鞍山盛盟110万吨年焦炉烟气脱硫脱硝项目8-换热网络设计.docx
鞍山盛盟110万吨/年焦炉烟气脱硫脱硝项目换热网络设计
合肥工业大学Forerunner
2017“东华科技-陕鼓杯”第十一届全国大学生化工设计竞赛
2017“东华科技-陕鼓杯”
第十一届全国大学生化工设计竞赛
鞍山盛盟110万吨/年焦炉烟气脱硫脱硝项目
换热网络设计书
换热网络设计书
设计团队：合肥工业大学-Forerunner团队成员：李强
设计团队：合肥工业大学-Forerunner
团队成员：李强陈倩如蔡永丽姜潇申辰阳
指导教师：杨则恒姚运金魏凤玉张先龙张卫新
1.概述
本项目为鞍山盛盟煤气化厂区尾气净化处理的分厂，建设目的是使总厂中两台110万/年产量焦炉排放的烟道尾气中二氧化硫等大气污染物达到对应国家排放标准。经济因素是建设项目中的决定性条件之一，由于本项目并非盈利性项目，因此更需要考虑运行成本等问题。公用工程消耗在运行成本中占有很大部分，因此需要进行换热网络的设计与优化从而降低相应不必要的经济损失。夹点分析是本项目优化换热网络的主要手段，通过对内部流股热量的集成和最大化利用，从而减少公用工程的消耗。
本项目具体分为烟气脱硫工段、烟气脱硝工段和硫铵精制工段。从整个工艺流程来看，本项目需要大量的公用工程，冷公用工程为冷却水，热公用工程包括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。
2.工艺流股提取
表2-1工艺过程流股信息表（不含烟气余热的利用）
过程流股
加热器名称
进口温度/℃
出口温度/℃
能量/kW
X0101OUTTOHEAT1OUT
HEAT1
229.00
130.00
-2706.90
P0201OUTTOT0201IN
HEAT2
45.06
75.00
616.74
E0204INTOE0204OUT
HEAT3
76.5
30.00
-395.00
P0202OUTTOHEAT4OUT
HEAT4
91.78
40.00
-1131.24
E0301INTOGASOUT
HEAT5
32.30
80.00
4605.6
3.夹点分析
将上述流股数据输入到软件AspenEnergyAnalyzer中，根据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，由此设定最小传热温差为2℃后，得到的冷热物流的组合曲线如图3-1所示。
从图中可以看到，需要的热公用工程为2.467×107kJ/h，需要的冷公用工程为0,是一个较为复杂的阈值问题，即使优化后仍然存在loop。
图3-1组合曲线（不含有机朗肯循环和利用烟气蒸氨）
由组合曲线图3-1可知，冷物流组合曲线存在平台区，经分析，这个平台区表示脱硝后的烟气进入脱硫工段前降温过程中使冷却水产生的相变热。为充分利用该平台区的热量，降低冷公用工程需求，我们计划回收脱硝后的烟气余热：一方面，利用烟气余热加热冷却水，使之转化为蒸氨工段汽提所需要的蒸汽；另一方面，利用经过一次降温的烟气加热有机工质（低沸点有机物），使烟气进行一次降温的同时将低品味热能转化为高品位电能。将上述设想运用到Aspen的全流程中，重新模拟，得到新的流股信息，如表3-1所示：
表3-1工艺过程流股信息表（含烟气余热的利用）
过程流股
加热器名称
进口温度/℃
出口温度/℃
能量/kW
X0101OUTTOE0101OUT
E0101
229.00
180.00
1348.41
COLDIN-1TOCOLDOUT-1
25.00
102.90
E0101OUTTOE0102OUT
E0102
180.00
130.00
1358.14
COLDIN-2TOCOLDOUT-2
20.00
122.64
P0202OUTTOE0201OUT
E0201
91.78
63.45
620.18
P0201OUTTOT0201IN
45.06
75.00
E0201OUTTOE0202OUT
E0202
63.45
40.00
511.71
CWSIN-2TOCWSOUT
28.34
33.52
E0204INTOE0204OUT
E0204
78.35
30.00
329.19
CWSIN-1TOCWSIN-2
25.00
28.34
E0301INTOGASOUT
E0301
32.30
80.00
4605.6
COLDOUT-2TOHOTOUT-1
E0205
122.64
101.90
1078.44
E0205INTOE0205OUT
32.00
50.00
HOTOUT-1TOHOTOUT-2
E0208
101.90
61.46
153.85
E0205