2-Aspen Exchange Analgzer换热网络设计7-热集成说明

1. 换热网络设计1.1 物流信息提取选择相变点进行物流分段，通过Aspen Energy Analyzer 的自动导入功能物流信息进行提取，并手动检查物流信息，增删部分物流，选择公用工程的类型及温度。物流提取信息提取见表4-16所示。表4-16 流股信息提取（不含MVR蒸发）NameInlet TOutlet TEnthalpyUnitsCCkJ/C-hPRE2_To_S352.2993047793965420.69S35_To_HW3147.938142147.438144125352.98DS1_To_DS2120.2259227811952994.4FW3_To_HW12046.52142711952997.2CA4_To_HA30.7249991105159776.646F1_heat7979.579705773.7F3_heat54.6638112251354382.25VIR3_heat5252.542198.3151注：代表热物流，代表冷物流。1.2确定能量目标将上述工艺流股信息输入到Aspen Energy Analyzer V8.8，在能量分析器中，对最小传热温差进行经济评估，获得总费用-最小传热温差关系曲线如图3-1所示。由上图我们看出，当最小传热温差Tmin=4时，总成本达到最小，但过小的传热温差容易导致温度交叉的情况出现，这在实际生产中是不便控制且不实际的。因此选择最小传热温差为8，得到组合曲线如图3-2所示。由图可以看出，夹点附近存在较长的倾斜平台区，因此可以采用热泵技术，增加热泵之后，在Aspen中重新模拟全流程，得到新的流股信息，如表3-1、3-2所示：NameInlet TOutlet TEnthalpyUnitsCCkJ/C-hPRE2_To_S353.47249112073594949DS1_To_DS278.99999868.5472610484443FW3_To_HW12043.26298610484446CA5_To_HA230.7249999569105.93CA4_To_HA130.7249999569105.93F1_heat12079775314.31F3_heat33.39571225994616.86将以上流股信息输入Aspen Energy Analyzer V8.6中。对最小传热温差进行经济评估，获得总费用-温差关系曲线如图3-3所示。图4-29 总成本与最小传热温差Tmin的关系图由上图我们看出，当最小传热温差Tmin=5时，总成本达到最小，结合实际，传热温差为8时能够满足换热要求，传热温差增大操作费用增加，因此此处选取最小传热温差为10。在设定最小传热温差后，获得的组合曲线如下图所示：从组合曲线上我们可以得到我们热集成所的能量目标；需要热公用工程能量为1241kW；需要冷公用工程能量为276 kW；夹点温度32，24。得到总组合曲线如图3-5所示。从T-H图可以看出，系统在较大的焓值区间有很好的换热潜力，通过Aspen Energy Analyzer确定出夹点温度，以及所需的最小公用工程。表4-18夹点温度表夹点温度（）最小公用工程耗量(kJ/h)冷段热端热公用工程冷公用工程20301.2671052.0831051.3 换热网络设计在确定夹点温度和公用工程后，可进行物流之间的换热匹配，根据夹点原理，系统可以实现最大程度的热量集成。综合考虑系统中物流换热潜力、物流性质、以及物流输送，即可进行物流之间的换热匹配，在物流间的换热设计过程中，还需要考虑设备个数，以及由于换热面积所产生的设备投资费用。在设计完所有的物流间换热后，其余的物流换热则通过冷热公用工程实现，进而完成整个系统的全部换热。针对相同的换热目标，可以设计出不同的换热方案，在设计合理的前提下，为了减少有效能的损失，合成最大热回收量，以最小换热单元数、最小换热面积、最小操作费用为目标，进行不同方案的筛选和优化，对比结果如图4-39、图4-40所示。最终，以节能效果为更优为目标，根据热公用工程消耗量及冷公用工程消耗量进而确定出最后的换热方案。如图4-41所示。图4-39以最小操作费用为目标的换热匹配方案图4-40以最小换热面积为目标的换热匹配方案图4-41以最小换热单元数为目标的换热匹配方案图4-41优化后换热匹配方案2. 节能效果表4-20公用工程节能信息项目热公用工程/(kJ/h)冷公用工程/(kJ/h)匹配前7.9721071.354106匹配后7.1481079.944105物流匹配节能百分率10.33%26.56%由此表看出，进行冷热流股匹配后，公用工程用量大大降低，达到了很好的节能效果。3. 换热网络可行性验证最终将优化后的换热网络在Aspen plus中对换热网络模拟如下图所示：图4-42 第三工段换热网络模拟图4. 其他节能措施除了对项目车间进行全场换热网络热集成设计之外，还有以下值得注意的节能措施：（1）合理安排全厂蒸汽平衡和热交换网络，利用装置剩余热量对需热物流加热。同时对全厂各系统用汽加以优化，使全厂用汽与产汽之间基本达到平衡；（2）大型转动设备采用蒸汽驱动，减少能量转化过程的效率损失；（3）动力供应和工艺过程相结合，高中压蒸汽尽量先用作动力，驱动工艺透平设备，产生的蒸汽用于工艺过程，以提高能量利用效率；（4）对装置及系统产生的凝结水、锅炉排污和生产污水进行深度利用，处理后的回收水用作循环水补水；对于能够进行一水多用的设备及工艺尽量做到一水多用，从而节省水耗量，降低能耗；（5）减少新鲜水用量，减少排污，清污分流。污水处理场进水分为高浓度污水和低浓度污水，高浓度污水处理后排放，低浓度污水处理后回用；（6）换热器采用高效、低压降换热器提高效率，减少能耗；在机泵的选用上选用高效机泵和高效节能电机，提高设备效率；并根据情况选用液力透平回收高压液体的能量；