安徽淮南洛河电厂年产三万吨硫酸钠深度脱硫项目9-换热网络设计书.docx
安徽淮南洛河电厂年产三万吨硫酸钠深度脱硫项目
安徽理工大学TheWalker
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安徽淮南洛河电厂年产三万吨硫酸钠深度脱硫项目
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安徽淮南洛河年产3万吨硫酸钠深度脱硫项目
安徽淮南洛河年产3万吨硫酸钠深度脱硫项目
换热网络设计书
换热网络设计书
安徽理工大学
安徽理工大学TheWalker
团队成员：任小华张艺
汤文李虎蒋海生
1．概述
本项目为安徽淮南洛河电厂设计一脱硫设备并予以资源化利用的工厂，目前全球能源日趋紧张我国更是一个能源匮乏的国家，节能减排已经成为我国的基本国策。在化工设计中，采用新技术精心设计，从化工生产的源头上节能降耗，是每一个化工设计人员义不容辞的责任。化工生产及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。
本项目具体可分为除尘吸收工段、亚硫酸氢根的氧化工段、二氧化碳加氢精制甲醇工段。
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、-25℃的冷却剂，热公用工程包括125℃的低压蒸汽、174℃的中压蒸汽、250高压蒸汽。
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，本项目采用了热泵精馏技术，充分利用了温差小的精馏塔，通过改变蒸汽温位使原本不能换热的流股有换热的可能，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
流股信息如下：（源文件：全流程）
表1工艺过程流股信息表
过程流股
换热器名称
进口温度/℃
出口温度/℃
能量/KW
GAS-GASin
C1
170
30
-77.047924
L-L1
H
30
50
2491.32205
O2-O2in
H1
20
50
3L2-L3
H2
50
100
24922.0556
L5-COUT
C2
100
5
-1725.1677
V4-V7
C
403
110
-135439.89
P1-P2
C3
210
5
-195731.61
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下图所示，
图1操作费用指数-最小传热温差关系曲线图
图2投资费用指数-最小传热温差关系曲线图
图3总费用指数-最小传热温差关系曲线
由图3可知，最小传热温差为4-10℃时，总费用最小。温差越高，传热推动力越大；另一方面，结合实际，为节省设备费，温差越大，所需的传热面积越大，谁被投资越大。因此确定最小传热温差为10℃。
设定最小传热温差为10℃后，得到的冷热物流的组合曲线如图4所示，
图4组合曲线
可知所需要的热公用工程为1.179×105KW
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，以便获得最为合理的换热网络。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所示：
图4推荐设计方案
该换热网络的换热器数目为16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。
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。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。
优化后的换热网络所需换热器数目为14台，包含5个流股热量回收利用的换热器，数目减少且结构更为精简，可回收热量1.2×105KW，所需热公用工程为1.238×105MW