7 换热网络设计说明书

年产3500吨牛磺酸项目 换热网络设计说明书目 录1.概述- 1 -2.工艺流股提取- 1 -3.夹点分析- 1 -4.三效蒸发分析- 5 -5.换热网络设计- 6 -1.概述本项目为吉林建龙钢铁设计一座烟气脱硫并资源合理化利用的厂，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。本项目具体可分为烟气脱硫、碳氨冷却结晶、牛磺酸制备、硫酸铵精制工段。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、冷冻剂，热公用工程包括125和150的低压蒸汽还有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，本项目采用了三效蒸发技术，充分利用了蒸发产生的蒸汽，产生循环利用，多次重复利用了热能，显著地降低了热能耗用量，实现了较大程度的节能。2.工艺流股提取流股信息如下：(源文件“全流程没有三效蒸发没有换热网络”)表1 换热物流一览表（不含三效蒸发）物流名称加热器名称进口温度/出口温度/能量/kWGAS1_To_GE010220.0044.002714.69S6_To_S7E010420.0044.002714.69S11_To_S52E020224.6690.002495.37S54_To_V0408_FeedE0404100.0069.86-2987.52S75_To_S78E040356.3458.00147.22S64_To_S65E040269.8590.00317.08S20_To_S18E0302122.50150.0029.07S21_To_S22E030490.054.00-350.91S51_To_S44E040123.88100.003658.11S35_To_S58E030370.6690.0014453.80S4_To_S5E010320.006.00-286.75L1_To_LE010120.006.00-286.75V0206_heatE02035.004.50-0.01R0301_heatE0305155.09150.00-4557.85V0207_heatE020490.0090.500.00塔名称加热器位置进口温度/出口温度/能量kWT0101A无/T0101B无/3.夹点分析将上述流股数据输入到软件Aspen Energy Analyzer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1所示，图1 投资费用、操作费用-最小传热温差关系曲线（不含三效蒸发）再根据这两条曲线得到总费用与最小传热温差的关系曲线如图2所示，图2 总费用-最小传热温差关系曲线（不含三效蒸发）由图2可知，最小传热温差为20时，总费用最小。因此确定最小传热温差为20。设定最小传热温差为20后，得到的冷热物流的组合曲线如图3所示，图3 组合曲线（不含三效蒸发）需要的热公用工程为26.5MW，需要的冷公用工程为25.3MW。再采用三效蒸发技术，充分利用了蒸发产生的蒸汽，产生循环利用，多次重复利用了热能，显著地降低了热能耗用量， 在Aspen中重新模拟全流程，得到新的流股信息，如下表所示：(源文件“全流程含三效蒸发没有换热网络”)表2 工艺过程流股信息表（含三效蒸发）物流名称加热器名称进口温度/出口温度/能量/kWGAS1_To_GE010220.0044.002714.69S6_To_S7E010420.0044.002714.69S11_To_S52E020224.6690.002492.36S62_To_S76E040369.8658.007077.74S54_To_V0408_heatE0404100.0069.862987.52S75_To_S78E040356.3458.00146.61S64_To_S65E040269.8590.00317.08S20_To_S18E0302122.50150.0029.07S21_To_S22E030490.054.00350.91S51_To_S44E040123.88100.003658.11S35_To_S58E030370.6690.0014453.80S53_To_S66E0402100.0087.006147.53S4_To_S5E010320.006.00286.75L1_To_LE010120.006.00286.75V0206_heatE02035.004.500.01R0301_heatE0305155.09150.004557.85V0207_heatE020490.0090.500.00塔名称加热器位置进口温度/出口温度/能量kWT0101A无/T0101B无/将上述流股数据输入到软件Aspen Energy Analyzer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4所示，图4 投资费用、操作费用-最小传热温差关系曲线（含三效蒸发）再根据这两条曲线得到总费用与最小传热温差的关系曲线如图5所示，图5 操作费用-最小传热温差关系曲线（含三效蒸发）由图5可知，最小传热温差为18时，总费用最小。因此确定最小传热温差为18。选择最小传热温差为18，得到的冷热物流的组合曲线如图6，图6 组合曲线（含三效蒸发）从组合曲线可知，相比不加三效蒸发操作，三效蒸发使热组合曲线温位上升，可以集成系统内部更多的能量，减少公用工程的消耗。需要热公用工程为25.2MW，冷公用工程为22.9MW。夹点温度88.7，70.7。得到总组合曲线如图7所示。图7 总组合曲线（含三效蒸发）通过对总组合曲线进行判断，可以得出流程内部换热后，需要达到的最高温度在150以下，因此只需要蒸汽进行加热即可，同时为了节约成本，应该使用多种品味蒸汽以降低高品位蒸汽消耗，因此我们热公用工程采用125摄氏度和150摄氏度的低压蒸汽还有175摄氏度的中压蒸汽。需要达到的最低温度为4，因此需要采用低温冷冻剂，其他使用循环冷却水即可。4.三效蒸发分析其结构如图8所示。图8 三效蒸发流程图三效蒸发技术，充分利用了蒸发产生的蒸汽，产生循环利用，多次重复利用了热能，显著地降低了热能耗用量，实现了较大程度的节能。5.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，以便获得最为合理的换热网络。为简化换热网络，将流股分流设置为1。在Aspen Energy Analyzer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图9所示：图9 优化前换热网络该换热网络的换热器数目为32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，例如换热器E117、E137、E107等。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。换热网络中存在loop，在实际操作中，一般不能有loop回路的存在，故应该删去负荷或者换热面积较小的换热器，将其合并到换热器，打破回路，减少换热器数目。再通过path通路来调节换热量，使换热器的热负荷得到松弛，甚至减少换热器的数目，例如E106与E112形成回路，我们删去了E106同时将负荷加到E112上，E115与E122形成回路，我们删去了E115并将负荷加到E122上。另外，相距较远的物流间换热会使管路成本增大，增加设备投资成本，且操作不稳定，此类换热器需要删除，例如我们删去了脱硫工段和硫酸铵精制工段的物流换热器E118。经过以上调节之后，最后获得换热网络如图10所示:图10 优化后换热网络优化后的换热网络所需换热器数目为20台，数目减少且结构更为精简，所需热公用工程为2