荥阳300MW发电厂烟气脱硫年产2万吨硫酸铵项目5-3附录三：较大能量回用的换热网络设计.doc
年产2万吨烟气脱硫制硫酸铵项目换热网络设计
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2万吨/年烟气脱硫制硫酸铵项目能量平衡计算书
荥阳300MW发电厂烟气脱硫年产2万吨硫酸铵项目
换热网络设计
郑州大学
代维康刘露轲李亚飞赵梦瑶杨艳伟
年产2万吨烟气脱硫制硫酸铵项目换热网络设计
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目录
TOC\o1-3\h\z\u能量回用的换热网络设计 2
1.1概述 2
1.2工艺物流提取 2
1.3确定能量目标 3
1.4换热网络设计 6
1.5多效蒸发分析 8
1.6总结 9
能量回用的换热网络设计
1.1概述
本项目是为荥阳300MW火电厂配套设计的燃煤烟气脱硫除尘分厂，运行成本是其中一个很重要的考核参数，特别是公用工程的能量消耗。通过换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现对工艺过程中内部流股热量的集成和最大化利用，减少公用工程的消耗。为此，我们运用AspenEnergyAnalyzerV7.3软件来进行换热网络的设计，并且寻找可能节能的措施，以最大限度地降低成本。
本项目采用氨法对燃煤烟气深度脱硫，该工艺由除尘工段、吸收工段、蒸发结晶工段、干燥工段四个工段组成。
从整个工艺流程来看本项目需要的冷公用工程包括冷冻水和冷冻液，因流程中的热物流较多，通过整个工艺流程进行自换热即可以满足热量需求而无需添加热公用工程，所使用的冷公用工程主要用于烟气降温后进入吸收塔，烟气的热量主要用于蒸发结晶。
本项目中冷公用工程使用冷冻水和冷冻液，所用公用工程均可由化工园区提供。
为了充分集成过程中的热量，本项目采用了多效蒸发技术，多效蒸发可以通过循环利用蒸汽能量来减少能耗从而提高了可回收能量的比率，实现了较大程度的节能。
通过多效蒸发及热集成技术，本项目节能391.9MW，共需冷公用工程386.6MW，热公用工程0MW，实现了较大的能量回收利用。
1.2工艺物流提取
过程的物流提取如下：
表2-1工艺过程物流信息表（单效蒸发）
物流号
进口温度(℃)
出口温度(℃)
热负荷(KJ/h)
103_To_201
215.4
16.0
378046619
305_To_309
88.1
25.0
979543.88
307_To_304
88.1
98.06
1.3确定能量目标
将上述工艺流股信息输入到AspenEnergyAnalyzerV7.3，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。
图3-1总费用与ΔTmin关系曲线（单效蒸发）
选择最小传热温差为12℃，得到组合曲线如图3-2所示。
图3-2组合曲线（单效蒸发）
分析组合曲线可知，因流股较少致使多数的热量被冷公用工程冷却，增加了能耗，同时也增加了能量的损失。因为此过程没有发生相变和利用相变热的过程，故在组合曲线上没有出现平台。
可以通过多效蒸发，减少冷公用工程的消耗量。将热量用于该流程当中，在Aspen中重新模拟全流程，得到新的流股信息，如表3-1所示。
表3-1工艺过程物流信息表（多效蒸发）
物流号
进口温度(℃)
出口温度(℃)
热负荷(KJ/h)
103_To_201
215.4
16.0
378046619
305_To_317
94.8
25.0
172549830
313_To_318
65.1
25.0307_To_304
94.8
98
168144125
311_To_309
65.1
93.03
将以上流股信息输入AspenEnergyAnalyzerV7.3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3-3总费用与ΔTmin关系曲线（多效蒸发）
在图中选取总费用较小且变化趋势相对平稳部分的温度作为最小传热温差进行后续计算。此处选取最小传热温差为12℃。
在设定最小传热温差后，获得的组合曲线如图3-4所示：
图3-4组合曲线（多效蒸发）
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0MW；
需要冷公用工程能量为386.6MW；
夹点温度98.8℃。
得到总组合曲线如图3-5所示。
图3-5总组合曲线（多效蒸发）
通过对总组合曲线进行判断，可以看到，系统的夹点为98.8℃。流程内部换热后，需要达到的最高温度在215.4℃以下，流程内部的热物流即可满足要求，无需热公用工程输入热量。
需要达到的最低温度为16℃，采用冷冻剂和循环冷却水进行降温。
1.4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