節(jié)能技術(shù)講座(ppt)
綜合能力考核表詳細(xì)內(nèi)容
節(jié)能技術(shù)講座(ppt)
節(jié)能技術(shù)講座
中國石化集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)中心
主要內(nèi)容
1. 石化工業(yè)用能特點(diǎn)及潛力
2. 能耗計算與評價
3. 節(jié)能原理、方法與途徑
4. 窄點(diǎn)技術(shù)
5. 能量平衡
6. 節(jié)能新技術(shù)、新設(shè)備
7. 石化工業(yè)的節(jié)能方向
1.石化工業(yè)用能特點(diǎn)及潛力
1.1 用能量大,占加工成本比例大
以乙烯裝置為例,國內(nèi)裝置能耗大部分在750kg標(biāo)準(zhǔn)油/t,2003年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)量約600萬噸,總能耗450萬噸標(biāo)準(zhǔn)油,能耗費(fèi)用近60億元(2007年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)量將達(dá)1100萬噸,總能耗達(dá)825萬噸標(biāo)準(zhǔn)油)。
以煉油工業(yè)為例,綜合能耗量占原油加工量的8%~10%。2001年全國原油加工量達(dá)1.98億噸,耗能量約1700萬噸標(biāo)油,費(fèi)用約220億元。平均能耗成本(包括自產(chǎn)燃料等)占總加工成本的50%~60%。
但目前加工成本計算中,將自產(chǎn)燃料形成的能耗未計入成本,造成了能耗成本占總加工成本比例不高的假象,將能耗成本淹沒在巨大的產(chǎn)品銷售中,大大弱化了能耗的影響及其節(jié)能工作的開展。
某煉油廠加工每噸原油的完全能耗費(fèi)用
國內(nèi)某煉油廠的煉油加工費(fèi)對比
該煉油廠綜合能耗為86.8kg標(biāo)油/t,平均每kg標(biāo)油能耗的費(fèi)用為1.56元,全廠能量因數(shù)為6.626,單位能量因數(shù)能耗為13.1 kg標(biāo)油/(t.Ef)。從最具可比性的單位能量因數(shù)能耗來看,該煉油廠與國內(nèi)能耗先進(jìn)值(11kg標(biāo)油/(t.Ef))相比有較大的差距。若該煉油廠能耗達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平,綜合能耗將下降13.9kg標(biāo)油/t,使每噸原油的加工費(fèi)下降21.7元,下降幅度幾乎達(dá)到了每年修理費(fèi)的水平。
由于該廠的單位能量因數(shù)能耗是全國平均水平,因此煉油企業(yè)的平均節(jié)能潛力為20元/噸原油。
修正后的煉油加工費(fèi)指標(biāo)合理地反映了各項影響因素,能耗費(fèi)用成為煉油加工成本的第一影響因素。 因此節(jié)能永遠(yuǎn)是石化企業(yè)挖潛增效,增強(qiáng)競爭力的一個主題。
2002年中國石化集團(tuán)公司煉油專業(yè)達(dá)標(biāo)指標(biāo)
1.2 加熱冷卻過程多
石化工業(yè)加工過程中,有非常多的冷、熱物流(過程物流、公用工程物流等)需要換熱。如乙烯裝置、煉油過程主要是通過物理的辦法,按照各油品沸點(diǎn)的差別進(jìn)行分離,即通過冷冷熱熱,就完成了加工過程。
以冷熱物流相聯(lián)系的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化(廣義)技術(shù),在石化工業(yè)大有用武之地。
1.3 節(jié)能涉及全過程
石化生產(chǎn)是連續(xù)、多工序、多層次的加工過程,從全廠發(fā)展規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)等過程均涉及能量的利用,可以說,加工全過程就是能量流的過程,節(jié)能絕不是一個部門或幾個部門的事情。
能耗指標(biāo)是一個高度綜合性的指標(biāo),如果一個石化企業(yè)的能耗指標(biāo)是先進(jìn)的,則必然意味著規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行、維護(hù)、管理等所有環(huán)節(jié)的高水平,缺一不可。
國內(nèi)節(jié)能工作存在的一個重要問題是:重技術(shù)輕管理 。必須加強(qiáng)管理,提高所有人員的節(jié)能意識,激發(fā)節(jié)能積極性,才能真正將節(jié)能工作落到實(shí)處。
生產(chǎn)企業(yè)各部門對能源的要求不一樣
技術(shù)部門為了生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品,有時在探討工藝過程中反而會提出增加能耗的建議;
生產(chǎn)部門重點(diǎn)是放在生產(chǎn)方面,始終努力采用高生產(chǎn)效率的方式,而提高生產(chǎn)性的效果,幾乎均與節(jié)能直接關(guān)連。
生產(chǎn)計劃部門為將庫存壓于最小程度,根據(jù)適時生產(chǎn)的方式而制定頻繁更換作業(yè)內(nèi)容的生產(chǎn)計劃,而這種生產(chǎn)方式不利于節(jié)能的;
動力設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)是動力管理部門的工作任務(wù),但有時因過度追求節(jié)能,也會提出妨礙生產(chǎn)效率的要求。
日本節(jié)能的觀點(diǎn)
生產(chǎn)工廠的使命是制造產(chǎn)品,因而努力推進(jìn)能量有效利用的工作人員是難能可貴的后勤部隊。與生產(chǎn)部門相比,推進(jìn)節(jié)能的工作是種不顯眼的苦差事,因而需要“廠領(lǐng)導(dǎo)的節(jié)能意識”,即應(yīng)該針對節(jié)能作出的努力表示敬意并對所取得的成果給予高度評價和鼓勵。
1.4 本質(zhì)上存在用能三環(huán)節(jié)過程
(1)過程用能的主要形式是熱、流動功和蒸汽,它們一般是通過轉(zhuǎn)換設(shè)備(如爐、機(jī)泵)等轉(zhuǎn)換過來的;
(2)轉(zhuǎn)換設(shè)備提供的熱、功、蒸汽等形式的能量進(jìn)入工藝核心環(huán)節(jié)(塔、反應(yīng)器),連同回收循環(huán)能量一起推動工藝過程完成后,除部分能量轉(zhuǎn)入到產(chǎn)品中外,其余均進(jìn)入能量回收系統(tǒng);
(3)能量在工藝核心環(huán)節(jié)完成其使命后,質(zhì)量下降,但仍具有較高的壓力和溫度,可以通過換熱設(shè)備、換功設(shè)備(液力透平)等回收利用。但受工程和經(jīng)濟(jì)條件約束,回收不能到底,最終通過冷卻、散熱等排棄到環(huán)境中。
從三環(huán)節(jié)理論的節(jié)能:首先應(yīng)選用或改進(jìn)工藝過程,減少工藝用能;再考慮經(jīng)濟(jì)合理地回收;其不足部分再由轉(zhuǎn)換設(shè)備提供。
1.5 目前還存在較大的節(jié)能潛力
裝置的節(jié)能潛力
先進(jìn)裝置與落后裝置的差距即是節(jié)能潛力.
裝置名稱 國內(nèi)先進(jìn) 國內(nèi)一般或平均 國際先進(jìn)
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乙 烯 585 750-800 400-450
煉廠單因能耗 11 13 9.5-10
常減壓 10.4 11.8 9.3(大連規(guī)劃)
餾分油催化 47 56 37(法國東日)
重油催化 55 68
延遲焦化 21 27
加氫裂化 26 46 38(全循環(huán),規(guī)劃)
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系統(tǒng)存在更大的節(jié)能潛力
相對來說,過程組合即系統(tǒng)節(jié)能的潛力更大。
熱聯(lián)合
蒸汽動力系統(tǒng)
儲運(yùn)系統(tǒng)
低溫余熱的回收和利用。
根據(jù)節(jié)能中心掌握的有關(guān)資料:目前對于30萬噸/年的乙烯裝置或500萬噸/年的煉油廠,設(shè)定投資回收期為2年時,年節(jié)能效益一般在5000萬元以上。
對某300萬噸/年煉油廠所做的節(jié)能規(guī)劃,僅氣體分餾裝置和儲運(yùn)系統(tǒng)用低溫余熱代替1.0Mpa蒸汽就達(dá)40t/h,年效益2500萬元。
3.節(jié)能原理與方法
3.1 熱力學(xué)第一定律分析法
3.2 熱力學(xué)第二定律分析法
3.3 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)
3.4 用能的本質(zhì)認(rèn)識
3.5 節(jié)能方法
掌握節(jié)能原理
科學(xué)找出節(jié)能潛力與部位
制定節(jié)能措施的指導(dǎo)原則
規(guī)劃長短期節(jié)能目標(biāo)
不掌握節(jié)能原理
提出不恰當(dāng)?shù)墓?jié)能指標(biāo)
制定出不合理的節(jié)能決策
批準(zhǔn)不合理的節(jié)能方案
3.1 第一定律分析法
熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律:能量是物質(zhì)運(yùn)動的量度,當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時,數(shù)量不變。
該分析法得到了廣泛應(yīng)用,它主要是用熱效率的高低來估計節(jié)能潛力,熱效率越高說明節(jié)能潛力越大。
能量平衡工作正是基于這一定律,把能量的來龍去脈搞清楚,確定多少能量被利用,多少能量損失掉。
優(yōu)點(diǎn):簡單直觀,容易理解和掌握,運(yùn)用得當(dāng)對節(jié)能工作能起到重要作用。
缺點(diǎn):由于它所依據(jù)的僅是能量數(shù)量上的守恒性,在挖掘節(jié)能潛力時有較大的局限性和不合理性。
3.2 第二定律分析法
20世紀(jì)50年代以后,熱力學(xué)第二定律的理論開始在節(jié)能實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。它的表述方法很多,其中之一是:當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時,其品位只可能降低或來變,絕不可能提高。這樣能量在數(shù)量的守恒性和質(zhì)量上的貶值性,就構(gòu)成了能量的全面本性。
現(xiàn)代節(jié)能原理是同時依據(jù)熱力學(xué)第一、第二定律,并通過直觀實(shí)用的方式,來體現(xiàn)能的全面本性,由此建立的節(jié)能理論和方法,稱為第二定律分析法。這種方法有兩大類,熵分析法和火用分析法。由于熵分析法比較抽象,不能評價能量的使用價值,且本身也不是一種能量,現(xiàn)在已被火用分析法取代。
火用分析法認(rèn)為:能量=火用+火無
火用是這樣一種能,在給定環(huán)境的作用下,可以完全連續(xù)地轉(zhuǎn)化為任何一種其它形式的能量,而火無是一種不可能轉(zhuǎn)化的能量形式。
火用主要是針對熱提出的,即熱量中最大能轉(zhuǎn)化為功的部分。
采用火用分析法,能從本質(zhì)上找出能量損失。
3.3 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)
20世紀(jì)60年代以來,在節(jié)能領(lǐng)域產(chǎn)生了將火用分析法與經(jīng)濟(jì)因素及優(yōu)化理論有機(jī)結(jié)合的熱經(jīng)濟(jì)學(xué),即除了研究體系與自然環(huán)境之間的相互作用外,還要研究一個體系內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)參量與環(huán)境經(jīng)濟(jì)參量之間的相互作用。
一般來說,第一定律和第二定律分析法,在方案比較中僅能給出一個參考方向,而不能得出具體結(jié)論。而熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法可以直接給出結(jié)果,這種方法特別適用于解決大型、復(fù)雜的能量系統(tǒng)分析、設(shè)計和優(yōu)化。
3.4 用能的本質(zhì)認(rèn)識
按能量的作功能力,將其分為三大類:
高級能量:理論上可以完全轉(zhuǎn)化為功的能量,如機(jī)械功、電能、
水能等;
低級能量:理論上不能全部轉(zhuǎn)化為功的能量,主要是熱能;
僵態(tài)能量:完全不能轉(zhuǎn)化為功的能量。
可逆過程是熱力學(xué)中的一種理想過程,在這個過程中,如為機(jī)械運(yùn)動則沒有摩擦阻力,如為傳熱過程則沒有溫差,如對常減壓蒸餾裝置,如達(dá)到可逆過程,其能耗就可能僅為2~3的程度。因此可以看出:真正的可逆過程是不存在的,事實(shí)上,自然界的任何過程都不是可逆過程。節(jié)能工作就是要在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)合理條件下,接近可逆過程。
用能的本質(zhì):
大部分能量是過客;
能量是完成過程中不發(fā)生化學(xué)變化的“催化劑”;
能量是完成過程的推動力。
3.5 節(jié)能方法
(1)使用用能量小的先進(jìn)工藝過程和高效設(shè)備;
(2)減少過程。由于凡有過程,就有不可逆性,因此應(yīng)盡可能減少過程,減少不可逆性。如裝置之間的熱進(jìn)出料;從整個系統(tǒng)的角度使用能量,抓住優(yōu)化匹配的機(jī)會,減少不可逆性。
(3)多次使用能量。如對傳熱過程,就是要減少傳熱溫差,目前的經(jīng)濟(jì)傳熱平均溫差(不包括加熱爐)已經(jīng)達(dá)到達(dá)20~30℃ ,隨著強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展,傳熱系數(shù)提高后,經(jīng)濟(jì)傳熱過程可能進(jìn)一步減小。煉油過程中,最常見最典型的過程為傳熱過程,各個裝置均有大量的換熱器。凡是傳熱溫差很大或較大的地方,也即是用不合理的地方。
(4)高級高用,低能低用。
燒開水的例子
將100kg水從15 ℃ 加熱到100 ℃ ,需能量8500kcal,按數(shù)量折為0.85kg標(biāo)油。
(1)用電加熱 :2.5kg標(biāo)油;
(2)LPG加熱: 1kg標(biāo)油;
(3)用燃料發(fā)生中壓蒸汽,通過凝汽機(jī)的排汽加熱:0.7kg標(biāo)油。此時,所需的一次能源已小于水本身升溫所需的熱量0.85kg標(biāo)油。
能量多次使用的例子
如有八個物理過程,分別從起始溫度加熱至終止溫度后,即需將熱量排掉,每個過程的需熱量為10kg標(biāo)油。
(1)1200~1400℃
(2)800~1000 ℃
(3)400~600 ℃
(4)200~300 ℃
(5)150~200 ℃
(6)110~130 ℃
(7)80~100 ℃
(8)50~70 ℃
如果每一個過程單獨(dú)進(jìn)行,至少需要8*10=80 kg標(biāo)油。
如果將前一個過程完成后的熱量回收用于下一個過程,則總需能量僅為10 kg標(biāo)油,是單獨(dú)過程用能的八分之一。由此可以看出能量多次使用的本質(zhì)和系統(tǒng)優(yōu)化的極大優(yōu)越性。
4. 窄點(diǎn)技術(shù)
4.1窄點(diǎn)技術(shù)的起源、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
4.2窄點(diǎn)技術(shù)的概念及術(shù)語
4.3窄點(diǎn)技術(shù)超目標(biāo)方法
4.4窄點(diǎn)設(shè)計法
4.5公用工程能級優(yōu)選法
4.6加熱爐在過程組合中的適宜布局
4.7易污垢換熱的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法
4.8用于裝置改造
4.9全廠性能量組合設(shè)計
4.10 例題
4.1窄點(diǎn)技術(shù)的起源、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
窄點(diǎn)技術(shù)的原理1978年由英國曼徹斯特大學(xué)的B.Linnhoff教授提出,經(jīng)過多年的應(yīng)用研究,已成為過程工業(yè)節(jié)能的一種先進(jìn)且特別實(shí)用的技術(shù),廣泛應(yīng)用于煉油、石油化工、造紙、制藥等幾乎所有過程工業(yè)部門。據(jù)一項1994年的統(tǒng)計資料,窄點(diǎn)技術(shù)在全世界的工業(yè)應(yīng)用項目在2500個以上。曾有人對此項技術(shù)的評價是可以代替20年的的工程經(jīng)驗(yàn),在最流行此技術(shù)的時候,世界上的一些大公司專門成立了窄點(diǎn)技術(shù)組,日本三菱化學(xué)公司曾專門請B.Linnhoff的博士進(jìn)行輔導(dǎo)學(xué)習(xí)和應(yīng)用。
傳統(tǒng)方法及數(shù)學(xué)法的缺點(diǎn):
(1)第一定律:不能真正說明能量損失的原因;
(2)第二定律:很抽象,實(shí)際過程中難以應(yīng)用;
(3)純粹數(shù)學(xué)意義上的優(yōu)化,到目前還僅限于換熱物流數(shù)目較少的網(wǎng)絡(luò),對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),數(shù)學(xué)方法還很不成熟,不僅經(jīng)常得不到答案,而且合成的網(wǎng)絡(luò)很復(fù)雜,難于實(shí)際應(yīng)用。
窄點(diǎn)技術(shù)的顯著特點(diǎn):簡單實(shí)用
使用簡單的圖表加上一定的經(jīng)驗(yàn)即可對復(fù)雜的裝置和系統(tǒng),同時優(yōu)化權(quán)衡能量與投資;
特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)人員對問題和目標(biāo)的理解,所有的決定由技術(shù)人員自己做出,因?yàn)榧夹g(shù)人員始終了解發(fā)生的所有事情。
能在具體設(shè)計之前,就可提出很好的實(shí)用解決方案
窄點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
窄點(diǎn)技術(shù)主要是優(yōu)化廣義的換熱網(wǎng)絡(luò),也即是以冷熱物流相聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò),如裝置內(nèi)、裝置間及裝置與蒸汽動力系統(tǒng)的冷熱物流,當(dāng)然也包括加熱爐煙氣、熱機(jī)、熱泵等。據(jù)此,石化工業(yè)是窄點(diǎn)技術(shù)大有作為的一個工業(yè)。
窄點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展主要在20世紀(jì)80~90年代,不僅可用于換熱網(wǎng)絡(luò),也可用于水處理即水處理窄點(diǎn)方法,減少水耗。國內(nèi)窄點(diǎn)技術(shù)也得到了一些應(yīng)用,但還較少,有許多應(yīng)用,還僅限于窄點(diǎn)計算。應(yīng)該說明,國內(nèi)窄點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用還大有潛力可挖。
4.2窄點(diǎn)技術(shù)的概念及術(shù)語
冷熱綜合曲線
窄點(diǎn)及意義
窄點(diǎn)溫差
吸熱部分
放熱部分
公用工程目標(biāo)
解題表(或叫問題表格)
B.Linnhoff的解題表是窄點(diǎn)技術(shù)的基石。如下例:
窄點(diǎn)溫差選20 ℃ ,熱公用工程目標(biāo)為107.5,冷公用工程目標(biāo)為40 ℃ , 窄點(diǎn)溫度為對應(yīng)SN3子網(wǎng)絡(luò),即熱物流溫度為90 ℃ ,冷物流溫度為70 ℃ 。SN1子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為:熱物流150~145 ℃ ,冷物流僅125 ℃ ;SN2子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為:熱物流145~120 ℃ ,冷物流125~120 ℃ ;SN5子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為:熱物流僅60 ℃ ,冷物流為40~25 ℃ ;SN6子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為:熱物流僅60 ℃ ,冷物流為25~20 ℃ 。
總綜合曲線
總綜合曲線的兩個示例
第一個圖形,窄點(diǎn)溫度180 ℃ ,可發(fā)生低壓蒸汽及供出低溫余熱;
第二個圖形,第一個窄點(diǎn)溫度260 ℃ ,第二個窄點(diǎn)溫度120 ℃ ,中間可發(fā)生中壓蒸汽,背壓發(fā)電后,再供出0.5Mpa蒸汽,利用中間富裕的溫差作功。
窄點(diǎn)技術(shù)中的金法則
(1)不通過窄點(diǎn)傳遞熱量;
(2)窄點(diǎn)以上吸熱部分不使用冷公用工程;
(3)窄點(diǎn)以下放熱部分不使用熱公用工程 。
實(shí)際意義是:盡量使冷熱綜合曲線平行,溫差均衡分配,使在合理回收能量的前提下,使投資最小,實(shí)際上是節(jié)能基本原則的應(yīng)用 。
冷熱綜合曲線、解題表和總綜合曲線是來自于同一熱力學(xué)分析的三種表示方式,其中冷熱綜合曲線和總綜合曲線可以從解題表中的數(shù)據(jù)推出來。解題表易于尋找能量目標(biāo)和熱級流動情況,冷熱綜合曲線更便于對窄點(diǎn)技術(shù)的基本概念進(jìn)行理解,而總綜合曲線特別適用于選擇公用工程的適當(dāng)配置方案。
4.3 窄點(diǎn)技術(shù)超目標(biāo)方法
確定了窄點(diǎn)溫差,就確定了冷、熱公用工程目標(biāo),但窄點(diǎn)溫差如何在具體設(shè)計之前選?。?
因此窄點(diǎn)技術(shù)中發(fā)展出了一個超目標(biāo)方法,即在換熱網(wǎng)絡(luò)還沒有具體設(shè)計的情況下,運(yùn)用一些模型,優(yōu)化選取窄點(diǎn)溫差。假如把每一個窄點(diǎn)溫差下的換熱網(wǎng)絡(luò)都設(shè)計出來,而進(jìn)行選取,其工作量太大,工程上不實(shí)用,也沒有這個必要。
超目標(biāo)方法的實(shí)質(zhì)是利用冷熱綜合曲線的“垂直換熱”傳熱面積模型、殼程數(shù)模型以及泵功模型,預(yù)測每一個窄點(diǎn)溫差情況下的最小傳熱面積、最小殼程數(shù),從而預(yù)測出投資,當(dāng)然選取一個窄點(diǎn)溫差,就可確定了冷熱工程目標(biāo),也就可以確定能耗費(fèi)用。綜合選取年操作費(fèi)用最低的窄點(diǎn)溫差即為優(yōu)化值。
4.4窄點(diǎn)設(shè)計法
老式設(shè)計法
在窄點(diǎn)設(shè)計法中,核心的問題是窄點(diǎn)處的換熱匹配,即不使熱量傳遞通過窄點(diǎn),以免造成冷熱公用工程目標(biāo)的增大。
窄點(diǎn)設(shè)計法主要包括以下五個步驟:
(1)將換熱網(wǎng)絡(luò)由窄點(diǎn)分成兩個分離網(wǎng)絡(luò);
(2)這兩個分離網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計由窄點(diǎn)處開始往窄點(diǎn)換熱器以遠(yuǎn)發(fā)展,主要的窄點(diǎn)匹配方案以及是否或如何進(jìn)行物流分流,應(yīng)用可行性準(zhǔn)則來確定(物流數(shù)包括分流準(zhǔn)則、熱容流率不等式約束準(zhǔn)則、熱容流率差準(zhǔn)則);
(3)當(dāng)窄點(diǎn)處存在可挑選的方案時,設(shè)計者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)確定;
(4)窄點(diǎn)換熱器的熱負(fù)荷取決于消去探試法。當(dāng)有問題時,如增加公用工程用量或?qū)е路钦c(diǎn)換熱器的溫差不足時,可在窄點(diǎn)處選用其它方案或降低熱負(fù)荷;
(5)非窄點(diǎn)換熱器的匹配往往是自由匹配,設(shè)計者可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定所希望的匹配。
新式設(shè)計法
實(shí)際上,這種老式的窄點(diǎn)設(shè)計法比較機(jī)械,設(shè)計出的換熱網(wǎng)絡(luò)也比較復(fù)雜。為此后來發(fā)展出了雙溫差設(shè)計法,即確定冷熱公用工程目標(biāo)時,用一個窄點(diǎn)溫差,也稱為熱回收窄點(diǎn)PTD(如20 ℃ )。而在實(shí)際設(shè)計換熱器時,選取較小的一個傳熱溫差別值(如10 ℃ ),這樣設(shè)計出的換熱網(wǎng)絡(luò)比較簡單實(shí)用。而且一般設(shè)計時,也不是從窄點(diǎn)處分開,而是在確定冷熱公用工程目標(biāo)后,直接從吸熱部的最高溫度開始匹配。
4.5 公用工程能級優(yōu)選法
對大多數(shù)工藝過程來說,為了滿足它在窄點(diǎn)以上的熱量需求,通常要對不同的熱公用工程系統(tǒng)進(jìn)行選擇。而對窄點(diǎn)以下的子系統(tǒng),要盡量將其有效熱量作熱源用來產(chǎn)生低壓蒸汽、預(yù)熱空氣和鍋爐給水以及產(chǎn)生低溫余熱等,最后再將剩余熱量排放到冷卻水或空氣中。
節(jié)能技術(shù)講座(ppt)
節(jié)能技術(shù)講座
中國石化集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)中心
主要內(nèi)容
1. 石化工業(yè)用能特點(diǎn)及潛力
2. 能耗計算與評價
3. 節(jié)能原理、方法與途徑
4. 窄點(diǎn)技術(shù)
5. 能量平衡
6. 節(jié)能新技術(shù)、新設(shè)備
7. 石化工業(yè)的節(jié)能方向
1.石化工業(yè)用能特點(diǎn)及潛力
1.1 用能量大,占加工成本比例大
以乙烯裝置為例,國內(nèi)裝置能耗大部分在750kg標(biāo)準(zhǔn)油/t,2003年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)量約600萬噸,總能耗450萬噸標(biāo)準(zhǔn)油,能耗費(fèi)用近60億元(2007年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)量將達(dá)1100萬噸,總能耗達(dá)825萬噸標(biāo)準(zhǔn)油)。
以煉油工業(yè)為例,綜合能耗量占原油加工量的8%~10%。2001年全國原油加工量達(dá)1.98億噸,耗能量約1700萬噸標(biāo)油,費(fèi)用約220億元。平均能耗成本(包括自產(chǎn)燃料等)占總加工成本的50%~60%。
但目前加工成本計算中,將自產(chǎn)燃料形成的能耗未計入成本,造成了能耗成本占總加工成本比例不高的假象,將能耗成本淹沒在巨大的產(chǎn)品銷售中,大大弱化了能耗的影響及其節(jié)能工作的開展。
某煉油廠加工每噸原油的完全能耗費(fèi)用
國內(nèi)某煉油廠的煉油加工費(fèi)對比
該煉油廠綜合能耗為86.8kg標(biāo)油/t,平均每kg標(biāo)油能耗的費(fèi)用為1.56元,全廠能量因數(shù)為6.626,單位能量因數(shù)能耗為13.1 kg標(biāo)油/(t.Ef)。從最具可比性的單位能量因數(shù)能耗來看,該煉油廠與國內(nèi)能耗先進(jìn)值(11kg標(biāo)油/(t.Ef))相比有較大的差距。若該煉油廠能耗達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平,綜合能耗將下降13.9kg標(biāo)油/t,使每噸原油的加工費(fèi)下降21.7元,下降幅度幾乎達(dá)到了每年修理費(fèi)的水平。
由于該廠的單位能量因數(shù)能耗是全國平均水平,因此煉油企業(yè)的平均節(jié)能潛力為20元/噸原油。
修正后的煉油加工費(fèi)指標(biāo)合理地反映了各項影響因素,能耗費(fèi)用成為煉油加工成本的第一影響因素。 因此節(jié)能永遠(yuǎn)是石化企業(yè)挖潛增效,增強(qiáng)競爭力的一個主題。
2002年中國石化集團(tuán)公司煉油專業(yè)達(dá)標(biāo)指標(biāo)
1.2 加熱冷卻過程多
石化工業(yè)加工過程中,有非常多的冷、熱物流(過程物流、公用工程物流等)需要換熱。如乙烯裝置、煉油過程主要是通過物理的辦法,按照各油品沸點(diǎn)的差別進(jìn)行分離,即通過冷冷熱熱,就完成了加工過程。
以冷熱物流相聯(lián)系的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化(廣義)技術(shù),在石化工業(yè)大有用武之地。
1.3 節(jié)能涉及全過程
石化生產(chǎn)是連續(xù)、多工序、多層次的加工過程,從全廠發(fā)展規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)等過程均涉及能量的利用,可以說,加工全過程就是能量流的過程,節(jié)能絕不是一個部門或幾個部門的事情。
能耗指標(biāo)是一個高度綜合性的指標(biāo),如果一個石化企業(yè)的能耗指標(biāo)是先進(jìn)的,則必然意味著規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行、維護(hù)、管理等所有環(huán)節(jié)的高水平,缺一不可。
國內(nèi)節(jié)能工作存在的一個重要問題是:重技術(shù)輕管理 。必須加強(qiáng)管理,提高所有人員的節(jié)能意識,激發(fā)節(jié)能積極性,才能真正將節(jié)能工作落到實(shí)處。
生產(chǎn)企業(yè)各部門對能源的要求不一樣
技術(shù)部門為了生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品,有時在探討工藝過程中反而會提出增加能耗的建議;
生產(chǎn)部門重點(diǎn)是放在生產(chǎn)方面,始終努力采用高生產(chǎn)效率的方式,而提高生產(chǎn)性的效果,幾乎均與節(jié)能直接關(guān)連。
生產(chǎn)計劃部門為將庫存壓于最小程度,根據(jù)適時生產(chǎn)的方式而制定頻繁更換作業(yè)內(nèi)容的生產(chǎn)計劃,而這種生產(chǎn)方式不利于節(jié)能的;
動力設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)是動力管理部門的工作任務(wù),但有時因過度追求節(jié)能,也會提出妨礙生產(chǎn)效率的要求。
日本節(jié)能的觀點(diǎn)
生產(chǎn)工廠的使命是制造產(chǎn)品,因而努力推進(jìn)能量有效利用的工作人員是難能可貴的后勤部隊。與生產(chǎn)部門相比,推進(jìn)節(jié)能的工作是種不顯眼的苦差事,因而需要“廠領(lǐng)導(dǎo)的節(jié)能意識”,即應(yīng)該針對節(jié)能作出的努力表示敬意并對所取得的成果給予高度評價和鼓勵。
1.4 本質(zhì)上存在用能三環(huán)節(jié)過程
(1)過程用能的主要形式是熱、流動功和蒸汽,它們一般是通過轉(zhuǎn)換設(shè)備(如爐、機(jī)泵)等轉(zhuǎn)換過來的;
(2)轉(zhuǎn)換設(shè)備提供的熱、功、蒸汽等形式的能量進(jìn)入工藝核心環(huán)節(jié)(塔、反應(yīng)器),連同回收循環(huán)能量一起推動工藝過程完成后,除部分能量轉(zhuǎn)入到產(chǎn)品中外,其余均進(jìn)入能量回收系統(tǒng);
(3)能量在工藝核心環(huán)節(jié)完成其使命后,質(zhì)量下降,但仍具有較高的壓力和溫度,可以通過換熱設(shè)備、換功設(shè)備(液力透平)等回收利用。但受工程和經(jīng)濟(jì)條件約束,回收不能到底,最終通過冷卻、散熱等排棄到環(huán)境中。
從三環(huán)節(jié)理論的節(jié)能:首先應(yīng)選用或改進(jìn)工藝過程,減少工藝用能;再考慮經(jīng)濟(jì)合理地回收;其不足部分再由轉(zhuǎn)換設(shè)備提供。
1.5 目前還存在較大的節(jié)能潛力
裝置的節(jié)能潛力
先進(jìn)裝置與落后裝置的差距即是節(jié)能潛力.
裝置名稱 國內(nèi)先進(jìn) 國內(nèi)一般或平均 國際先進(jìn)
----------------------------------------------------------------------------------------------------
乙 烯 585 750-800 400-450
煉廠單因能耗 11 13 9.5-10
常減壓 10.4 11.8 9.3(大連規(guī)劃)
餾分油催化 47 56 37(法國東日)
重油催化 55 68
延遲焦化 21 27
加氫裂化 26 46 38(全循環(huán),規(guī)劃)
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
系統(tǒng)存在更大的節(jié)能潛力
相對來說,過程組合即系統(tǒng)節(jié)能的潛力更大。
熱聯(lián)合
蒸汽動力系統(tǒng)
儲運(yùn)系統(tǒng)
低溫余熱的回收和利用。
根據(jù)節(jié)能中心掌握的有關(guān)資料:目前對于30萬噸/年的乙烯裝置或500萬噸/年的煉油廠,設(shè)定投資回收期為2年時,年節(jié)能效益一般在5000萬元以上。
對某300萬噸/年煉油廠所做的節(jié)能規(guī)劃,僅氣體分餾裝置和儲運(yùn)系統(tǒng)用低溫余熱代替1.0Mpa蒸汽就達(dá)40t/h,年效益2500萬元。
3.節(jié)能原理與方法
3.1 熱力學(xué)第一定律分析法
3.2 熱力學(xué)第二定律分析法
3.3 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)
3.4 用能的本質(zhì)認(rèn)識
3.5 節(jié)能方法
掌握節(jié)能原理
科學(xué)找出節(jié)能潛力與部位
制定節(jié)能措施的指導(dǎo)原則
規(guī)劃長短期節(jié)能目標(biāo)
不掌握節(jié)能原理
提出不恰當(dāng)?shù)墓?jié)能指標(biāo)
制定出不合理的節(jié)能決策
批準(zhǔn)不合理的節(jié)能方案
3.1 第一定律分析法
熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律:能量是物質(zhì)運(yùn)動的量度,當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時,數(shù)量不變。
該分析法得到了廣泛應(yīng)用,它主要是用熱效率的高低來估計節(jié)能潛力,熱效率越高說明節(jié)能潛力越大。
能量平衡工作正是基于這一定律,把能量的來龍去脈搞清楚,確定多少能量被利用,多少能量損失掉。
優(yōu)點(diǎn):簡單直觀,容易理解和掌握,運(yùn)用得當(dāng)對節(jié)能工作能起到重要作用。
缺點(diǎn):由于它所依據(jù)的僅是能量數(shù)量上的守恒性,在挖掘節(jié)能潛力時有較大的局限性和不合理性。
3.2 第二定律分析法
20世紀(jì)50年代以后,熱力學(xué)第二定律的理論開始在節(jié)能實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。它的表述方法很多,其中之一是:當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時,其品位只可能降低或來變,絕不可能提高。這樣能量在數(shù)量的守恒性和質(zhì)量上的貶值性,就構(gòu)成了能量的全面本性。
現(xiàn)代節(jié)能原理是同時依據(jù)熱力學(xué)第一、第二定律,并通過直觀實(shí)用的方式,來體現(xiàn)能的全面本性,由此建立的節(jié)能理論和方法,稱為第二定律分析法。這種方法有兩大類,熵分析法和火用分析法。由于熵分析法比較抽象,不能評價能量的使用價值,且本身也不是一種能量,現(xiàn)在已被火用分析法取代。
火用分析法認(rèn)為:能量=火用+火無
火用是這樣一種能,在給定環(huán)境的作用下,可以完全連續(xù)地轉(zhuǎn)化為任何一種其它形式的能量,而火無是一種不可能轉(zhuǎn)化的能量形式。
火用主要是針對熱提出的,即熱量中最大能轉(zhuǎn)化為功的部分。
采用火用分析法,能從本質(zhì)上找出能量損失。
3.3 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)
20世紀(jì)60年代以來,在節(jié)能領(lǐng)域產(chǎn)生了將火用分析法與經(jīng)濟(jì)因素及優(yōu)化理論有機(jī)結(jié)合的熱經(jīng)濟(jì)學(xué),即除了研究體系與自然環(huán)境之間的相互作用外,還要研究一個體系內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)參量與環(huán)境經(jīng)濟(jì)參量之間的相互作用。
一般來說,第一定律和第二定律分析法,在方案比較中僅能給出一個參考方向,而不能得出具體結(jié)論。而熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法可以直接給出結(jié)果,這種方法特別適用于解決大型、復(fù)雜的能量系統(tǒng)分析、設(shè)計和優(yōu)化。
3.4 用能的本質(zhì)認(rèn)識
按能量的作功能力,將其分為三大類:
高級能量:理論上可以完全轉(zhuǎn)化為功的能量,如機(jī)械功、電能、
水能等;
低級能量:理論上不能全部轉(zhuǎn)化為功的能量,主要是熱能;
僵態(tài)能量:完全不能轉(zhuǎn)化為功的能量。
可逆過程是熱力學(xué)中的一種理想過程,在這個過程中,如為機(jī)械運(yùn)動則沒有摩擦阻力,如為傳熱過程則沒有溫差,如對常減壓蒸餾裝置,如達(dá)到可逆過程,其能耗就可能僅為2~3的程度。因此可以看出:真正的可逆過程是不存在的,事實(shí)上,自然界的任何過程都不是可逆過程。節(jié)能工作就是要在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)合理條件下,接近可逆過程。
用能的本質(zhì):
大部分能量是過客;
能量是完成過程中不發(fā)生化學(xué)變化的“催化劑”;
能量是完成過程的推動力。
3.5 節(jié)能方法
(1)使用用能量小的先進(jìn)工藝過程和高效設(shè)備;
(2)減少過程。由于凡有過程,就有不可逆性,因此應(yīng)盡可能減少過程,減少不可逆性。如裝置之間的熱進(jìn)出料;從整個系統(tǒng)的角度使用能量,抓住優(yōu)化匹配的機(jī)會,減少不可逆性。
(3)多次使用能量。如對傳熱過程,就是要減少傳熱溫差,目前的經(jīng)濟(jì)傳熱平均溫差(不包括加熱爐)已經(jīng)達(dá)到達(dá)20~30℃ ,隨著強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展,傳熱系數(shù)提高后,經(jīng)濟(jì)傳熱過程可能進(jìn)一步減小。煉油過程中,最常見最典型的過程為傳熱過程,各個裝置均有大量的換熱器。凡是傳熱溫差很大或較大的地方,也即是用不合理的地方。
(4)高級高用,低能低用。
燒開水的例子
將100kg水從15 ℃ 加熱到100 ℃ ,需能量8500kcal,按數(shù)量折為0.85kg標(biāo)油。
(1)用電加熱 :2.5kg標(biāo)油;
(2)LPG加熱: 1kg標(biāo)油;
(3)用燃料發(fā)生中壓蒸汽,通過凝汽機(jī)的排汽加熱:0.7kg標(biāo)油。此時,所需的一次能源已小于水本身升溫所需的熱量0.85kg標(biāo)油。
能量多次使用的例子
如有八個物理過程,分別從起始溫度加熱至終止溫度后,即需將熱量排掉,每個過程的需熱量為10kg標(biāo)油。
(1)1200~1400℃
(2)800~1000 ℃
(3)400~600 ℃
(4)200~300 ℃
(5)150~200 ℃
(6)110~130 ℃
(7)80~100 ℃
(8)50~70 ℃
如果每一個過程單獨(dú)進(jìn)行,至少需要8*10=80 kg標(biāo)油。
如果將前一個過程完成后的熱量回收用于下一個過程,則總需能量僅為10 kg標(biāo)油,是單獨(dú)過程用能的八分之一。由此可以看出能量多次使用的本質(zhì)和系統(tǒng)優(yōu)化的極大優(yōu)越性。
4. 窄點(diǎn)技術(shù)
4.1窄點(diǎn)技術(shù)的起源、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
4.2窄點(diǎn)技術(shù)的概念及術(shù)語
4.3窄點(diǎn)技術(shù)超目標(biāo)方法
4.4窄點(diǎn)設(shè)計法
4.5公用工程能級優(yōu)選法
4.6加熱爐在過程組合中的適宜布局
4.7易污垢換熱的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法
4.8用于裝置改造
4.9全廠性能量組合設(shè)計
4.10 例題
4.1窄點(diǎn)技術(shù)的起源、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
窄點(diǎn)技術(shù)的原理1978年由英國曼徹斯特大學(xué)的B.Linnhoff教授提出,經(jīng)過多年的應(yīng)用研究,已成為過程工業(yè)節(jié)能的一種先進(jìn)且特別實(shí)用的技術(shù),廣泛應(yīng)用于煉油、石油化工、造紙、制藥等幾乎所有過程工業(yè)部門。據(jù)一項1994年的統(tǒng)計資料,窄點(diǎn)技術(shù)在全世界的工業(yè)應(yīng)用項目在2500個以上。曾有人對此項技術(shù)的評價是可以代替20年的的工程經(jīng)驗(yàn),在最流行此技術(shù)的時候,世界上的一些大公司專門成立了窄點(diǎn)技術(shù)組,日本三菱化學(xué)公司曾專門請B.Linnhoff的博士進(jìn)行輔導(dǎo)學(xué)習(xí)和應(yīng)用。
傳統(tǒng)方法及數(shù)學(xué)法的缺點(diǎn):
(1)第一定律:不能真正說明能量損失的原因;
(2)第二定律:很抽象,實(shí)際過程中難以應(yīng)用;
(3)純粹數(shù)學(xué)意義上的優(yōu)化,到目前還僅限于換熱物流數(shù)目較少的網(wǎng)絡(luò),對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),數(shù)學(xué)方法還很不成熟,不僅經(jīng)常得不到答案,而且合成的網(wǎng)絡(luò)很復(fù)雜,難于實(shí)際應(yīng)用。
窄點(diǎn)技術(shù)的顯著特點(diǎn):簡單實(shí)用
使用簡單的圖表加上一定的經(jīng)驗(yàn)即可對復(fù)雜的裝置和系統(tǒng),同時優(yōu)化權(quán)衡能量與投資;
特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)人員對問題和目標(biāo)的理解,所有的決定由技術(shù)人員自己做出,因?yàn)榧夹g(shù)人員始終了解發(fā)生的所有事情。
能在具體設(shè)計之前,就可提出很好的實(shí)用解決方案
窄點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
窄點(diǎn)技術(shù)主要是優(yōu)化廣義的換熱網(wǎng)絡(luò),也即是以冷熱物流相聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò),如裝置內(nèi)、裝置間及裝置與蒸汽動力系統(tǒng)的冷熱物流,當(dāng)然也包括加熱爐煙氣、熱機(jī)、熱泵等。據(jù)此,石化工業(yè)是窄點(diǎn)技術(shù)大有作為的一個工業(yè)。
窄點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展主要在20世紀(jì)80~90年代,不僅可用于換熱網(wǎng)絡(luò),也可用于水處理即水處理窄點(diǎn)方法,減少水耗。國內(nèi)窄點(diǎn)技術(shù)也得到了一些應(yīng)用,但還較少,有許多應(yīng)用,還僅限于窄點(diǎn)計算。應(yīng)該說明,國內(nèi)窄點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用還大有潛力可挖。
4.2窄點(diǎn)技術(shù)的概念及術(shù)語
冷熱綜合曲線
窄點(diǎn)及意義
窄點(diǎn)溫差
吸熱部分
放熱部分
公用工程目標(biāo)
解題表(或叫問題表格)
B.Linnhoff的解題表是窄點(diǎn)技術(shù)的基石。如下例:
窄點(diǎn)溫差選20 ℃ ,熱公用工程目標(biāo)為107.5,冷公用工程目標(biāo)為40 ℃ , 窄點(diǎn)溫度為對應(yīng)SN3子網(wǎng)絡(luò),即熱物流溫度為90 ℃ ,冷物流溫度為70 ℃ 。SN1子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為:熱物流150~145 ℃ ,冷物流僅125 ℃ ;SN2子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為:熱物流145~120 ℃ ,冷物流125~120 ℃ ;SN5子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為:熱物流僅60 ℃ ,冷物流為40~25 ℃ ;SN6子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為:熱物流僅60 ℃ ,冷物流為25~20 ℃ 。
總綜合曲線
總綜合曲線的兩個示例
第一個圖形,窄點(diǎn)溫度180 ℃ ,可發(fā)生低壓蒸汽及供出低溫余熱;
第二個圖形,第一個窄點(diǎn)溫度260 ℃ ,第二個窄點(diǎn)溫度120 ℃ ,中間可發(fā)生中壓蒸汽,背壓發(fā)電后,再供出0.5Mpa蒸汽,利用中間富裕的溫差作功。
窄點(diǎn)技術(shù)中的金法則
(1)不通過窄點(diǎn)傳遞熱量;
(2)窄點(diǎn)以上吸熱部分不使用冷公用工程;
(3)窄點(diǎn)以下放熱部分不使用熱公用工程 。
實(shí)際意義是:盡量使冷熱綜合曲線平行,溫差均衡分配,使在合理回收能量的前提下,使投資最小,實(shí)際上是節(jié)能基本原則的應(yīng)用 。
冷熱綜合曲線、解題表和總綜合曲線是來自于同一熱力學(xué)分析的三種表示方式,其中冷熱綜合曲線和總綜合曲線可以從解題表中的數(shù)據(jù)推出來。解題表易于尋找能量目標(biāo)和熱級流動情況,冷熱綜合曲線更便于對窄點(diǎn)技術(shù)的基本概念進(jìn)行理解,而總綜合曲線特別適用于選擇公用工程的適當(dāng)配置方案。
4.3 窄點(diǎn)技術(shù)超目標(biāo)方法
確定了窄點(diǎn)溫差,就確定了冷、熱公用工程目標(biāo),但窄點(diǎn)溫差如何在具體設(shè)計之前選?。?
因此窄點(diǎn)技術(shù)中發(fā)展出了一個超目標(biāo)方法,即在換熱網(wǎng)絡(luò)還沒有具體設(shè)計的情況下,運(yùn)用一些模型,優(yōu)化選取窄點(diǎn)溫差。假如把每一個窄點(diǎn)溫差下的換熱網(wǎng)絡(luò)都設(shè)計出來,而進(jìn)行選取,其工作量太大,工程上不實(shí)用,也沒有這個必要。
超目標(biāo)方法的實(shí)質(zhì)是利用冷熱綜合曲線的“垂直換熱”傳熱面積模型、殼程數(shù)模型以及泵功模型,預(yù)測每一個窄點(diǎn)溫差情況下的最小傳熱面積、最小殼程數(shù),從而預(yù)測出投資,當(dāng)然選取一個窄點(diǎn)溫差,就可確定了冷熱工程目標(biāo),也就可以確定能耗費(fèi)用。綜合選取年操作費(fèi)用最低的窄點(diǎn)溫差即為優(yōu)化值。
4.4窄點(diǎn)設(shè)計法
老式設(shè)計法
在窄點(diǎn)設(shè)計法中,核心的問題是窄點(diǎn)處的換熱匹配,即不使熱量傳遞通過窄點(diǎn),以免造成冷熱公用工程目標(biāo)的增大。
窄點(diǎn)設(shè)計法主要包括以下五個步驟:
(1)將換熱網(wǎng)絡(luò)由窄點(diǎn)分成兩個分離網(wǎng)絡(luò);
(2)這兩個分離網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計由窄點(diǎn)處開始往窄點(diǎn)換熱器以遠(yuǎn)發(fā)展,主要的窄點(diǎn)匹配方案以及是否或如何進(jìn)行物流分流,應(yīng)用可行性準(zhǔn)則來確定(物流數(shù)包括分流準(zhǔn)則、熱容流率不等式約束準(zhǔn)則、熱容流率差準(zhǔn)則);
(3)當(dāng)窄點(diǎn)處存在可挑選的方案時,設(shè)計者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)確定;
(4)窄點(diǎn)換熱器的熱負(fù)荷取決于消去探試法。當(dāng)有問題時,如增加公用工程用量或?qū)е路钦c(diǎn)換熱器的溫差不足時,可在窄點(diǎn)處選用其它方案或降低熱負(fù)荷;
(5)非窄點(diǎn)換熱器的匹配往往是自由匹配,設(shè)計者可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定所希望的匹配。
新式設(shè)計法
實(shí)際上,這種老式的窄點(diǎn)設(shè)計法比較機(jī)械,設(shè)計出的換熱網(wǎng)絡(luò)也比較復(fù)雜。為此后來發(fā)展出了雙溫差設(shè)計法,即確定冷熱公用工程目標(biāo)時,用一個窄點(diǎn)溫差,也稱為熱回收窄點(diǎn)PTD(如20 ℃ )。而在實(shí)際設(shè)計換熱器時,選取較小的一個傳熱溫差別值(如10 ℃ ),這樣設(shè)計出的換熱網(wǎng)絡(luò)比較簡單實(shí)用。而且一般設(shè)計時,也不是從窄點(diǎn)處分開,而是在確定冷熱公用工程目標(biāo)后,直接從吸熱部的最高溫度開始匹配。
4.5 公用工程能級優(yōu)選法
對大多數(shù)工藝過程來說,為了滿足它在窄點(diǎn)以上的熱量需求,通常要對不同的熱公用工程系統(tǒng)進(jìn)行選擇。而對窄點(diǎn)以下的子系統(tǒng),要盡量將其有效熱量作熱源用來產(chǎn)生低壓蒸汽、預(yù)熱空氣和鍋爐給水以及產(chǎn)生低溫余熱等,最后再將剩余熱量排放到冷卻水或空氣中。
節(jié)能技術(shù)講座(ppt)
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