化工園區(qū)集中供熱模式探討

摘 要

摘要：介紹了化工園區(qū)的分類及主要產(chǎn)品。結(jié)合煤化工、石油化工、鹽化工等典型化工園區(qū)的用熱特性，提出了不同化工園區(qū)的集中供熱發(fā)展模式。關(guān)鍵詞：化工園區(qū)；熱電聯(lián)產(chǎn)；集中供熱Disc
摘要：介紹了化工園區(qū)的分類及主要產(chǎn)品。結(jié)合煤化工、石油化工、鹽化工等典型化工園區(qū)的用熱特性，提出了不同化工園區(qū)的集中供熱發(fā)展模式。
關(guān)鍵詞：化工園區(qū)；熱電聯(lián)產(chǎn)；集中供熱
Discussion on Centralized Heat-supply Mode in Chemical Industrial Parks
ZHANG Yanjie，SU Hongxiang，ZHANG Jingting，WANG Qingfeng
Abstract：The classification and main products of chemical industrial parks are introduced.Based Oil the heat consumption characteristics in typical chemical industrial parks such as coal chemical industry，petrochemical industry and salt chemical industry，the centralized heat-supply modes in different chemical industrial parks are put forward.
Key words：chemical industrial park；heat and power cogeneration；centralized heat-supply
    近年來，隨著我國現(xiàn)有大型化工企業(yè)的大規(guī)模調(diào)整、改造和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，各地相繼建設(shè)化工園區(qū)，化工園區(qū)建設(shè)成為我國化學(xué)工業(yè)發(fā)展的新型模式?；@區(qū)的主要特征是根據(jù)產(chǎn)業(yè)空間集聚來合理配置生產(chǎn)要素，實現(xiàn)化學(xué)工業(yè)的集約化和可持續(xù)發(fā)展。
    我國一些化工園區(qū)在建設(shè)中缺少統(tǒng)一規(guī)劃，基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善，特別是集中供熱設(shè)施嚴(yán)重滯后，導(dǎo)致化工園區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大量的自建鍋爐房，影響了園區(qū)的發(fā)展定位，增加了園區(qū)的污染源，也造成能源的浪費(fèi)。因此，化工園區(qū)必須發(fā)展集中供熱，解決不同產(chǎn)品的用汽要求，保證企業(yè)充足、可靠的動力供應(yīng)。本文對化工園區(qū)集中供熱模式進(jìn)行探討。
1 化工園區(qū)的分類及主要產(chǎn)品
1.1 蒸汽能耗較大的化工園區(qū)
   ① 煤化工園區(qū)
   煤化工是以煤炭為原料，采用化學(xué)方法將煤炭轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體成品或半成品，再進(jìn)一步加工成一系列化工產(chǎn)品或石油燃料的工業(yè)。傳統(tǒng)煤化工的主要產(chǎn)品為煤焦化、電石、合成氨，新興煤化工產(chǎn)業(yè)鏈為：煤→煤氣→煤焦油→酚油→粗酚→工業(yè)酚→苯酚；煤→煤氣→粗苯→輕苯→高純苯。環(huán)己酮→己內(nèi)酰胺；煤→粗煤氣→凈煤氣→甲醇→二甲醚→替代柴油等。如開灤京唐港煤化工園區(qū)、榆神煤化工園區(qū)、四川西部化工城、邢臺煤化工園區(qū)、山東巨野煤化工園區(qū)等。
   ② 石油化工園區(qū)
   石油化工產(chǎn)品以煉油過程提供的原料油進(jìn)一步化學(xué)加工獲得。生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品的第一步是對原料油和氣(如丙烷、汽油、柴油等)進(jìn)行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯為代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生產(chǎn)多種有機(jī)化工原料(約200種)及合成材料(塑料、合成纖維、合成橡膠)。如山東齊魯化學(xué)工業(yè)園、克拉瑪依石油化工園區(qū)、福建泉港石油化工園區(qū)、廣東大亞灣開發(fā)區(qū)石化工業(yè)園區(qū)、廣東茂名石化工業(yè)園區(qū)等。
   ③ 鹽化工園區(qū)
    鹽化工是指利用鹽或鹽鹵資源，加工成氯酸鈉、純堿、氯化銨、燒堿、鹽酸、氯氣、氫氣、金屬鈉，以及這些產(chǎn)品的進(jìn)一步深加工和綜合利用的過程。氯堿化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈：原鹽→離子膜燒堿→產(chǎn)生氯氣、氫氣、鹽酸和燒堿→氯氣與丙烯生產(chǎn)環(huán)氧丙烷，氯氣與甲醇生產(chǎn)甲烷氯化物，鹽酸與甲醇反應(yīng)生成一氯甲烷后，一氯甲烷和硅粉反應(yīng)生產(chǎn)有機(jī)硅，氫氣與石油苯生產(chǎn)苯胺，苯胺與光氣生產(chǎn)聚氨酯。以海水淡化為龍頭的海洋化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈：海水淡化工程→實現(xiàn)電水聯(lián)產(chǎn)→經(jīng)淡化處理濃度提高的海水可以提溴→鹽化工(主要是離子膜燒堿裝置)→氯氣、氫氣、液堿與電石生產(chǎn)聚氯乙烯，很少部分氯氣作為商品售出→產(chǎn)生廢渣生產(chǎn)水泥或填埋。如泰興化工園區(qū)(生產(chǎn)燒堿、氯等)、淮安鹽化工園區(qū)、寧晉鹽化工園區(qū)等。
1.2 普通工業(yè)園區(qū)
   普通工業(yè)園區(qū)指以紡織、造紙、食品等行業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)園區(qū)。此類園區(qū)比較常見，一般都位于城市的一個片區(qū)內(nèi)。
2 化工園區(qū)的用熱特性
   化工園區(qū)作為一個產(chǎn)能和耗能的密集型區(qū)域，對電能和熱能的需求較大。不同類型的化工園區(qū)由于原料、工藝、產(chǎn)品等的差異，對蒸汽參數(shù)要求差別較大。
   ① 煤化工園區(qū)的蒸汽消耗主要為9.8、4.0、1.0MPa壓力級別。作為常規(guī)煤化工產(chǎn)品的焦炭生產(chǎn)中將產(chǎn)生5.4MPa的蒸汽，每1 t焦炭的生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生0.45t蒸汽，該蒸汽經(jīng)減溫減壓后可基本滿足園區(qū)內(nèi)4.0MPa級別的蒸汽需求。二甲醚項目生產(chǎn)需消耗9.8MPa的蒸汽，每1t二甲醚的生產(chǎn)過程中需消耗3.36t蒸汽，成為煤化工園區(qū)內(nèi)蒸汽壓力級別最高的項目。
   ② 石油化工園區(qū)的蒸汽消耗主要為3.8、1.0MPa兩個壓力級別，以壓力為3.8MPa的過熱蒸汽為主。
   ③ 鹽化工園區(qū)的蒸汽消耗主要為3.8、1.0MPa兩種壓力級別。以100×104t的純堿項目為例，工業(yè)熱負(fù)荷3.8MPa蒸汽250t/h，1.0MPa蒸汽110t/h。
   ④ 普通工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)以消耗低壓蒸汽為主，所需的蒸汽壓力都小于1.0MPa，且蒸汽的消耗量較大。
    ⑤ 化工園區(qū)的用電負(fù)荷也較大。一般單位工業(yè)用地的用電負(fù)荷為(2～8)×104kW/km2。其中，石油化工和鹽化工園區(qū)的用電負(fù)荷較高。
3 化工園區(qū)的供熱模式
    目前，我國城市集中供熱的主要熱源形式為熱電廠、區(qū)域鍋爐房或兩者兼有[1]?；@區(qū)受自身用熱特性以及距離城市較遠(yuǎn)等特點(diǎn)影響，一般都未納入城市集中供熱系統(tǒng)中，導(dǎo)致集中供熱基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善。大部分化工園區(qū)企業(yè)都采用自建鍋爐房供熱，既影響了園區(qū)整體的環(huán)境質(zhì)量，又造成了土地、能源等的浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)。
    分析以上幾類化工園區(qū)的用熱特性可知，除普通工業(yè)園區(qū)要求為單一壓力級別的蒸汽外，其他化工園區(qū)一般需要兩種或兩種以上壓力級別的蒸汽。根據(jù)不同化工園區(qū)的實際情況，集中供熱可選擇以下幾種模式。
   ① 模式1
   采用300MW及以上的雙抽凝汽式熱電機(jī)組。對于北方地區(qū)，特別是大中城市，冬季供暖作為季節(jié)性熱負(fù)荷，是城市集中供熱的主要熱負(fù)荷。解決城市冬季較大的供暖需求，必須發(fā)展300MW及以上熱電機(jī)組。利用熱電機(jī)組的低壓抽汽(壓力≤0.5MPa)作為供暖的汽源，經(jīng)汽水換熱后供居民供暖。利用熱電機(jī)組的中壓抽汽(壓力為1.2MPa或1.6MPa)解決熱電廠周邊8km范圍內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)用汽。該模式主要適合于普通工業(yè)園區(qū)以及解決距離城市較近的煤化工、石油化工和鹽化工園區(qū)的低壓供汽(壓力≤1.0MPa)。采用這種模式時，對于煤化工園區(qū)內(nèi)的高壓蒸汽供應(yīng)，可在熱電廠內(nèi)設(shè)置高壓鍋爐，解決9.8MPa級別的蒸汽供應(yīng)。對于石油化工園區(qū)、鹽化工園區(qū)的中壓蒸汽(3.8MPa)供應(yīng)，可配置130、160t/h的中溫中壓鍋爐解決。該模式的優(yōu)點(diǎn)是：利用300MW及以上熱電機(jī)組的供熱能力大和能源利用效率高的優(yōu)點(diǎn)，充分利用不同能級蒸汽的熱量，既解決了城市冬季供暖，又滿足了大部分化工園區(qū)蒸汽需求，是化工園區(qū)集中供熱的首選方式。該模式主要受城市是否擁有300MW及以上熱電機(jī)組或建設(shè)此類大型熱電機(jī)組條件的制約。
    ② 模式2
    采用抽汽背壓式熱電機(jī)組。該模式主要適用于有工業(yè)熱負(fù)荷的中小城市，特別是有普通工業(yè)園區(qū)的城市，可以將此類熱源建設(shè)在園區(qū)內(nèi)。利用熱電機(jī)組抽出壓力為0.98MPa的蒸汽，為普通工業(yè)園區(qū)提供低壓蒸汽，并利用排汽解決城市冬季供暖。對于煤化工、石油化工和鹽化工園區(qū)，3.8MPa及以上壓力級別的蒸汽可由熱電廠鍋爐房高壓蒸汽經(jīng)減溫減壓后提供。這種模式的最大的優(yōu)點(diǎn)是：能源的利用效率高，可解決城市冬季供暖，并滿足化工園區(qū)的工業(yè)熱負(fù)荷需求，不需單獨(dú)新建鍋爐房，也符合國家熱電聯(lián)產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)政策，可操作性較強(qiáng)。這種熱電機(jī)組采用以熱定電，節(jié)能效果較好，但機(jī)組容量相對較小，供熱能力有限，其發(fā)電量受供熱量的制約，在沒有熱負(fù)荷的情況下，熱電機(jī)組需停運(yùn)。而且隨著蒸汽需求量特別是較高壓力蒸汽需求量的增加，發(fā)電量將減少。
    ③ 方式3
    采用背壓式熱電機(jī)組。對于距離城市較遠(yuǎn)，規(guī)模較小的化工園區(qū)，可發(fā)展背壓式熱電機(jī)組供熱方式。機(jī)組排汽主要解決園區(qū)內(nèi)1.0MPa及以下的熱負(fù)荷。對于園區(qū)內(nèi)3.8MPa及以上壓力級別的蒸汽供應(yīng)，可由熱電廠鍋爐房高壓蒸汽經(jīng)減溫減壓后提供。這種模式既解決了化工園區(qū)的蒸汽供應(yīng)問題，也為園區(qū)提供了充足的電能。
    ④ 方式4
    采用雙抽熱電機(jī)組。該模式主要解決南方地區(qū)中小城市或北方距離城市較遠(yuǎn)的石油化工、鹽化工園區(qū)的集中供熱。該模式利用熱電機(jī)組的兩級抽汽，不但滿足了3.8、1.0MPa的供汽要求，避免了高溫高壓蒸汽減壓的熱損失，而且熱電機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)性較好。可選用的熱電機(jī)組類型如CC25-8.83/3.92/1.18，該熱電機(jī)組的設(shè)計進(jìn)汽壓力為8.83MPa，一級抽汽壓力為3.92MPa，可滿足園區(qū)內(nèi)3.8MPa級別的蒸汽需求；二級抽汽壓力為1.18MPa，可滿足園區(qū)內(nèi)1.0MPa及以下的低壓蒸汽需求。
    ⑤ 方式5
    采用300MW及以上的單抽凝汽式熱電機(jī)組。對于南方大中城市化工園區(qū)的集中供熱可發(fā)展此類大容量、高參數(shù)的熱電機(jī)組。這種模式不僅可解決園區(qū)1.0MPa以下的蒸汽供應(yīng)和園區(qū)的電力供應(yīng)，還能增加城市的電力供應(yīng)，填補(bǔ)南方城市的用電缺口。當(dāng)園區(qū)內(nèi)有3.8MPa及以上的用汽要求時，可在熱電廠內(nèi)設(shè)置中溫中壓或高壓鍋爐，直接供應(yīng)較高壓力蒸汽。如上?；瘜W(xué)工業(yè)園區(qū)采用2×300MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機(jī)組，向園區(qū)內(nèi)的用戶提供蒸汽、除鹽水及相關(guān)產(chǎn)品，并向上海電網(wǎng)提供電力。
    ⑥ 方式6
    采用區(qū)域供熱鍋爐房。在化工園區(qū)內(nèi)建設(shè)區(qū)域供熱鍋爐房，為園區(qū)企業(yè)提供蒸汽。對于普通工業(yè)園區(qū)，可新建低溫低壓供熱鍋爐房，鍋爐單臺蒸發(fā)量以75、130t/h為宜。對于有兩種壓力要求的石油化工、鹽化工園區(qū)，可配置中溫中壓鍋爐+低溫低壓鍋爐的供熱鍋爐房，供應(yīng)不同壓力級別的蒸汽。對于煤化工園區(qū)，可配置高溫高壓鍋爐+低溫低壓鍋爐的供熱鍋爐房。鍋爐房的規(guī)?？筛鶕?jù)園區(qū)熱負(fù)荷的增長而擴(kuò)建。
4 結(jié)語
    國內(nèi)大型化工園區(qū)應(yīng)配套建設(shè)完善的公用設(shè)施，實行集中供水、供電、供熱和“三廢”處理，園區(qū)集中供熱推薦采用熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展模式?；@區(qū)作為一個資源密集和優(yōu)化配置的區(qū)域，必須根據(jù)園區(qū)的實際情況發(fā)展集中供熱，解決不同化工產(chǎn)品的生產(chǎn)用汽需求，保證企業(yè)充足、可靠的動力供應(yīng)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 賀平，孫剛.供熱工程[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003：280-282.
 
(本文作者：張延杰 蘇紅鄉(xiāng) 張敬亭 王慶峰 山東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院 山東濟(jì)南 250013)