能量回收的換熱網(wǎng)絡設計

安慶石化年處理7萬噸煉油廠含硫廢氣項目-能量回收的換熱網(wǎng)絡設計RS戰(zhàn)隊RS戰(zhàn)隊安慶石化年處理7萬噸煉油廠含硫廢氣項目能量回收的換熱網(wǎng)絡設計安徽職業(yè)技術學院安徽職業(yè)技術學院·RS戰(zhàn)隊羅樂帖志鵬韓淑英劉洋陳鵬羅樂帖志鵬韓淑英劉洋陳鵬

RS戰(zhàn)隊概述我國國民經(jīng)濟正處于一個高速發(fā)展的時期，這就不可避免地出現(xiàn)能源消耗的大幅度上升。當前我國的能源消費量已超過世界能源消費總量的10%，但是我國的人均能源消費量僅約為世界平均水平的50%，這種情況表明未來我國經(jīng)濟發(fā)展所面臨的能源問題將更加突出、更加嚴峻。為了保證國民經(jīng)濟持續(xù)、快速、健康地發(fā)展，必須合理、有效地利用能源，不斷提高能源利用效率。換熱是化工生產(chǎn)過程中不可缺少的一部分。在所有的工藝流程中，都有一些物流加熱，一些物流被冷卻。換熱的目的不僅是為了使物流溫度滿足工藝要求，而且是為了回收過程余熱，減少公用工程消耗。換熱網(wǎng)絡的消耗代價來自三個方面：換熱單元數(shù)、傳熱面積、公用工程消耗。換熱網(wǎng)絡合成追求的目標，是使這三方面的消耗都為最小值。目前，換熱網(wǎng)絡合成主要有三種方法：試探法、夾點技術、數(shù)學規(guī)劃法。其中，夾點技術以其使用簡單、直觀和靈活的優(yōu)點被廣泛的使用。采用夾點技術進行換熱網(wǎng)絡的設計時，一般是先找出最小公用工程消耗，即先設計能量最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡，然后再采取一定的方法，減少換熱單元數(shù)，從能量和設備數(shù)上對換熱網(wǎng)絡進行調(diào)優(yōu)。同時換熱網(wǎng)絡的設計還需要考慮到設備布置，不同車間之間物流換熱的代價，物流是否具有腐蝕性還有對換熱材料的要求等。因此在具體設計換熱網(wǎng)絡時候，可以從兩方面出發(fā)：一是物流信息的確定，求出整個系統(tǒng)的所有涉及到加熱冷凝的物流信息；二是考慮到具體物流的熱集成能力以及其他性質(zhì)情況（包括位置等因素），在滿足換熱匹配的要求上進行換熱設計。根據(jù)車間布置，將本項目分為含硫廢氣吸收工段、WAS制酸工段兩個工段。本項目的換熱網(wǎng)絡是基于全廠各個工段進行匹配的。工藝流股提取過程流股的提取如下：表2-1工藝過程物流信息表過程流股加熱器名稱進口溫度/℃出口溫度/℃能量/kW1TO2E-10125451223.234004TO5E-10210545-3260.1591512T013E-103600450-12663.4066515TO16E-104450210-3268.96834表2-2塔設備物流信息表塔名稱加熱器位置進口溫度/℃出口溫度/℃能量/kWT0101TOP254538164.75074T0101BOTTOM254538164.75074T0102TOP4512033940.0477T0102BOTTOM4511632307.7743確定能量目標將上述工藝流股信息輸入到AspenEnergyAnalyzerV8.6，在能量分析器中，對最小傳熱溫差進行經(jīng)濟評估，獲得總費用-最小傳熱溫差關系曲線如圖3-1示。圖3-1總費用與ΔTmin關系曲線（不含熱泵精餾）選擇最小傳熱溫差為13℃，得到組合曲線如圖3-2所示。圖3-2組合曲線（不含熱泵精餾）換熱網(wǎng)絡設計換熱網(wǎng)絡的設計，自由度較大，所獲得的方案數(shù)目眾多，但是合理的換熱網(wǎng)絡需要經(jīng)過篩選與優(yōu)化。在設計換熱網(wǎng)絡時，需要考慮工藝流股換熱的可能性，最好還要將設備費用等因素也考慮進去，以便獲得最為合理的換熱網(wǎng)絡。為簡化換熱網(wǎng)絡，將從flowsheet中得到的流股分流設置為1。在AspenEnergyAnalyzerV8.6給出的design中選取其中最為經(jīng)濟且換熱面積較小的設計方案進行后續(xù)優(yōu)化過程。設計方案如圖4-1所示：圖4-2優(yōu)化后的設計方案優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡所需換熱器數(shù)目為4臺，包含2個流股熱量回收利用的換熱器，數(shù)目減少且結(jié)構更為精簡，可回收熱量401MW，回收能量達47.89%。表4-1公用工程信息表經(jīng)過優(yōu)化后，節(jié)能401MW。共需要冷公用工程416MW，熱公用工程398MW。所使用的冷公用工程為：循環(huán)冷卻水、冷凍劑；所使用的熱公用工程為：1.0MPa、380℃的蒸汽和0.5MPa、300℃的