基于火用經(jīng)濟(jì)學(xué)的溶劑再生裝置用能分析與優(yōu)化

1、基于火用經(jīng)濟(jì)學(xué)的溶劑再生裝置用能分析與優(yōu)化*魏志強，張冰劍，陳清林（中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院/低碳化學(xué)與過程節(jié)能廣東省重點實驗室，廣東 廣州 510275）摘要：借助火用經(jīng)濟(jì)調(diào)優(yōu)，對過程系統(tǒng)進(jìn)行分解協(xié)調(diào)優(yōu)化，通過計算各優(yōu)化改進(jìn)措施效益 O 與投資 I 的比 值，結(jié)合工程知識判斷優(yōu)化措施的取舍，發(fā)展了三環(huán)節(jié)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略。以某煉廠溶劑再生裝置為背景， 在子系統(tǒng)優(yōu)化基礎(chǔ)上對溶劑再生過程實施了全局協(xié)調(diào)優(yōu)化。針對再生塔回流比-塔板數(shù)權(quán)衡優(yōu)化、再生塔再 沸器傳熱強化、再生塔操作參數(shù)優(yōu)化、再生塔頂氣低溫?zé)峄厥盏葍?yōu)化措施進(jìn)行分析評價與調(diào)優(yōu)，調(diào)優(yōu)結(jié)果 表明再生塔頂氣低溫?zé)峄厥諔?yīng)予取消。研究表明，發(fā)展的火用

2、經(jīng)濟(jì)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略可使得裝置能耗費用降 低約 35%，年操作費用降低約 25%。與傳統(tǒng)的分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略相比，具有更強的實際操作性，可廣泛應(yīng) 用于指導(dǎo)過程工業(yè)的能量綜合優(yōu)化。關(guān)鍵詞：火用分析；火用經(jīng)濟(jì)學(xué)；分解協(xié)調(diào)優(yōu)化；溶劑再生 中圖分類號：TQ 028.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AExergoeconomic analysis and optimization for a solventregeneration unitWei Zhiqiang, Zhang Bingjian, Chen Qinglin*(School of Chemistry and Chemical Engineering/Key

3、Lab of Low-carbon Chemistry & Energy Conservation of Guangdong Province, Sun Yat-Sen University, Guangdong 510275, China)Abstract：Based on the traditional decomposing-coordinating optimization strategy, the value ofI/O is calculated, where I is the profit and O is the investment of the optimizat

4、ion measures. Combining with the knowledge of engineering, the decision for accepting or canceling the improving measure is given, and a new decomposing-coordinating strategy is developed. A global optimization for a solvent regeneration unit is achieved by applying the developed strategy. The impro

5、ving measures including trade-off of the reflux ratio and tray number, heat transfer enhancement of the reboiler, optimization of the operation parameters and recovery of the low temperature heat of the top vapor of the regeneration tower, etc were analyzed and evaluated. It is found that the recove

6、ry of the low temperature heat of the regeneration tower should be cancelled. The results illustrate that, the energy cost and the annual operating cost reduced by about 35% and 25%, respectively. Compared to the traditional strategy, the proposed strategy is more feasible, and can be widely used to

7、 guide the energy integration and optimization of process systems.Key words：exergy analysis; exergoeconomics; decomposing-coordinating optimization; solvent* 國家自然科學(xué)基金項目（20906106）及廣東省科技計劃項目（2010A080801003）資助。 第一 魏志強（1984），男，在讀博士研究生，研究方向為過程能量綜合優(yōu)化；通訊聯(lián)系人：陳清 林，Tel: email: chqlinmail.sysu.ed

8、u 。regeneration引言一直以來，改善過程系統(tǒng)能量利用效率的方法主要為基于熱力學(xué)第一定律的能量分析法 與基于熱力學(xué)第二定律的火用分析法。前者主要從能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系來評價過程和裝置能 量利用的有效性，但不能反映用能過程不可逆性引起的能量貶值；后者則可通過追蹤能量利 用過程中能量品質(zhì)的變化，指出真正的用能薄弱環(huán)節(jié)以及用能優(yōu)化改進(jìn)的方向，已廣泛應(yīng)用 于過程系統(tǒng)的用能分析與優(yōu)化改進(jìn)1-3。由于節(jié)能措施的實施需要對設(shè)備投資與節(jié)能效益進(jìn) 行權(quán)衡，最優(yōu)化的用能方案并非以能量消耗最小或過程火用損最小為目標(biāo)，而是以包括能耗 費用與設(shè)備投資費用等在內(nèi)的總費用最小為目標(biāo)，基于此，火用經(jīng)濟(jì)分析優(yōu)化理論和方

9、法得 到了廣泛的研究與應(yīng)用4-6。特別是，基于三環(huán)節(jié)模型的火用經(jīng)濟(jì)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略已廣泛應(yīng) 用于煉油化工過程的能量綜合優(yōu)化。早期能量綜合優(yōu)化多為過程系統(tǒng)的局部優(yōu)化，局部優(yōu)化是全局優(yōu)化的基礎(chǔ)，但全局優(yōu)化 不是局部優(yōu)化結(jié)果的簡單加和，針對于此，華賁等7基于過程系統(tǒng)三環(huán)節(jié)能量流結(jié)構(gòu)模型與 火用經(jīng)濟(jì)學(xué)方法提出了的化工過程能量綜合的火用經(jīng)濟(jì)調(diào)優(yōu)法，通過火用分析指出過程系統(tǒng)用能 優(yōu)化與改進(jìn)的方向及措施，按照優(yōu)化措施的功能分為 U、N、K、R 四類，以改進(jìn)效益為目 標(biāo)函數(shù)，通過計算措施效益 O、投資增量 I 及投資效益率 O/I，判定改進(jìn)措施的取舍。 火用經(jīng)濟(jì)調(diào)優(yōu)法的主要不足是缺少了能量系統(tǒng)三環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)

10、優(yōu)化。與此同時，沈劍峰等8 提出了分餾塔網(wǎng)絡(luò)能量綜合優(yōu)化的火用經(jīng)濟(jì)方法，通過分餾塔自身優(yōu)化、再沸器和冷凝器優(yōu) 化、三者協(xié)調(diào)、復(fù)合措施應(yīng)用、火用經(jīng)濟(jì)學(xué)調(diào)優(yōu)等步驟，形成了可應(yīng)用于分餾塔系統(tǒng)的分解 協(xié)調(diào)優(yōu)化策略雛形。陳步寧等9對過程系統(tǒng)按能量流結(jié)構(gòu)分解并進(jìn)行子系統(tǒng)優(yōu)化，進(jìn)而對全 局優(yōu)化改進(jìn)中各子系統(tǒng)之間的相互影響進(jìn)行分析、探討，歸納出分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略收斂的準(zhǔn) 則，提出了分解協(xié)調(diào)優(yōu)化的步驟框圖，但該框圖缺少了對復(fù)合措施與火用經(jīng)濟(jì)學(xué)調(diào)優(yōu)的考慮。 尹清華等10提出了改變工藝參數(shù)、能量升級、熱功聯(lián)產(chǎn)三類復(fù)合措施及相應(yīng)的優(yōu)化策略。 陳清林等11-12明確了能量利用、回收、轉(zhuǎn)換三個環(huán)節(jié)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及優(yōu)化策略，

11、細(xì)化了分 解協(xié)調(diào)優(yōu)化的步驟。截至目前，火用經(jīng)濟(jì)學(xué)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略在 CGAM 問題13、噴霧干燥14、 芳烴分離15、延遲焦化16、催化煙氣能量回收17等方面的應(yīng)用已有文獻(xiàn)報道，但缺乏進(jìn)一 步的理論發(fā)展與實際應(yīng)用推廣研究?；诖耍谇叭搜芯康幕A(chǔ)上，本文結(jié)合火用經(jīng)濟(jì)調(diào)優(yōu)法發(fā)展了過程系統(tǒng)火用經(jīng)濟(jì)分解協(xié) 調(diào)優(yōu)化策略。進(jìn)一步的，以國內(nèi)某煉廠溶劑再生裝置為背景，通過實例研究驗證了發(fā)展了的 過程系統(tǒng)火用經(jīng)濟(jì)學(xué)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略的優(yōu)越性與現(xiàn)實可行性。并通過對設(shè)備投資與節(jié)能效 益的權(quán)衡，嘗試評價溶劑再生過程用能的完善性及優(yōu)化改進(jìn)措施的現(xiàn)實可行性。1.火用經(jīng)濟(jì)學(xué)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略1.1三環(huán)節(jié)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù) 能量利

12、用環(huán)節(jié)是過程系統(tǒng)的核心部分，該環(huán)節(jié)以最小的物料與能量消耗或最大的生產(chǎn)利潤為目標(biāo)。假定在一定的生產(chǎn)流程與工藝條件下，物料消耗恒定，且與管理、勞動力有關(guān)的 其它費用不變，則能量利用環(huán)節(jié)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)可寫成10：min (Oe + Od ) = (ååcUi ExNij -åcOj ExOj ) + å Z Pj(1)ijjj從優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)可以看出：cui，coj 為利用子系統(tǒng)優(yōu)化的邊界約束條件，即利用子系 統(tǒng)的優(yōu)化是在一定的能量轉(zhuǎn)換與回收水平上進(jìn)行的；與 ExNji，ExOj 及 ZPj 相關(guān)的變量可以選 作子系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計變量。選用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法求解優(yōu)化

13、模型得到 ExNji，ExOj 及 ZPj 的優(yōu)化 值。能量回收環(huán)節(jié)的作用是將利用子系統(tǒng)中降質(zhì)的能量加以回收再利用。其優(yōu)化目標(biāo)以最小10的回收驅(qū)動火用為代價，獲得最大的待回收火用價 cO，即max cO = åcUi (ExRi + ExEi ) - (åcUi ExDi + å Z Rj )/ å ExOj(2)iijj式(2)表明：cUi，ExOj 為回收子系統(tǒng)優(yōu)化的邊界約束條件，即回收子系統(tǒng)的優(yōu)化是在一 定的待回收火用與回收產(chǎn)品火用價前提下進(jìn)行的；與 ExDi，ExRi，ExEi 及 ZRj 相關(guān)的變量可以選 作子系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計變量，以此獲得 Ex

14、Di，ExRi，ExEi 及 ZRj 的優(yōu)化值。能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是將外界供入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換成為工藝過程所需要的能量形式，其優(yōu)化目標(biāo)為最小的有效輸出火用價 cUi10，即min cU= (åc pi Ex pi - åcBi ExBi ) + å ZUj / å(ExUi + ExDi )(3)iiji式(3)表明：cPi，ExUi，ExDi，ExBi 為回收子系統(tǒng)優(yōu)化的邊界約束條件，即回收子系統(tǒng)的 優(yōu)化是在一定的輸出產(chǎn)品 與外供產(chǎn)品火用價前提下進(jìn)行的；與 ExP 及 ZUj 相關(guān)的變量可以選 作子系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計變量，以此獲得 ExP 及 ZUj 的優(yōu)化

15、值使得子系統(tǒng)的有效輸出產(chǎn)品火用價最 小。1.2 發(fā)展的火用經(jīng)濟(jì)學(xué)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化框圖 傳統(tǒng)的過程系統(tǒng)全局的火用經(jīng)濟(jì)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略可表述為：(1) 在給定的 cUi，cOj 初值條件下相對獨立地進(jìn)行利用子系統(tǒng)的優(yōu)化，得到約束條件下 的 ExNi 和 ExOj 優(yōu)化值；(2) 在優(yōu)化邊界約束 ExOj 的前提下進(jìn)行回收子系統(tǒng)的優(yōu)化，確定回收循環(huán)火用 ExRi，回收 循環(huán)火用 ExEi 及回收驅(qū)動火用 ExDi 值，以此得到新的 cOj 值；，(3) 在新的邊界條件 ExUi 及 ExDi 下，進(jìn)行轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的優(yōu)化，導(dǎo)致 cUi 值變化；，(4) 若 cUi-cUi < ，cOj，-c<

16、則可輸出優(yōu)化結(jié)果，否則，在新的 c 與 c 值下重復(fù)以O(shè)jUiOj，上 3 個子系統(tǒng)的優(yōu)化操作，迭代至滿足 cUi-cUi < ，cOj-cOj < 則可輸出優(yōu)化結(jié)果。上述火用經(jīng)濟(jì)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略只是完成了子系統(tǒng)的優(yōu)化與子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化，得 到的結(jié)果為初步優(yōu)化值，還需要進(jìn)行復(fù)合改進(jìn)措施、火用經(jīng)濟(jì)調(diào)優(yōu)的步驟完成過程系統(tǒng)的全 局優(yōu)化。文獻(xiàn)8, 10認(rèn)為復(fù)合改進(jìn)措施主要涉及改變過程參數(shù)、采用能量升級措施、采用熱 功聯(lián)產(chǎn)措施三個途徑?？紤]采用復(fù)合措施后，部分過程參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致原有優(yōu)化措施改 變，因此，可依據(jù)復(fù)合措施所涉及子系統(tǒng)，將復(fù)合措施分解，分別納入能量利用、回收、轉(zhuǎn)換三個子系統(tǒng)

17、進(jìn)行優(yōu)化。如芳烴分離過程8, 15，通過增加 B 塔壓力，回收 B 塔塔頂氣熱量 作為 A 塔再沸器熱源，涉及 B 塔能量回收與 A 塔能量利用子系統(tǒng)，采用該措施后，B 塔部 分參數(shù)改變，其優(yōu)化措施應(yīng)基于復(fù)合措施調(diào)整。由此可知，將復(fù)合措施分解，分別納入能量 利用、回收、轉(zhuǎn)換三個子系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化是可行的。得到初步優(yōu)化值后，需要依據(jù)實際工況與當(dāng)前經(jīng)濟(jì)、環(huán)境條件對各優(yōu)化措施采納與否作 出判斷,即進(jìn)行全局方案的火用經(jīng)濟(jì)調(diào)優(yōu)。全局方案火用經(jīng)濟(jì)調(diào)優(yōu)是以全局最大投資利潤率為目 標(biāo)進(jìn)行投資再分配的調(diào)優(yōu)改進(jìn)。投資利潤率 r = O/I 是評價改進(jìn)方案優(yōu)劣的重要指標(biāo)，其 中，I 為投資增量，O 為措施效益。本文借鑒

18、設(shè)備投資回收期計算的方法18，結(jié)合工程知 識判斷各優(yōu)化措施的取舍。綜上，改進(jìn)后的過程系統(tǒng)火用經(jīng)濟(jì)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略如圖 1 所示，增加部分可表述為：參照基準(zhǔn)工況及給定經(jīng)濟(jì)條件估算 cUi 與 cOj 初值(5) 計算各優(yōu)化措施的效益 O、投資增量 I 及投資效益率 O/I，并結(jié)合工程知識判 定優(yōu)化改進(jìn)措施的取舍。一般認(rèn)為，O/I 2，保留該措施；O/I 2，取消該措施。O/I 2，保留措施O/I 2，取消措施結(jié)束基礎(chǔ)數(shù)采集，按三環(huán)節(jié)模型將過程系統(tǒng)分解成三個子系統(tǒng)進(jìn)行火用分析協(xié)調(diào)變量值c = c ，UUic = c ，OjOj開始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，按三環(huán)節(jié)模型將過程系統(tǒng)分解成三個子系統(tǒng)進(jìn)行火用分析據(jù)能

19、量利用環(huán)節(jié)優(yōu)化：基于 cUi 與 cOj 確定優(yōu)化變量 ExNi 與 ExOj 值能量回收環(huán)節(jié)優(yōu)化：基于 Ex 確定優(yōu)化變量 Ex ，Ex ，Ex 的值及目標(biāo)函數(shù) c 的新值 c，OjDiRiEiOjOj能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)優(yōu)化：基于 Ex 與 Ex 優(yōu)化給出目標(biāo)函數(shù) c 的新值 c，UiDiUiUjcUi Ui，-c < N c ，-c < Oj OjY輸出優(yōu)化結(jié)果計算每項措施的效益 I 及投資 O圖 1 過程系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化過程框圖2. 實例研究2.1 溶劑再生工藝流程簡介 溶劑再生是煉油廠重要的環(huán)保裝置，由于屬于非主體工藝裝置，對于該裝置的用能優(yōu)化研究行對匱乏。考慮到溶劑再生裝置直接

20、耗用蒸汽，其蒸汽耗量對煉廠能耗水平有一定影響， 以國內(nèi)某煉廠年處理量為 500 萬噸的溶劑再生裝置為例，該裝置耗用蒸汽約 50 t/h，約占全 廠能耗的 4%。因此，對溶劑再生裝置實施能量系統(tǒng)綜合優(yōu)化具有重要的節(jié)能和環(huán)保意義。 溶劑再生塔帶有簡單的換熱網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)歸屬于簡單蒸餾塔范疇。圖 2 為國內(nèi)某煉廠溶劑再生裝置工藝流程簡圖。裝置處理量為 50 t/h。來自上游裝置的富胺液經(jīng)貧富液二級換熱器換熱至 60 進(jìn)入富液閃蒸罐，脫除溶解烴，閃蒸后的底液經(jīng)貧富液一級換熱器換熱至 100 進(jìn)入再生塔進(jìn)行分餾。塔頂酸性氣溫位約為 110 ，經(jīng)由空冷、 水冷冷卻后進(jìn)入酸性氣分液罐，氣相送至 Claus 單元的

21、原料酸性氣入口，液相返回溶劑再生 塔頂部。再生塔底貧胺液溫位約為 122 ，經(jīng)一、二級貧富液換熱器換熱至 80 左右，進(jìn) 一步冷卻后送至溶劑儲罐，返回上游脫硫裝置。溶劑再生塔再沸器每小時耗用 1.0 MPa 蒸汽 3.0 t，0.35 MPa 蒸汽 2.0 t。通過能量的作用完成物料轉(zhuǎn)換與分離的單元如富胺液閃蒸罐、再生塔、冷凝罐等屬于能 量利用環(huán)節(jié)；完成不同種類能量轉(zhuǎn)換的單元如再生塔再沸器、機泵等屬于能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)；用 于回收熱量或冷卻目的產(chǎn)品物流的換熱器、水冷器、空冷器等屬于能量回收環(huán)節(jié)?？绽渌溥M(jìn)料氣態(tài)烴貧胺H2S1閃蒸罐；2溶劑再生塔；3冷凝罐；4貧胺液回收罐；5再沸器 圖 2 溶劑再生裝

22、置工藝流程簡圖2.2 裝置用能現(xiàn)狀分析基于溶劑再生裝置運行數(shù)據(jù)，并借助流程模擬軟件 PRO/II 對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行補充校正， 對溶劑再生裝置進(jìn)行能量分析與火用分析，能量計算結(jié)果見表 1，火用計算結(jié)果見表 2。表 1 溶劑再生裝置能量分析計算結(jié)果表 2 溶劑再生裝置火用分析計算結(jié)果項目kW/h項目kW/h項目kW/h項目kW/h項目kW/h項目kW/hEP6165EU5370EW795ExP1440ExU1290DKU20EN8855ER3485ET1240DJU130ExN1920ExR630EO7615EJ4130EJD480DT555ExO1365DKR190EJM1865EJC1785DK

23、R545由溶劑再生裝置能量平衡與火用平衡計算結(jié)果，分析如下：（1）能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換效率 U=87.0%。直接損失的能量主要涉及蒸汽凝結(jié)水的 熱量損失，凝結(jié)水的回收利用是裝置節(jié)能的重點之一；能量利用環(huán)節(jié)中，工藝總用能達(dá) 8855 kW，偏高，通過工藝過程和操作條件的改進(jìn)可以使得工藝總用能降低；能量回收環(huán)節(jié)的能 量回收率 R=45.8%，約 23.2%的待回收能量由冷卻水冷卻排棄，約 6.2%以散熱形式排棄于 大氣。因此，節(jié)能的重點在于減少冷卻負(fù)荷，加強保溫，通過換熱流程優(yōu)化調(diào)整盡可能增加 循環(huán)回收的能量 ER；（2）能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的火用效率 xU=89.6%，與能量轉(zhuǎn)換效率接近，其中轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)

24、過程火用 損耗約占總火用損的 15%，表明再沸器傳熱過程火用損耗具有一定優(yōu)化潛力；能量利用環(huán)節(jié)中， 過程火用損耗率為 29.0%，遠(yuǎn)高于熱力學(xué)能耗效率 14.0%，表明改善溶劑再生塔操作條件存在 一定的節(jié)能潛力；能量回收環(huán)節(jié)中，能流圖指出熱量冷卻排棄與物流損失率為 47.9%，火用 分析結(jié)果表明該部分火用損失占 40.7%，回收環(huán)節(jié)過程火用損耗為 13.8%，表明對于能量回收環(huán) 節(jié)，其節(jié)能潛力主要表現(xiàn)在回收低溫?zé)崃?，減少冷卻負(fù)荷。綜上，對于能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，其節(jié)能潛力主要為強化再沸器傳熱；對于能量利用環(huán)節(jié)，其 節(jié)能潛力主要是優(yōu)化改進(jìn)溶劑再生塔操作條件；對于能量回收環(huán)節(jié)，其優(yōu)化潛力主要表現(xiàn)為 回收低

25、溫?zé)幔瑴p少冷卻負(fù)荷?；谏鲜龌鹩梅治?，針對裝置 3 個環(huán)節(jié)所存在的用能問題，提出以下改進(jìn)措施：(1) 溶劑再生塔分離精度-塔板數(shù)-回流比三維權(quán)衡優(yōu)化；(2) 對貧胺液中 H2S 含量與再生塔再沸器負(fù)荷進(jìn)行權(quán)衡以降低工藝總用火用；(3) 通過設(shè)置低溫?zé)崦剿到y(tǒng)回收再生塔頂物料熱量；(4) 再生塔塔底再沸器采用 T 型翅片管強化再沸器傳熱。 以上措施中，(1)、(2)屬于能量利用環(huán)節(jié)改進(jìn)措施，(3)屬于能量回收環(huán)節(jié)改進(jìn)措施，(4)屬于能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)改進(jìn)措施。2.3 溶劑再生裝置分解協(xié)調(diào)優(yōu)化依據(jù)當(dāng)前能源價格，取 1.0 MPa 蒸汽價格為 140 ￥/t，0.35 MPa 蒸汽價格為 120 ￥/t，

26、 電價格取 0.5 ￥/kW.h，凝結(jié)水價格取 0.3 ￥/t。計算供入火用價、有效供入火用價及待回收火用 價列于表 3。表 3 cU 與 cO 火用價計算結(jié)果項目計算式能耗費用 ￥/kWcPc P= c P S E x P S + c P H E x P HEx P+ c P E E x P E0.60cUcO2.3.1 能量利用環(huán)節(jié)的優(yōu)化（1）再生塔 R-NT 優(yōu)化c U =c O =c P E x P + Z P UE x Uc U E x R - Z P RE x O0.720.23再生塔回流比-塔板數(shù)權(quán)衡優(yōu)化結(jié)果見表 4。同時，依據(jù)當(dāng)前設(shè)備價格，處理量為 50 t/h 的再生塔投資約

27、為 500 萬元，報廢期設(shè)為 10 年，年操作時間以 8000 h 計，參考蒸汽價格， 計算能耗費用、設(shè)備投資費用與總費用同列于表 4。由表 4 可知，綜合考慮設(shè)備投資與能耗費用，最佳回流比 Ropt=1.27，塔板數(shù)為 24 塊，比實際工況下再生塔理論塔板數(shù)多出 2 塊。表 4 再生塔回流比-塔板數(shù)權(quán)衡優(yōu)化參數(shù)表理論塔板數(shù)NT1820212224262830回流比 R1.551.451.431.361.271.271.271.18再沸器負(fù)荷kW29002810278027502700266526402615冷凝器負(fù)荷kW122011301100107010221020960935能耗費用 ￥

28、/h652630624616604595589584設(shè)備投資￥/h687578838998105113年度總費用 ￥/h750705702699693693694696（2）再生塔再沸器負(fù)荷優(yōu)化 鑒于再生塔再沸器所耗用蒸汽為裝置能耗費用的主要組成部分，同時考慮再生貧胺液中H2S 含量與再沸器負(fù)荷密切相關(guān)，基于此，對再生塔再沸器負(fù)荷與貧胺液中 H2S 含量實施權(quán) 衡優(yōu)化。貧胺液中 H2S 含量不同對應(yīng)的再沸器負(fù)荷變化見表 5?？紤]工程限制約束：貧胺液 中 H2S 的含量不大于 0.15%。由表 5 可見，從節(jié)約能耗費用角度，貧胺液中 H2S 的最佳含量 為 0.15%。表 5 再生塔再沸器負(fù)荷與

29、貧胺液中 H2S 含量權(quán)衡優(yōu)化參數(shù)表項目1234567貧胺液中 H2S 含量w%0.050.080.100.120.150.200.30再生塔冷凝器負(fù)荷kW366515001130475340325313再生塔再沸器負(fù)荷kW5350253028102135200019701915再生塔能耗費用 ￥/h13858056305254904804702.3.2能量回收、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的優(yōu)化 鑒于溶劑再生裝置換熱網(wǎng)絡(luò)較為簡單，優(yōu)化潛力不明顯，僅存在再生塔頂氣低溫?zé)嵛椿厥?，故能量回收環(huán)節(jié)的主要措施為設(shè)置低溫?zé)崦剿到y(tǒng)回收再生塔頂物料熱量，預(yù)計每小時 可多回收熱量 100 kW。能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)優(yōu)化的主要措施為強化

30、再生塔塔底再沸器傳熱，預(yù)計優(yōu)化改進(jìn)后能量轉(zhuǎn)換 環(huán)節(jié)的火用效率可由 89.6%提高至 92.0%左右。2.3.3 協(xié)調(diào)優(yōu)化按照火用經(jīng)濟(jì)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，在完成過程系統(tǒng)火用分析并提出各環(huán)節(jié)節(jié)能改進(jìn)措施之 后，需要通過局部優(yōu)化協(xié)調(diào)，以得到全局優(yōu)化的改造方案。表 6 為溶劑再生裝置的分解協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果。表 6 分解協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果cUi項目cOj能耗費用投資總費用￥×kW-1￥×kW-1104 /￥×a-1104/￥×a-1104/￥×a-1初始0.720.23855250110510.720.2369826195920.720.3262926589430.

31、650.3254426881240.650.27557926884750.650.275579268847第一次迭代對應(yīng)措施為再生塔回流比-塔板數(shù)的權(quán)衡優(yōu)化與再生貧胺液中 H2S 含量與再 沸器負(fù)荷的權(quán)衡優(yōu)化。通過塔板數(shù)增加至 24 塊，回流比降低至 1.27，H2S 含量控制在 0.15%， 再沸器負(fù)荷降低約 10%，使得工藝總用火用降低約 20%，待回收火用降低約 30%。表現(xiàn)為表 6中能耗費用的減小，同時由于塔板數(shù)增加導(dǎo)致設(shè)備投資有所增加。第二次迭代對應(yīng)措施為再 生塔頂?shù)蜏責(zé)岬幕厥眨僭O(shè)回收的火用與回收循環(huán)火用價值相同，則回收火用價上升，由于需要 改造再生塔頂管線及添置換熱器，故設(shè)備投資

32、有所增加。第三次迭代對應(yīng)措施為強化再沸器 傳熱，強化后再沸器投資增加，同時鑒于有效供入火用減少，故有效供入火用價降低，回收火用 價降低。第四次迭代是考慮經(jīng)第一輪優(yōu)化后有效供入火用價、回收火用價與初始值不滿足判據(jù)， 故進(jìn)入第二輪優(yōu)化，鑒于工藝?yán)铆h(huán)節(jié)不具有優(yōu)化潛力，而通過分析發(fā)現(xiàn)，能量回收環(huán)節(jié)每 小時低溫?zé)峄厥樟坎蛔?100 kW，由此，回收火用價有所降低。至此，完成第二輪優(yōu)化，有效供入火用價、回收火用價與本輪的初始值仍不滿足判據(jù)，進(jìn)入第三輪優(yōu)化。第五次迭代中，各 個環(huán)節(jié)均不需要優(yōu)化改進(jìn)，因此，有效供入火用價、回收火用價與本輪的初始值滿足判據(jù)，迭 代結(jié)束，輸出優(yōu)化改進(jìn)結(jié)果。2.3.4 措施效益計

33、算表 7 為溶劑再生裝置的各優(yōu)化措施投資與效益的計算結(jié)果。表 7 各優(yōu)化措施投資與效益計算結(jié)果投資 I措施效益 Or=O/I備注104 /￥×a-1104 /￥×a-1再生塔回流比-理論塔板數(shù)權(quán)衡優(yōu)化11222.0accept再生塔操作參數(shù)優(yōu)化0112/accept低溫?zé)峄厥?41.0cancel強化再沸器換熱35016.7accept由表 7 可知，對于能量利用子系統(tǒng)優(yōu)化措施再生塔回流比-塔板數(shù)權(quán)衡優(yōu)化和再生塔再 沸器負(fù)荷與貧胺液中 H2S 含量權(quán)衡優(yōu)化，前者 r = 2.0，保留；后者由于無投資，r 趨于無窮 大，保留。對于能量回收子系統(tǒng)優(yōu)化措施再生塔頂氣低溫?zé)峄厥?，r

34、 = 1.0，取消。對于能量 轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)優(yōu)化措施強化再沸器傳熱，r = 16.7，保留。取消再生塔頂氣低溫?zé)峄厥沾胧┖螅?優(yōu)化結(jié)果見表 8。表 8 措施調(diào)整后分解協(xié)調(diào)優(yōu)化結(jié)果cUicOj能耗費用投資總費用項目￥×kW-1￥×kW-1104 /￥×a-1104/￥×a-1104/￥×a-1結(jié)果0.650.2755792648433. 結(jié)論基于火用經(jīng)濟(jì)調(diào)優(yōu)法與火用經(jīng)濟(jì)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，將復(fù)合措施分解納入能量利用、回收、 轉(zhuǎn)換三個子系統(tǒng)分別進(jìn)行優(yōu)化，在過程系統(tǒng)初步優(yōu)化后，對優(yōu)化措施的取舍進(jìn)行判斷，形成 了改進(jìn)的過程系統(tǒng)火用經(jīng)濟(jì)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，并通過

35、實例研究驗證了改進(jìn)的過程系統(tǒng)火用經(jīng) 濟(jì)學(xué)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略的優(yōu)越性與現(xiàn)實可行性。實例研究表明，應(yīng)用改進(jìn)的火用經(jīng)濟(jì)分解協(xié) 調(diào)優(yōu)化策略對溶劑再生用能過程實施優(yōu)化后，裝置能耗費用可降低約 32%，年操作費用降 低約 24%?；鹩媒?jīng)濟(jì)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略通過對設(shè)備投資與節(jié)能效益進(jìn)行權(quán)衡優(yōu)化和評價過程 系統(tǒng)用能的完善性及優(yōu)化改進(jìn)措施的現(xiàn)實可行性，可實現(xiàn)過程系統(tǒng)的全局優(yōu)化，可廣泛應(yīng)用 于指導(dǎo)過程系統(tǒng)的能量綜合優(yōu)化。參考文獻(xiàn)1 Ricardo R, Consuelo R, Salvador G. Exergy and exergoeconomic analysis of a crude oil combined

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