煤化工装置蒸汽伴热改造分析

煤化工装置蒸汽伴热改造分析
从技术、经济等方面，对煤化工装置蒸汽伴热改造进行计算、比较，结果表明，蒸汽改热水伴热是合理的改造方式，可以大幅度降低能耗，提高能量利用率。

标签：蒸汽伴热；热水伴热；电伴热；经济效益
1 伴热方式的选择
1.1 蒸汽伴热的特点
在蒸汽伴热系统中，伴热在主管道保温之前固定于主管上，将低压蒸汽运入伴管。

蒸汽伴热系统通常由现有装置主蒸汽系统供给蒸汽，它包括：蒸汽供给管道、蒸汽伴热管道、蒸汽疏水器到冷凝液系统的返回管道组成。

蒸汽伴热系统为管道提供了大量的热，其可靠性和安全性都比较高，但蒸汽伴热系统消耗的总能量是伴热管在所需温度实际能量的几倍甚至十几倍。

同时蒸汽疏水器、蒸汽泄漏以及供给及返回系统都浪费了大量的能量。

1.2 热水伴热的特点
热水伴热系统与蒸汽伴热系统基本相似，低温热水伴热虽然也是传统的伴热形式，但其温位较低，热量可以从其他装置中大量的工艺余热中获得，而且伴热后的回水可以重复利用。

1.3 电伴热的特点
自调控伴热线的特点是它控制的温度精确。

电伴热技术应用在输送线路复杂、管线温控要求精确、输送距离长的管路保温上，有性能优越、质量可靠和使用寿命长（通常为20年）的明显优势。

但一次性投资较高。

2 蒸汽伴热、热水伴热和电伴热消耗的计算
2.1 伴热蒸汽消耗量的校核
由于金属管壁引起的热阻与保温层的相比一般较小，可以忽略不计，因此管内外壁温度可视为相同。

据此，计算公式大为简化。

散热损失可根据下式计算：
蒸汽用量可以根据下式计算：
式中：f-蒸汽用量，t/h
Hυ-饱和蒸汽的焓降，kJ/kg
θ-热损失附加系数
假设被伴热管平均直径为200mm，管内介质的温度为100℃，保温层厚度为50mm，保温材料以石棉纤维为主，计算结果见表1。

考虑到管线保温效果、疏水器泄漏、雨雪天气、风速等因素的影响，散热损失会大于表1中理论计算所得的值，单位长度伴热管的蒸汽消耗量也应大于按照相对理想的状况下计算得蒸汽消耗量。

为此，取蒸汽的消耗量为理论计算得的蒸汽消耗量的1.5倍，不同环境温度下需要的蒸汽量即为表1最后一列的数据。

2.2 伴热热水消耗量的计算
根据蒸汽伴热时的散热损失即可由下式核算出
热水的消耗量：
式中：F-热水的质量流量，kg/h；Q-蒸汽伴热时的散热损失，W/m；Cp-水的比热，kJ/kg·℃；ΔT-热水伴热过程的温降，℃。

在对各装置的计算中，将用上述方法计算各个伴热管的热水消耗量。

计算表1中各管的热水消耗量，核算中伴热热水的温度为90℃，回水温度为70℃，伴热管直径为15mm管线，不同环境温度对应的伴热水量见表2。

按照热水在伴管中的合理流速范围0.5m/s～3.0m/s，即使按照环境温度-15℃时，热水流速仍然处于合理范围的下限。

2.3 电伴热能耗的计算
参考国内采用电伴热的经验数据，通过伴热温度自动精确控制系统，平均热损量减少60%。

电耗量可采用如下公式计算：如下表
3 投资收益评价
3.1 投资费用评价
由于装置原伴热为蒸汽伴热，伴管可以利旧，节省投资费用。

投资估算如下：
可以看出热水伴热比电伴热投资费用低130万元。

3.2 操作费用评价
利用煤气化装置原先由冷却公用工程带走的工艺低温余热向伴管提供热量，减少冷公用工程的消耗量同时可以大幅节约能耗费用。

可以看出热水伴热比电伴热操作费用低121万元。

3.3 年综合收益评价
3.3.1 伴热低压蒸汽消耗下降5吨/小时，装置防冻时间按照4个月计算，按照低压蒸汽价格185元/吨，一年节省蒸汽费用266万元。

3.3.2 电能消耗：热水泵按照45KW计算，按照电价0.607元/kwh，每年电费7.9万元。

3.3.3 节省循环水160t/h，按照循环水0.35元/吨，全年折成本16.1万元。

3.3.4 检修维修费用，保守估计节省5万元/年。

3.3.5 年综合节约生产成本为280万元。

4 结束语
根据以上对蒸汽伴热、电伴热、水伴热的比较和蒸汽改水伴热的计算和经济性分析，可以得到以下结论：
（1）蒸汽伴热改水伴热是最合理的改造方向。

（2）该项改造总投资246万元，每年节约生产成本280万元，投资回收周期不足一年，经济效益明显。

参考文献
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