化工園區集中供熱模式探討

摘 要

摘要：介紹了化工園區的分類及主要產品。結合煤化工、石油化工、鹽化工等典型化工園區的用熱特性，提出了不同化工園區的集中供熱發展模式。關鍵詞：化工園區；熱電聯產；集中供熱Disc
摘要：介紹了化工園區的分類及主要產品。結合煤化工、石油化工、鹽化工等典型化工園區的用熱特性，提出了不同化工園區的集中供熱發展模式。
關鍵詞：化工園區；熱電聯產；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，隨著我國現有大型化工企業的大規模調整、改造和產業結構優化，各地相繼建設化工園區，化工園區建設成為我國化學工業發展的新型模式。化工園區的主要特征是根據產業空間集聚來合理配置生產要素，實現化學工業的集約化和可持續發展。
    我國一些化工園區在建設中缺少統一規劃，基礎設施配套不完善，特別是集中供熱設施嚴重滯后，導致化工園區內出現大量的自建鍋爐房，影響了園區的發展定位，增加了園區的污染源，也造成能源的浪費。因此，化工園區必須發展集中供熱，解決不同產品的用汽要求，保證企業充足、可靠的動力供應。本文對化工園區集中供熱模式進行探討。
1 化工園區的分類及主要產品
1.1 蒸汽能耗較大的化工園區
   ① 煤化工園區
   煤化工是以煤炭為原料，采用化學方法將煤炭轉化為氣體、液體和固體成品或半成品，再進一步加工成一系列化工產品或石油燃料的工業。傳統煤化工的主要產品為煤焦化、電石、合成氨，新興煤化工產業鏈為：煤→煤氣→煤焦油→酚油→粗酚→工業酚→苯酚；煤→煤氣→粗苯→輕苯→高純苯。環己酮→己內酰胺；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、榆神煤化工園區、四川西部化工城、邢臺煤化工園區、山東巨野煤化工園區等。
   ② 石油化工園區
   石油化工產品以煉油過程提供的原料油進一步化學加工獲得。生產石油化工產品的第一步是對原料油和氣(如丙烷、汽油、柴油等)進行裂解，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多種有機化工原料(約200種)及合成材料(塑料、合成纖維、合成橡膠)。如山東齊魯化學工業園、克拉瑪依石油化工園區、福建泉港石油化工園區、廣東大亞灣開發區石化工業園區、廣東茂名石化工業園區等。
   ③ 鹽化工園區
    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，以及這些產品的進一步深加工和綜合利用的過程。氯堿化工循環經濟產業鏈：原鹽→離子膜燒堿→產生氯氣、氫氣、鹽酸和燒堿→氯氣與丙烯生產環氧丙烷，氯氣與甲醇生產甲烷氯化物，鹽酸與甲醇反應生成一氯甲烷后，一氯甲烷和硅粉反應生產有機硅，氫氣與石油苯生產苯胺，苯胺與光氣生產聚氨酯。以海水淡化為龍頭的海洋化工循環經濟產業鏈：海水淡化工程→實現電水聯產→經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、液堿與電石生產聚氯乙烯，很少部分氯氣作為商品售出→產生廢渣生產水泥或填埋。如泰興化工園區(生產燒堿、氯等)、淮安鹽化工園區、寧晉鹽化工園區等。
1.2 普通工業園區
   普通工業園區指以紡織、造紙、食品等行業為主的產業園區。此類園區比較常見，一般都位于城市的一個片區內。
2 化工園區的用熱特性
   化工園區作為一個產能和耗能的密集型區域，對電能和熱能的需求較大。不同類型的化工園區由于原料、工藝、產品等的差異，對蒸汽參數要求差別較大。
   ① 煤化工園區的蒸汽消耗主要為9.8、4.0、1.0MPa壓力級別。作為常規煤化工產品的焦炭生產中將產生5.4MPa的蒸汽，每1 t焦炭的生產過程中將產生0.45t蒸汽，該蒸汽經減溫減壓后可基本滿足園區內4.0MPa級別的蒸汽需求。二甲醚項目生產需消耗9.8MPa的蒸汽，每1t二甲醚的生產過程中需消耗3.36t蒸汽，成為煤化工園區內蒸汽壓力級別最高的項目。
   ② 石油化工園區的蒸汽消耗主要為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，工業熱負荷3.8MPa蒸汽250t/h，1.0MPa蒸汽110t/h。
   ④ 普通工業園區生產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 化工園區的用電負荷也較大。一般單位工業用地的用電負荷為(2～8)×104kW/km2。其中，石油化工和鹽化工園區的用電負荷較高。
3 化工園區的供熱模式
    目前，我國城市集中供熱的主要熱源形式為熱電廠、區域鍋爐房或兩者兼有[1]。化工園區受自身用熱特性以及距離城市較遠等特點影響，一般都未納入城市集中供熱系統中，導致集中供熱基礎設施配套不完善。大部分化工園區企業都采用自建鍋爐房供熱，既影響了園區整體的環境質量，又造成了土地、能源等的浪費和重復建設。
    分析以上幾類化工園區的用熱特性可知，除普通工業園區要求為單一壓力級別的蒸汽外，其他化工園區一般需要兩種或兩種以上壓力級別的蒸汽。根據不同化工園區的實際情況，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組。對于北方地區，特別是大中城市，冬季供暖作為季節性熱負荷，是城市集中供熱的主要熱負荷。解決城市冬季較大的供暖需求，必須發展300MW及以上熱電機組。利用熱電機組的低壓抽汽(壓力≤0.5MPa)作為供暖的汽源，經汽水換熱后供居民供暖。利用熱電機組的中壓抽汽(壓力為1.2MPa或1.6MPa)解決熱電廠周邊8km范圍內的工業生產用汽。該模式主要適合于普通工業園區以及解決距離城市較近的煤化工、石油化工和鹽化工園區的低壓供汽(壓力≤1.0MPa)。采用這種模式時，對于煤化工園區內的高壓蒸汽供應，可在熱電廠內設置高壓鍋爐，解決9.8MPa級別的蒸汽供應。對于石油化工園區、鹽化工園區的中壓蒸汽(3.8MPa)供應，可配置130、160t/h的中溫中壓鍋爐解決。該模式的優點是：利用300MW及以上熱電機組的供熱能力大和能源利用效率高的優點，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蒸汽需求，是化工園區集中供熱的首選方式。該模式主要受城市是否擁有300MW及以上熱電機組或建設此類大型熱電機組條件的制約。
    ② 模式2
    采用抽汽背壓式熱電機組。該模式主要適用于有工業熱負荷的中小城市，特別是有普通工業園區的城市，可以將此類熱源建設在園區內。利用熱電機組抽出壓力為0.98MPa的蒸汽，為普通工業園區提供低壓蒸汽，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，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減溫減壓后提供。這種模式的最大的優點是：能源的利用效率高，可解決城市冬季供暖，并滿足化工園區的工業熱負荷需求，不需單獨新建鍋爐房，也符合國家熱電聯產的產業政策，可操作性較強。這種熱電機組采用以熱定電，節能效果較好，但機組容量相對較小，供熱能力有限，其發電量受供熱量的制約，在沒有熱負荷的情況下，熱電機組需停運。而且隨著蒸汽需求量特別是較高壓力蒸汽需求量的增加，發電量將減少。
    ③ 方式3
    采用背壓式熱電機組。對于距離城市較遠，規模較小的化工園區，可發展背壓式熱電機組供熱方式。機組排汽主要解決園區內1.0MPa及以下的熱負荷。對于園區內3.8MPa及以上壓力級別的蒸汽供應，可由熱電廠鍋爐房高壓蒸汽經減溫減壓后提供。這種模式既解決了化工園區的蒸汽供應問題，也為園區提供了充足的電能。
    ④ 方式4
    采用雙抽熱電機組。該模式主要解決南方地區中小城市或北方距離城市較遠的石油化工、鹽化工園區的集中供熱。該模式利用熱電機組的兩級抽汽，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，而且熱電機組的負荷調節性較好。可選用的熱電機組類型如CC25-8.83/3.92/1.18，該熱電機組的設計進汽壓力為8.83MPa，一級抽汽壓力為3.92MPa，可滿足園區內3.8MPa級別的蒸汽需求；二級抽汽壓力為1.18MPa，可滿足園區內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組。對于南方大中城市化工園區的集中供熱可發展此類大容量、高參數的熱電機組。這種模式不僅可解決園區1.0MPa以下的蒸汽供應和園區的電力供應，還能增加城市的電力供應，填補南方城市的用電缺口。當園區內有3.8MPa及以上的用汽要求時，可在熱電廠內設置中溫中壓或高壓鍋爐，直接供應較高壓力蒸汽。如上海化學工業園區采用2×300MW燃氣-蒸汽聯合循環熱電機組，向園區內的用戶提供蒸汽、除鹽水及相關產品，并向上海電網提供電力。
    ⑥ 方式6
    采用區域供熱鍋爐房。在化工園區內建設區域供熱鍋爐房，為園區企業提供蒸汽。對于普通工業園區，可新建低溫低壓供熱鍋爐房，鍋爐單臺蒸發量以75、130t/h為宜。對于有兩種壓力要求的石油化工、鹽化工園區，可配置中溫中壓鍋爐+低溫低壓鍋爐的供熱鍋爐房，供應不同壓力級別的蒸汽。對于煤化工園區，可配置高溫高壓鍋爐+低溫低壓鍋爐的供熱鍋爐房。鍋爐房的規模可根據園區熱負荷的增長而擴建。
4 結語
    國內大型化工園區應配套建設完善的公用設施，實行集中供水、供電、供熱和“三廢”處理，園區集中供熱推薦采用熱電聯產的發展模式。化工園區作為一個資源密集和優化配置的區域，必須根據園區的實際情況發展集中供熱，解決不同化工產品的生產用汽需求，保證企業充足、可靠的動力供應。
參考文獻：
[1] 賀平，孫剛.供熱工程[M].3版.北京：中國建筑工業出版社，2003：280-282.
 
(本文作者：張延杰 蘇紅鄉 張敬亭 王慶峰 山東省城鄉規劃設計研究院 山東濟南 250013)