化工园区集中供热模式探讨

摘 要

摘要：介绍了化工园区的分类及主要产品。结合煤化工、石油化工、盐化工等典型化工园区的用热特性，提出了不同化工园区的集中供热发展模式。关键词：化工园区；热电联产；集中供热Disc
摘要：介绍了化工园区的分类及主要产品。结合煤化工、石油化工、盐化工等典型化工园区的用热特性，提出了不同化工园区的集中供热发展模式。
关键词：化工园区；热电联产；集中供热
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
    近年来，随着我国现有大型化工企业的大规模调整、改造和产业结构优化，各地相继建设化工园区，化工园区建设成为我国化学工业发展的新型模式。化工园区的主要特征是根据产业空间集聚来合理配置生产要素，实现化学工业的集约化和可持续发展。
    我国一些化工园区在建设中缺少统一规划，基础设施配套不完善，特别是集中供热设施严重滞后，导致化工园区内出现大量的自建锅炉房，影响了园区的发展定位，增加了园区的污染源，也造成能源的浪费。因此，化工园区必须发展集中供热，解决不同产品的用汽要求，保证企业充足、可靠的动力供应。本文对化工园区集中供热模式进行探讨。
1 化工园区的分类及主要产品
1.1 蒸汽能耗较大的化工园区
   ① 煤化工园区
   煤化工是以煤炭为原料，采用化学方法将煤炭转化为气体、液体和固体成品或半成品，再进一步加工成一系列化工产品或石油燃料的工业。传统煤化工的主要产品为煤焦化、电石、合成氨，新兴煤化工产业链为：煤→煤气→煤焦油→酚油→粗酚→工业酚→苯酚；煤→煤气→粗苯→轻苯→高纯苯。环己酮→己内酰胺；煤→粗煤气→净煤气→甲醇→二甲醚→替代柴油等。如开滦京唐港煤化工园区、榆神煤化工园区、四川西部化工城、邢台煤化工园区、山东巨野煤化工园区等。
   ② 石油化工园区
   石油化工产品以炼油过程提供的原料油进一步化学加工获得。生产石油化工产品的第一步是对原料油和气(如丙烷、汽油、柴油等)进行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯为代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料(约200种)及合成材料(塑料、合成纤维、合成橡胶)。如山东齐鲁化学工业园、克拉玛依石油化工园区、福建泉港石油化工园区、广东大亚湾开发区石化工业园区、广东茂名石化工业园区等。
   ③ 盐化工园区
    盐化工是指利用盐或盐卤资源，加工成氯酸钠、纯碱、氯化铵、烧碱、盐酸、氯气、氢气、金属钠，以及这些产品的进一步深加工和综合利用的过程。氯碱化工循环经济产业链：原盐→离子膜烧碱→产生氯气、氢气、盐酸和烧碱→氯气与丙烯生产环氧丙烷，氯气与甲醇生产甲烷氯化物，盐酸与甲醇反应生成一氯甲烷后，一氯甲烷和硅粉反应生产有机硅，氢气与石油苯生产苯胺，苯胺与光气生产聚氨酯。以海水淡化为龙头的海洋化工循环经济产业链：海水淡化工程→实现电水联产→经淡化处理浓度提高的海水可以提溴→盐化工(主要是离子膜烧碱装置)→氯气、氢气、液碱与电石生产聚氯乙烯，很少部分氯气作为商品售出→产生废渣生产水泥或填埋。如泰兴化工园区(生产烧碱、氯等)、淮安盐化工园区、宁晋盐化工园区等。
1.2 普通工业园区
   普通工业园区指以纺织、造纸、食品等行业为主的产业园区。此类园区比较常见，一般都位于城市的一个片区内。
2 化工园区的用热特性
   化工园区作为一个产能和耗能的密集型区域，对电能和热能的需求较大。不同类型的化工园区由于原料、工艺、产品等的差异，对蒸汽参数要求差别较大。
   ① 煤化工园区的蒸汽消耗主要为9.8、4.0、1.0MPa压力级别。作为常规煤化工产品的焦炭生产中将产生5.4MPa的蒸汽，每1 t焦炭的生产过程中将产生0.45t蒸汽，该蒸汽经减温减压后可基本满足园区内4.0MPa级别的蒸汽需求。二甲醚项目生产需消耗9.8MPa的蒸汽，每1t二甲醚的生产过程中需消耗3.36t蒸汽，成为煤化工园区内蒸汽压力级别最高的项目。
   ② 石油化工园区的蒸汽消耗主要为3.8、1.0MPa两个压力级别，以压力为3.8MPa的过热蒸汽为主。
   ③ 盐化工园区的蒸汽消耗主要为3.8、1.0MPa两种压力级别。以100×104t的纯碱项目为例，工业热负荷3.8MPa蒸汽250t/h，1.0MPa蒸汽110t/h。
   ④ 普通工业园区生产以消耗低压蒸汽为主，所需的蒸汽压力都小于1.0MPa，且蒸汽的消耗量较大。
    ⑤ 化工园区的用电负荷也较大。一般单位工业用地的用电负荷为(2～8)×104kW/km2。其中，石油化工和盐化工园区的用电负荷较高。
3 化工园区的供热模式
    目前，我国城市集中供热的主要热源形式为热电厂、区域锅炉房或两者兼有[1]。化工园区受自身用热特性以及距离城市较远等特点影响，一般都未纳入城市集中供热系统中，导致集中供热基础设施配套不完善。大部分化工园区企业都采用自建锅炉房供热，既影响了园区整体的环境质量，又造成了土地、能源等的浪费和重复建设。
    分析以上几类化工园区的用热特性可知，除普通工业园区要求为单一压力级别的蒸汽外，其他化工园区一般需要两种或两种以上压力级别的蒸汽。根据不同化工园区的实际情况，集中供热可选择以下几种模式。
   ① 模式1
   采用300MW及以上的双抽凝汽式热电机组。对于北方地区，特别是大中城市，冬季供暖作为季节性热负荷，是城市集中供热的主要热负荷。解决城市冬季较大的供暖需求，必须发展300MW及以上热电机组。利用热电机组的低压抽汽(压力≤0.5MPa)作为供暖的汽源，经汽水换热后供居民供暖。利用热电机组的中压抽汽(压力为1.2MPa或1.6MPa)解决热电厂周边8km范围内的工业生产用汽。该模式主要适合于普通工业园区以及解决距离城市较近的煤化工、石油化工和盐化工园区的低压供汽(压力≤1.0MPa)。采用这种模式时，对于煤化工园区内的高压蒸汽供应，可在热电厂内设置高压锅炉，解决9.8MPa级别的蒸汽供应。对于石油化工园区、盐化工园区的中压蒸汽(3.8MPa)供应，可配置130、160t/h的中温中压锅炉解决。该模式的优点是：利用300MW及以上热电机组的供热能力大和能源利用效率高的优点，充分利用不同能级蒸汽的热量，既解决了城市冬季供暖，又满足了大部分化工园区蒸汽需求，是化工园区集中供热的首选方式。该模式主要受城市是否拥有300MW及以上热电机组或建设此类大型热电机组条件的制约。
    ② 模式2
    采用抽汽背压式热电机组。该模式主要适用于有工业热负荷的中小城市，特别是有普通工业园区的城市，可以将此类热源建设在园区内。利用热电机组抽出压力为0.98MPa的蒸汽，为普通工业园区提供低压蒸汽，并利用排汽解决城市冬季供暖。对于煤化工、石油化工和盐化工园区，3.8MPa及以上压力级别的蒸汽可由热电厂锅炉房高压蒸汽经减温减压后提供。这种模式的最大的优点是：能源的利用效率高，可解决城市冬季供暖，并满足化工园区的工业热负荷需求，不需单独新建锅炉房，也符合国家热电联产的产业政策，可操作性较强。这种热电机组采用以热定电，节能效果较好，但机组容量相对较小，供热能力有限，其发电量受供热量的制约，在没有热负荷的情况下，热电机组需停运。而且随着蒸汽需求量特别是较高压力蒸汽需求量的增加，发电量将减少。
    ③ 方式3
    采用背压式热电机组。对于距离城市较远，规模较小的化工园区，可发展背压式热电机组供热方式。机组排汽主要解决园区内1.0MPa及以下的热负荷。对于园区内3.8MPa及以上压力级别的蒸汽供应，可由热电厂锅炉房高压蒸汽经减温减压后提供。这种模式既解决了化工园区的蒸汽供应问题，也为园区提供了充足的电能。
    ④ 方式4
    采用双抽热电机组。该模式主要解决南方地区中小城市或北方距离城市较远的石油化工、盐化工园区的集中供热。该模式利用热电机组的两级抽汽，不但满足了3.8、1.0MPa的供汽要求，避免了高温高压蒸汽减压的热损失，而且热电机组的负荷调节性较好。可选用的热电机组类型如CC25-8.83/3.92/1.18，该热电机组的设计进汽压力为8.83MPa，一级抽汽压力为3.92MPa，可满足园区内3.8MPa级别的蒸汽需求；二级抽汽压力为1.18MPa，可满足园区内1.0MPa及以下的低压蒸汽需求。
    ⑤ 方式5
    采用300MW及以上的单抽凝汽式热电机组。对于南方大中城市化工园区的集中供热可发展此类大容量、高参数的热电机组。这种模式不仅可解决园区1.0MPa以下的蒸汽供应和园区的电力供应，还能增加城市的电力供应，填补南方城市的用电缺口。当园区内有3.8MPa及以上的用汽要求时，可在热电厂内设置中温中压或高压锅炉，直接供应较高压力蒸汽。如上海化学工业园区采用2×300MW燃气-蒸汽联合循环热电机组，向园区内的用户提供蒸汽、除盐水及相关产品，并向上海电网提供电力。
    ⑥ 方式6
    采用区域供热锅炉房。在化工园区内建设区域供热锅炉房，为园区企业提供蒸汽。对于普通工业园区，可新建低温低压供热锅炉房，锅炉单台蒸发量以75、130t/h为宜。对于有两种压力要求的石油化工、盐化工园区，可配置中温中压锅炉+低温低压锅炉的供热锅炉房，供应不同压力级别的蒸汽。对于煤化工园区，可配置高温高压锅炉+低温低压锅炉的供热锅炉房。锅炉房的规模可根据园区热负荷的增长而扩建。
4 结语
    国内大型化工园区应配套建设完善的公用设施，实行集中供水、供电、供热和“三废”处理，园区集中供热推荐采用热电联产的发展模式。化工园区作为一个资源密集和优化配置的区域，必须根据园区的实际情况发展集中供热，解决不同化工产品的生产用汽需求，保证企业充足、可靠的动力供应。
参考文献：
[1] 贺平，孙刚.供热工程[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2003：280-282.
 
(本文作者：张延杰 苏红乡 张敬亭 王庆峰 山东省城乡规划设计研究院 山东济南 250013)