽发生器，用于利用脱醇塔塔顶物料和锅炉给水的换热并产生低压饱和蒸汽，所述低压饱和蒸汽进入低压蒸汽管网并进一步与蒸汽预热/冷凝器系统连通；
所述蒸汽预热/冷凝器系统与煤制乙二醇装置的蒸汽管网相连通，所述蒸汽管网可向蒸汽预热/冷凝器系统提供蒸汽用于预热；所述蒸汽预热/冷凝器系统设置有循环水上水和循环水回水阀门，用于实现对蒸汽预热/冷凝器系统中的蒸汽进行冷凝；
所述热回收系统用于利用来自蒸汽预热/冷凝器系统的蒸汽进行发电，包括蒸汽加热器和汽轮机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽发生器表面设置有脱醇塔塔顶物料进口、锅炉给水进口、冷凝后物料出口和换热后低压饱和蒸气出口，塔顶气相物料通过脱醇塔塔顶物料进口走管程，锅炉给水通过锅炉给水进口走壳程，两者换热后产生低压饱和蒸汽，被冷凝的物料通过冷凝后物料出口输送到相应容器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽预热/冷凝器系统包括依次连接的蒸汽预热/冷凝器、蒸汽冷凝液缓冲罐和蒸汽冷凝液泵，由蒸汽预热/冷凝器冷凝下来的蒸汽冷凝液进入蒸汽冷凝液缓冲罐，并通过蒸汽冷凝液泵输送至冷凝液收集系统。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽预热/冷凝器与蒸汽发生器之间设置有压力调节阀，所述蒸汽预热/冷凝器与热回收系统之间设置有流量调节阀；低压蒸汽管网的压力由热回收系统的汽轮机转速及压力调节阀分程控制实现；当热回收系统出现故障时，该故障将连锁关闭与蒸汽预热/冷凝器系统相连的蒸汽管网上的开关阀。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述汽轮机的进口总管道上设置有蒸汽混合器。
6.一种煤制乙二醇装置副产蒸气余热利用方法，其特征在于，利用脱醇塔塔顶产品的相变余热和锅炉给水在蒸汽发生器中换热产生低压饱和蒸汽，所述低压饱和蒸汽进入低压蒸汽网管后，根据不同工况分别做出如下处理：
（1）所述低压饱和蒸汽直接用于发电的工况：低压饱和蒸汽经过未启用的蒸汽预热/冷凝器系统，进入热回收系统，当该工况正常运行时，所述低压蒸汽管网的压力由热回收系统中的汽轮机转速控制实现；当该工况非正常运行时，蒸汽预热/冷凝器系统开始投用，低压蒸汽管网的压力由汽轮机转速及压力调节阀分程控制实现，管网压力出现波动或不足，压力调节阀自动调节，循环水投用，蒸汽预热/冷凝器系统开始对蒸汽进行冷凝；
（2）所述低压饱和蒸汽用于提供过热蒸汽的工况：该工况正常运行时，来自煤制乙二醇装置系统的蒸汽管网的蒸汽进入蒸汽预热/冷凝器系统，将低压饱和蒸汽预热到微过热状态，两股蒸汽在蒸汽预热/冷凝器系统中完成预热，得到的过热蒸汽进入热回收系统进行发电；当非正常运行时，热回收机故障连锁关闭煤制乙二醇装置系统的蒸汽管网上的开关阀，停止向蒸汽预热/冷凝器系统提供蒸汽，然后手动打开蒸汽预热/冷凝器系统中循环水上水和回水阀门，进行蒸汽冷凝的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在热回收系统的汽轮机的进口总管道上设置蒸汽混合器，当煤制乙二醇装置蒸汽有富余时，富余蒸汽进入蒸汽混合器，低压饱和蒸汽和装置富余蒸汽在蒸汽发生器混合，混合后得到的蒸汽直接用于发电。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述富余蒸汽的压力为1.6-1.7MPaG，温度为210-220℃与低压低压饱和蒸汽进行混合后，得到的蒸汽压力≤0.09Mpa温度为170-190℃。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用脱醇塔塔顶产品的相变余热和锅炉给水在蒸汽发生器中换热产生的低压饱和蒸汽压力为0.1-0.2MPaG，温度为110-120℃。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，来自煤制乙二醇装置系统的蒸汽管网的蒸汽压力为1.4-1.5MPaG，温度为145-150℃预热后得到的过热蒸汽温度为120-127℃，0.09-0.1MPaG。
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