观点分享|重点行业节能降碳路径与案例分析之五:石化行业(三)

重点行业节能降碳路径与案例分析之五：石化行业（三）

济南市工程咨询院 能源和环境资源部

一、石化行业系统性能量优化的原则和重点

以绿色、低碳、循环为目标的脱碳转型成为行业绿色发展的焦点，改造的重点要着眼全局而非单一工序，要注重企业“源网荷”能量系统的整体优化。其中：

源侧要实施自备锅炉或机组的优化配置、低碳燃料改造和余热余能高效利用改造，实现“效率提升、开源提质、吃干榨净”；

网侧实施多参数多热源的蒸汽系统优化、工序之间的热耦合、蒸汽透平驱动设备改造等，实现“流程互联、温位匹配、智控调度”；

荷侧要实施精馏、蒸发等重点用汽系统的高效改造和设备更新，实施重点设备和工序的优化运行，降低对高品位热能的需求量，实现“减量降质、降需提效、卡边控制”。

在实施能量系统整体优化的基础上，要逐步推动氢能对化工原燃料的替代，同时在工艺流程中逐步实现电气化替代和新能源耦合，实现行业工艺流程再造与能源系统优化。

根据我院总结的经验，石化企业热能网络的“源网荷-区域”四步法优化步骤为：

一是使用蒸汽和燃料气装置的节能改造与优化（荷侧减量化）；

二是厂内燃料气网络、换热网络和蒸汽动力系统的优化（网络优化）；

三是热源供应系统的整合优化（源侧整合）；

四是建立园区和区域范围的热能大循环系统（区域优化）。

二、某企业蒸汽动力系统整体优化的案例分析

1、问题分析

以某大型炼化企业蒸汽系统为例，经我院开展全面诊断，分别分析了炼化装置和配套自备电厂在能源利用方面的问题：

其中，在生产装置用能方面，随着企业近年来新化工装置的不断投运，新装置蒸汽管道与全厂蒸汽系统自然直联，这种“自然生长”的全厂蒸汽系统虽然可以保证供应，但会产生减温减压、纯凝汽拖、低压蒸汽无法消纳、各装置热联合不足等系列问题：

一是减压蒸汽量大，造成高参数蒸汽做功能力严重损失。

全厂4.5MPa蒸汽中有高达100万吨以上的蒸汽减压至1MPa或更低压力，有近70万吨减至3.9MPa或2.2MPa。2022年全厂1.0MPa蒸汽中约70万吨减压至低参数，其中减至0.5MPa的45万吨，0.35MPa的25万吨，蒸汽做功能力损失严重。

由于近年来新上装置直连高参数蒸汽管网后自行减压使用较为方便，且企业认为1.0MPa及更低压力蒸汽不适合远距离输送，造成就地接高参数蒸汽引发的大量减压环节，不仅造成蒸汽做功能力的巨大损失，也加剧了全厂高参数蒸汽缺口大、低参数蒸汽富余的问题。

二是大型动力设备采用纯凝或低抽汽比的抽凝拖动，造成动力用蒸汽利用效率低。

气化二期煤制氢工序冷冻机采用凝汽式蒸汽透平驱动汽轮机，合计5.55万吨4.5MPa蒸汽经小汽机后，乏汽全部冷凝；年合计73万吨4.5MPa进入丙烯制冷压缩机抽凝式汽轮机，但仅抽汽3.4万吨，抽汽比不到5%；年合计57万吨4.5MPa蒸汽进入空分配套抽凝式汽轮机，但仅抽汽9.3万吨，抽汽比16%，上述蒸汽驱动汽轮机排汽全部或绝大部分直接冷凝，造成蒸汽利用效率低。

三是低压蒸汽与中低温热源副产量大，但有效利用和消纳措施不足。

0.5MPa和0.35MPa低压蒸汽富余量较大，年合计富余量近100万吨，尤其是非采暖季合理的消纳措施不足。此外，二氧化碳制冷压缩机、丙烯制冷压缩机、脱氢工序等配套蒸汽透平背压汽轮机，进汽参数4.5MPa，背压排汽接入0.5MPa和0.35MPa蒸汽管网，尽管背压型汽轮机自身的整体利用效率高，但系统性来看，更加剧了中压蒸汽不足、低压蒸汽富余的问题，造成了“单体节能、整体浪费”的问题。

在自备电厂侧存在的问题有：

一是高参数蒸汽减压损失严重。

3-5号锅炉机组系统中20.5万吨中压蒸汽压减压至低压蒸汽，1-2号锅炉系统中64万吨中压蒸汽减压为低压蒸汽，经测算，合计蒸汽做功能力损失高达7400kW。

二是抽凝机运行的乏汽冷凝损失大。

3-5号锅炉配套2台6MW抽凝机进汽量合计83万吨，抽汽55.8万吨，乏汽冷凝27.2万吨，造成热损近70万GJ。从指标来看，3-5号机组综合热效率68.11%，热效率偏低。

2、解决方案

为解决上述问题和堵点，我院按照“降需求、优系统、再平衡”的系统优化原则，提出的解决方案如下：

一是完善全厂1.0MPa和0.5MPa等级的蒸汽管网，根据蒸汽供给和使用压力匹配原则，重新匹配各装置汽源，减少减温减压损失。

建议1.0MPa和0.5MPa蒸汽管网敷设至全厂主要装置，便于原使用4.5MPa蒸汽减压接汽的装置根据具体需求，接入对应压力蒸汽。为解决企业反映的低压蒸汽过热低，造成输送过程中大量产生冷凝水的问题，建议利用少量中压蒸汽引射，提升低压蒸汽过热度和压力，便于管网输送。对于无法直接接入对应压力蒸汽的装置，建议采用蒸汽热泵替代减压装置。例如，对于部分直接使用1MPa蒸汽的装置，可考虑使用4.5MPa蒸汽引射装置内0.5MPa或0.35MPa低压蒸汽，实现高参数降压，低参数提压，从而达到减少中压蒸汽需求和有效利用低压蒸汽的目的。

二是通过打孔抽汽改造和电动改造，减少大功率汽拖设备乏汽冷凝损失。

提高丙烯制冷压缩机和空分配套抽凝式汽轮机抽汽比，尽管将造成进汽量有所增加，但增加抽汽后，将达到减少乏汽冷凝损失和利用抽汽替代减压装置的双重节能效果。建议气化装置凝汽式汽轮机改造为高效电动机，减少4.5MPa 蒸汽用量。 

三是与下游化工公司实现蒸汽系统连通和整体优化。

目前炼化公司购自下游化工公司低压蒸汽，但炼化公司中压蒸汽缺口大、低压蒸汽富裕，两个压力等级的蒸汽减压损失大；同时化工公司中压蒸汽需求量小，低压蒸汽需求量大，又造成其配套自备高温高压锅炉直接减压的巨大损失。从整体优化的角度，建议炼化公司向化工公司供应低压蒸汽、化工公司向炼化公司供应中压蒸汽。如实现两家企业蒸汽互联互通与整体优化，将避免两家企业蒸汽减压和低参数蒸汽无处消纳等造成的大量损失，同时建议炼化公司采用中压蒸汽驱动的汽驱汽轮机实现背压排汽外供化工公司。但如果出于其他非技术性考虑，而无法实现上述互联互通，则应重新审视炼化公司大量采用背压拖动，造成高参数蒸汽缺口大、低压蒸汽富余的问题，这种情况下不再建议炼化公司大量使用背压式汽驱设备，建议使用电动机替代背压式汽轮机。

四是精馏等用汽装置通过热泵精馏改造、装置间热联合、热泵余热利用等技术，减少蒸汽需求量。

对于顶气相参数与塔温度相近的低温位精馏塔可以热泵精馏改造，实现塔顶气相物料汽化潜热用于再沸器热源，从而大量节省再沸器蒸汽消耗。对于车间内存在操作温度差距较大的多个精馏塔，建议考虑塔间热联合，即利用高温塔物料作为低温塔再沸器热源，从而减少低温塔蒸汽需求。对于高温精馏塔，建议考虑塔顶高温气相热源的多级取热，实现减少热源和冷量输入的双重目标。

五是现有两台抽凝机组改为背压机组，减少乏汽冷凝损失，同时根据重新匹配后的全厂蒸汽系统，合理匹配锅炉直供汽与机组抽汽比例，减少蒸汽减压损失。

锅炉机组边界内，实现锅炉产汽不再减压至大量减至低压蒸汽；1-2号锅炉除氧自用汽逐步改为由工艺装置副产低压蒸汽和低温位热源替代，减少自用汽减压损失。 

六是采用梯级加热、热泵提热、第二类热泵压缩等技术，充分利用凝结水、循环水、低压乏汽等低温热，用于吸收式制冷和对外供热，使区域形成余热供热为主的低碳供热格局，最终实现非采暖季和采暖季中低热源的合理匹配与有效利用。

对于各汽拖和再沸器等装置产生的凝结水，可考虑采用梯级取热的方式，实现热量吃干榨净，其中非采暖季应大量应用作为吸收式制冷的驱动热源，采暖季考虑综合利用凝结水、循环冷却水等热量，采用第一类吸收式热泵对外供热。对于副产乏汽量大且暂无对外供热条件的部分装置，可考虑新上电压缩或蒸汽压缩热泵，将0.5MPa 和 0.35MPa 蒸汽提压后补充 1MPa 管网，压缩装置的驱动能源可考虑电压缩，也可考虑中压蒸汽背压拖动的压缩机。 经初步测算，采暖季利用企业 0.5MPa 以下压力的蒸汽作为第一类吸收式热泵的驱动热源，提取各工艺装置循环水和凝结水热量，实现对外供热面积500万平方米以上。考虑企业周边的采暖热负荷较为集中，建议与周边热源点联网供热，形成余热优先供热、其他热源调峰的低碳供热格局，实现工业生产与城乡建设绿色低碳协同转型。

结语：作为典型的“两高”行业，石化行业兼具生产流程复杂、工艺与用能耦合度高，减碳潜力大等特点，且具备跨行业和园区融合发展的巨大空间。“十五五”期间，行业在向原料轻质化和精细化工方向发展的同时，也面临低碳转型的紧迫性，企业的绿色发展水平也在一定程度上决定了未来的生存和发展。欢迎企业和园区与我院开展交流合作，共同推动行业节能降碳与绿色转型工作。

济南市工程咨询院能源低碳业务简介

一、总体定位

围绕国家碳达峰、碳中和目标的工作要求，全面服务于政府、园区、企业、项目四个层面的节能评估咨询、碳评价、项目谋划策划、区域能源规划、低碳技术应用、课题研究、能源和碳排放能力建设等领域，提供区域经济全面绿色转型的一揽子解决方案。

二、业务范围

三、联系方式

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