华电新乡火电厂脱硫联产6千吨硫酸项目附录 4换热网络优化.docxVIP

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指导老师：张瑾/杨胜凯/王雪静——2017“东华科技-陕鼓杯”第十一届全国大学生化工设计竞赛换热网络优化团队队员：陈良杰/姚培龙/王银鹏苗小敏/任新帅华电新乡火电厂脱硫联产6千吨硫酸/年项目

指导老师：

张瑾/杨胜凯/王雪静

——2017“东华科技-陕鼓杯”

第十一届全国大学生化工设计竞赛

换热网络优化

团队队员：

陈良杰/姚培龙/王银鹏

苗小敏/任新帅

华电新乡火电厂脱硫联产6千吨硫酸/年项目

河南科技学院

EXPLORER团队

1.概述

本项目为新乡华电设计一废气处理装置并联合生产硫酸的分厂，制造成本是一个关键的考核参数，其中公用工程的消耗占了很大的一部分。运用夹点技术对流程进行换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现对内部流股热量的集成和最大化利用，从而减小公用工程的消耗。

本项目具体可分为废气脱除阶段、硫酸生产阶段。

从整个工艺流程来看，本项目需要大量的公用工程，冷公用工程包括冷却水，热公用工程包括117℃的低压蒸汽、175℃的中压蒸汽。

冷公用工程来源于本项目厂区的循环水站及冷冻站，热公用工程来源于本项目厂区的蒸汽系统。

为充分集成过程中的热量，本项目运用了AspenEnergyAnalyze，充分利用了各流股之间的温度差，使流股之间的热量更加集成，从而提高了可回收能量的比率，实现了较大程度的节能。

2.工艺流股提取

表2-1工艺流股信息

过程流股

换热器名称

进口温度/℃

出口温度/℃

能量/kW

M1H1-M1R2

H1

100

170

9878

S1H2-H2R3

H2

100

350

216

M2H3-M3R4

H3

116

405

142

R4H4-H4R5

H4

589

478

-59.5

R7H5-H5AB

H5

428

120

-200

R2H6-OUT1

H6

170

120

-7069

3.夹点分析

将上述流股数据输入到软件AspenEnergyAnalyzer中，分析经济效益与最小传热温差的关系，拟合出投资费用、操作费用与最小传热温差的关系曲线如图3-1

图3-1

由图3-1可以看出，最小温差在70摄氏度左右时，总费用最少。温差越高，传热推动力越大。

图3-2

由图3-2中可以看出，重合部分表示的是冷物流和热物流之间的换热，重合的部分越多，流股换热需要的公用工程就越小。需要热公用工程为10240KW，冷公用工程为8039KW。

4.换热网络设计

换热网络的设计，自由度较大，所获得的方案数目众多，但是合理的换热网络需要经过筛选与优化。在设计换热网络时，需要考虑工艺流股换热的可能性，同时还要将设备费用等因素也考虑进去。在AspenEnergyAnalyzer给出的design中选取其中比较经济且所需换热器较少的设计方案进行后续优化过程。所选推荐设计方案如下图4-1所示：

图4-1自动选择的换热方案

该换热网络的换热器数目为13台，按照最小换热器台数原则，还可以撤去若干台换热器。该换热网络中有部分换热器换热面积很小，热负荷也很小，可以删去。当用多种公用工程换热时，可适当减少操作费，但会增加换热器数目和设备费。比如在使用冷却水和制冷剂冷却时，如果冷却水冷却的负荷较小，则可直接使用制冷剂，而不使用两种公用工程，以节省一台换热器的设备费。

图4-2优化后的换热网络

将负荷小于10MW的换热器忽略，直接使用制冷剂，不使用公用工程，这样就能够节省好多换热器的设备费用，优化后的换热网络所需换热器数目为7台，数目减少且结构更为精简，可回收热量8321KW，所需热公用工程为2503KW，所需冷公用工程为305KW。极大地减少了公用工程的用量，减少了经济成本。

综上所述，进行换热网络优化后，可节约大量的能量，能量回收率达到55.8%，实现了较大能量的回收利用。