能量回收的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

安慶石化年處理7萬噸煉油廠含硫廢氣項(xiàng)目-能量回收的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)RS戰(zhàn)隊(duì)RS戰(zhàn)隊(duì)安慶石化年處理7萬噸煉油廠含硫廢氣項(xiàng)目能量回收的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院·RS戰(zhàn)隊(duì)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(duì)概述我國國民經(jīng)濟(jì)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(dāng)前我國的能源消費(fèi)量已超過世界能源消費(fèi)總量的10%，但是我國的人均能源消費(fèi)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(jì)發(fā)展所面臨的能源問題將更加突出、更加嚴(yán)峻。為了保證國民經(jīng)濟(jì)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(luò)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(luò)合成追求的目標(biāo)，是使這三方面的消耗都為最小值。目前，換熱網(wǎng)絡(luò)合成主要有三種方法：試探法、夾點(diǎn)技術(shù)、數(shù)學(xué)規(guī)劃法。其中，夾點(diǎn)技術(shù)以其使用簡單、直觀和靈活的優(yōu)點(diǎn)被廣泛的使用。采用夾點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)時，一般是先找出最小公用工程消耗，即先設(shè)計(jì)能量最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò)，然后再采取一定的方法，減少換熱單元數(shù)，從能量和設(shè)備數(shù)上對換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)優(yōu)。同時換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)還需要考慮到設(shè)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(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行換熱設(shè)計(jì)。根據(jù)車間布置，將本項(xiàng)目分為含硫廢氣吸收工段、WAS制酸工段兩個工段。本項(xiàng)目的換熱網(wǎng)絡(luò)是基于全廠各個工段進(jìn)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(jìn)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(shè)備物流信息表塔名稱加熱器位置進(jìn)口溫度/℃出口溫度/℃能量/kWT0101TOP254538164.75074T0101BOTTOM254538164.75074T0102TOP4512033940.0477T0102BOTTOM4511632307.7743確定能量目標(biāo)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(jìn)行經(jīng)濟(jì)評估，獲得總費(fèi)用-最小傳熱溫差關(guān)系曲線如圖3-1示。圖3-1總費(fèi)用與ΔTmin關(guān)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(luò)設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，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(luò)需要經(jīng)過篩選與優(yōu)化。在設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮工藝流股換熱的可能性，最好還要將設(shè)備費(fèi)用等因素也考慮進(jìn)去，以便獲得最為合理的換熱網(wǎng)絡(luò)。為簡化換熱網(wǎng)絡(luò)，將從flowsheet中得到的流股分流設(shè)置為1。在AspenEnergyAnalyzerV8.6給出的design中選取其中最為經(jīng)濟(jì)且換熱面積較小的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化過程。設(shè)計(jì)方案如圖4-1所示：圖4-2優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)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(gòu)更為精簡，可回收熱量401MW，回收能量達(dá)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