己内酰胺联合装置生产流程长、化工单元多、工艺路线复杂，在化工装置中具有代表性。目前，己内酰胺行业发展迅速，市场竞争日趋激烈，降低生产成本成为提高己内酰胺企业竞争力的关键[1-2]。工艺路线优化和装置能源优化利用是降低己内酰胺联合装置生产成本的主要手段，同等工艺技术条件下，产品单位能耗的降低成为降低生产成本的关键。己内酰胺联合装置是能耗大户，能耗约占生产成本的20%～30%。余热发电技术在国内相似企业的成功运用为己内酰胺联合装置能源优化利用提供了新途径，如果能够合理利用余热发电技术对装置生产过程中产生的大量余热进行回收，便能实现能源深度和梯度利用，从而有效降低己内酰胺能耗成本。

1 余热发电技术简介

近几年国内余热发电技术发展迅速，众多国内外企业已具备研究、设计、制造余热发电设备的能力，设备对热源适应范围越来越广，更为重要的是余热发电设备已有投入工业化生产的成功案例，加上国家的发展需求和政策支持，此类节能举措应该会得到大力推广。

“核定水域纳污容量，提出限制排污总量意见”是较熟悉的经典语句。但需要指出，这个“水域”不是指某一局部河段，而是指一条河流。按照河流的水文特征水量（径流量）及水质管理目标，是可以计算河流的纳污容量的。

目前有两种主流余热发电设备：(1)膨胀发电机，其工作原理是蒸汽或其他气体进入螺杆或离心式膨胀机膨胀驱动转子做功，同时降温降压，膨胀机再驱动发电机发电；(2)有机朗肯循环(ORC)[3]膨胀发电机，其工作原理是预热器、蒸发器接受余热热源的热量，将工质(五氟丙烷等)加热成高温高压的蒸汽，然后进入膨胀机推动转子做功，同时降温降压，膨胀机再驱动发电机发电。蒸汽从膨胀机排出后冷凝成液体，液体经升压再次进入预热器、蒸发器，完成一轮循环，其主要优势是能够利用较低品质的余热。

2 己内酰胺联合装置能源优化利用

2.1 蒸汽压差发电

己内酰胺联合装置是蒸汽消耗大户，需用到高(3.5 MPa)、中(1.0 MPa)、低(0.5 MPa) 3个压力等级的蒸汽。目前，获得中、低压蒸汽的途径主要是将高压蒸汽降温减压，然而，降温减压过程却造成了蒸汽梯级能量损失。如果这些降温减压过程能够满足膨胀发电机的使用条件，则可以考虑用膨胀发电机代替降温减压设备回收这部分损失的能量，并将其转化成电能。

件，可以考虑在此过程中使用ORC膨胀发电机代替循环水换热降温过程，达到节能目的。

己内酰胺联合装置生产过程中会产生大量的反应热，大部分需通过循环水冷却带走，造成大量循环水消耗和热量损失。ORC膨胀发电机为回收这部分热量提供了条件，考虑建立一个新的工艺水循环系统，用工艺水代替循环水进换热器取反应热，将工艺水升温到120 ℃左右进ORC膨胀发电机发电，出来后的工艺水经循环泵提压后再送到各换热点取热，循环运行，这样实现了对反应热的回收，大幅降低了循环水的使用量，同时也降低了循环水装置的能耗、物耗，增加了换热系统的使用周期和换热设备的使用寿命，节能效果明显。

  

图1 蒸汽压差发电工艺流程Fig.1 Flow chart of steam differential pressure power generation

 

表1 螺杆膨胀发电机72 h试运行数据Tab.1 72-h operation data of screw expansionpower generation set

  

项 目 参 数蒸汽压力/MPa进口1.2～1.3出口0.47蒸汽温度/℃进口180～195出口155～165蒸汽流量/(t·h-1)进口8～9出口8～9平均发电功率/kW170发电量/kW·h12.24×103

2.2 蒸汽冷凝液及反应热回收发电

（1）系统制定科技人才政策体系。科技人才队伍建设是一项系统工程，应健全人才工作合力机制。建议由常州市人才工作领导小组办公室牵头，科技局和人力资源和社会保障局等相关职能部门共同参与，统筹全市科技人才发展制定《常州市科技人才发展中长期规划》，明确科技人才范畴，制定科技人才队伍建设目标，明晰各部门主要建设任务和重点。从完善人才引进、培养、评价、激励政策体系，优化人才管理、服务模式，健全人才发展保障机制等方面共同发力，建设一支素质高、结构优、创新能力强、产业支撑能力强的科技人才队伍。

国内成功案例：浙江晋巨化工甲醇合成装置中，其废热锅炉能够利用甲醇合成反应热生产1.4～2.0 MPa的副产蒸汽8～12 t/h,通过自动减压阀将蒸汽减压至0.5～0.6 MPa后并入低压蒸汽管网供用户使用。考虑到能量损失，企业采用螺杆膨胀发电机对这一蒸汽减压过程进行能源优化利用改造。蒸汽压差发电工艺流程见图1，图中虚线框部分为改造新增设备。螺杆膨胀发电机组完成安装调试后进行72 h试运行，运行数据见表1。 受甲醇生产装置负荷不稳定等因素影响，试运行期间机组发电效率未达设计值。但与螺杆膨胀发电机组安装投运前相比，蒸汽压差得到了充分利用。据测算，螺杆膨胀发电机组共投资155万元，该技术应用后，年运行时间按8 000 h、电价按0.675元/kW·h计算，则年发电经济效益为92万元，在其现有运行状况下约1.5年即可回收成本。采用此项节能技术来降本增效是行之有效的途径和方法[4]。

己内酰胺联合装置蒸汽用量大，生产过程中会产生大量蒸汽冷凝液，温度约130 ℃，是良好的低温热源，对于这一部分热源，目前的回收方式通常是将蒸汽冷凝液集中回收后通过闪蒸回收一部分热能，然后经循环水降温、过滤、除盐后供生产装置用作工艺水。此过程需循环水参与降温，既消耗了循环水，又造成了热能损失，如果闪蒸后的蒸汽冷凝液能够满足ORC膨胀发电机的使用条

那么一个规范的教学设计该如何呈现呢？笔者认为可以借鉴人教版教师参考用书的体例，分为内容和内容解析(内容、内容解析，在此基础上明确教学重点)；目标和目标解析(目标、目标解析)；教学问题诊断分析(明确教学难点及突破方法)；教学过程设计(明确每部分的设计意图及主要的师生活动等)；目标检测设计等五部分.

国内成功案例：海南炼化芳烃联合装置在脱庚烷塔顶物料、成品塔顶物料、低压凝结水、歧化反应产物物料以及歧化汽提塔顶物料设置热水换热器，产生120 ℃的热水，利用ORC膨胀发电机进行热水发电。热水循环系统以除盐水为介质，通过热水循环泵增压至各工艺位置的热水换热器换热，经ORC膨胀发电机取热降温，循环进行达到回收低温余热的目的，为安全考虑系统设置了备用换热系统和热水稳定系统。低温热水发电工艺流程见图2。ORC膨胀发电机运行24 h数据见表2。

  

图2 低温热水发电工艺流程Fig.1 Flow chart of low-temperature hot-water generation

 

表2 ORC膨胀发电机24 h运行数据Tab.2 24-h operation data of ORC expansion power generation set

  

进水流量/(t·h-1)进水温度/℃回水温度/℃K710机组毛发电量/kW·h净发电量/kW·hK630机组毛发电量/kW·h净发电量/kW·h总发电量/kW·h热效率,%197.9119.572.0587.7461.5426.2318.1779.67.11194.9120.772.1592.6466.7425.9318.1784.87.10194.9121.071.9602.8475.2439.6330.9806.17.22197.2120.071.9596.1469.1431.9323.2792.37.16

受施工进度等影响，企业2套ORC发电机组只运行了1套，消耗热水200 t/h，在夏季工况下平均净发电量790 kW·h(若在冬季工况发电量将进一步提升)，装置设计热水产量为815 t/h，据此估算，ORC膨胀发电机组每年直接创效1 649.5万元[5]。

3 结论

a. 参考国内利用余热发电技术进行节能改造的成功案列，余热发电技术能够满足化工企业连续、安全生产要求，节能效益可观，为己内酰胺联合装置及其他化工装置节能减排提供了可行方案，值得借鉴。

近年来,北京这座超大城市遭遇人口老龄化的巨大挑战。2015年,北京市人大常委会在全国率先出台《北京市居家养老服务条例》,之后每年都选取一个重点难点问题,连续四年持续开展监督工作。

b. 建议新建、改扩建化工装置在设计阶段综合考虑利用余热发电技术进行统一节能设计，能够更安全、合理地进行能量回收，达到更好的节能效果，以降低产品单位能耗，提高企业竞争力。

参 考 文 献

[1] 聂文圣，李惠友，方芳，等. 中国己内酰胺市场供求分析与预测[J].合成纤维工业，2012，35(5)：46-50.

Nie Wensheng, Li Huiyou, Fang Fang, et al. Supply and demand analysis and forecast of China caprolactam market[J].Chin Syn Fiber Ind, 2012,35(5):46-50.

[2] 宋超，申武.己内酰胺产业供需现状及发展[J].合成纤维工业，2015，38(4)：44-47.

Song Chao, Shen Wu. Supply and demand status and development of caprolactam industry[J].Chin Syn Fiber Ind, 2015,38(4):44-47.

[3] 连红奎，李艳，束光阳子，等. 我国工业余热回收利用技术综述[J].节能技术，2011，29(2)：123-133.

Lian Hongkui, Li Yan, Shu Guangyangzi, et al. An overview of domestic technologies for waste heat utilization[J].Energ Conserv Tech, 2011,29(2):123-133.

[4] 孔令竑，李华. 螺杆膨胀发电机在蒸汽梯级利用中的运用[J].化工生产与技术，2014，21(5)：58-59.

Kong Linghong, Li Hua. Application of screw expansion power generator in steam cascade utilization[J]. Chem Produc Tech, 2014,21(5):58-59.

[5] 秦文戈. ORC热水发电技术在芳烃联合装置中的应用[J].当代化工，2015，44(2)：307-309.

Qin Wenge. Application of ORC hot water power generation technology in aromatic complex unit[J]. Contemp Chem Ind,2015,44(2):307-309.