过程能量综合在炼油装置热联合能量优化中的应用研究-化学工程专业论文.docxVIP

的系统能量优化方法是可行的。 2．过程能量综合 石化工业是典型的过程连续工业，在过程系统工程的范畴内研究过 程工业的用能和节能问题，可以在“过程能量综合（集成）”的框架内展 开，它一般基于有如下基本设想：（1）石化系统是由若干个内部同时发 生能量和质量转换或传递的过程单元所组成的。（2）能量不但有数量多 少的量度还有质量（或品位）的差别，能的质量即它的能级由它的作功 能力或它所具有的火用（或称有效能、有用能）来决定。（3）火用是一 切用能过程进行的推动力，并以自身的损耗为代价。（4）温差（或浓度 差）越大，过程的不可逆度越高，虽然完成该过程的设备投资越小，但 过程的火用损耗越大。所以高温（或高浓）体做功的能力损失也就多。 （5）热能可以多次利用，在进行系统换热网络设计时，应按合适的温 位逐级利用、优化匹配，以尽量减少过程的不可逆度，降低损耗。尤其 要避免能量的无功降级。（6）系统换热网络的优化目标，不应是火用损 耗愈低愈好，而是火用耗费加设备与操作费之和越小越好。（7）系统换 热网络的优化，不仅要在单元过程（或设备）层面上实现用能和节能的 优化，更需要在全系统的能量（特别是热能）利用上实现整体优化。（8） 化工过程的能量综合优化，不只是一个单纯与过程工艺、设备和控制相 关的技术问题，还与工程、市场、季节等诸多因素密切相关，其实施方 案的最终效果，需要用对经济和社会效益的整体影响，才能作出最后的 评价。（9）能量综合的原则可应用于新装置（工厂）的设计、现有装置 的改造、过程工艺流程的调整与扩产脱瓶颈、新产品和新工艺的工业化 开发以及系统操作和生产管理等各个方面。这样就能从宏观到微观，从 生产的各个环节到相关的各个部门实现整体用能和节能的优化。这也是 过程能量综合这门科学研究的基本目标和所需要解决的问题。 过程能量综合的一个重要成就是华贲等人提出的“三环节”能量流 结构模型。他从能量在过程系统中的作用和变化入手，揭示出能量在过 程系统中转换、利用、回收和排出的普遍规律，提出了“三环节”能量流 结构模型。该模型按照过程系统中能量的演变过程将系统划分为三个不 同功能的环节，即能量转换环节、能量利用环节、能量回收环节。能量 在整个过程中的降质是在三个不同功能的环节中逐步发生的。 3．以直接热供料为主要内容的装置间热联合能量优化方法的研究 3.1装置间热联合形式的选择 一般情况下，如果热源和热阱能在本装置内能达成火用损（温差） 较小的匹配是最适宜的，应优先考虑。直接热供料是热联合的另一主要 形式，它的出发点不是寻找合适的热匹配，而是由物料供给关系决定的： 即上游装置的产品物流不经过冷却、中间罐储存而直接引至下游装置作 为进料。它的好处是节省冷却、再预热两个负荷和储罐的维温或加热负 荷，有时还节省一级泵送，在上下游装置物料供需关系相对稳定，下游 装置进料仍需加热者，应考虑采用直接热供料。根据我单位的实际情况， 本课题的研究主要针对以直接热供料为核心内容的装置间热联合。 3.2接热供料的装置间热联合能量优化方法的探讨 首先，我们可根据现有工艺的实际情况确定一个直供料温度的初值 Tin ，然后，在这一初值下分别完成焦化装置和加氢精制装置内部的换热 网络和分馏塔系统相关工艺参数的调整，再根据调整的结果作火用经济 学的技术经济评价。最后，完成两个装置间的流程合成与调优，即可得 到一组大系统解，以及该大系统在这一直供料温度初值Tin 条件下火用经 济学的总效益。如此类推，序贯求解，即可求出若干个温度值下的热联 合火用经济学的总效益。最后比较，将效益最好、且便于实施的一组最 优解作为直供料的装置热联合的能量优化方案。 4.热联合装置换热网络的优化问题探讨 4.1 基于夹点技术的换热网络合成 夹点技术首先规定各参与换热物流的起始温度和终了温度，求出对 应温度区间的平均热容流率，并认为是一个常数，不随温度变化。在此 基础上，把参与换热的所有热流合成一股“复合热流”，把参与换热的所 有冷流复合成一股“复合冷流”。复合的原则是同温位的物流的热焓值相 加。然后或凭经验确定一个网络的最小传热温差△Tm或通过换热器投 资折旧和公用工程操作费用的比较求出一个网络的最优最小传热温差 △Tm ,opt，称该温差为网络的夹点温差，反应在复合负荷曲线上该点是 冷、热负荷曲线垂直距离最近的点，其中心的温度即为夹点温度Tpinch。 夹点技术对具体的网络换热器匹配也有明确说明，分夹点上和夹点 下两个子网络分别匹配。在一个子网络内先匹配夹点换热器，再自由匹 配非夹点换热器，最后合成两个子网络。若台位数较多，可以牺牲一部 分能量以换取换热器数目的减少，这个过程称为“能量松弛”。经过二十 多年的发展，已有成形的设计软件实现网络匹配和换热器优化选型。 4.