能耗計(jì)算方法2

石化節(jié)能技術(shù)

目錄1.現(xiàn)狀與問題2.能耗計(jì)算與評價(jià)3.節(jié)能技術(shù)與原理4.系統(tǒng)優(yōu)化5.全廠性節(jié)能設(shè)備6.基準(zhǔn)能耗7.石化工業(yè)的節(jié)能方向1.現(xiàn)狀與問題1.1節(jié)能潛力據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局公布，2005年我國石油化工行業(yè)總能耗2.13億噸標(biāo)準(zhǔn)油，占全國總能耗的15%。萬元GDP能耗是0.632噸標(biāo)準(zhǔn)油，比國外同行業(yè)平均水平高15%~20%，與先進(jìn)國家差距更大。

以乙烯裝置為例，國內(nèi)裝置能耗大部分在700~750kg標(biāo)準(zhǔn)油/t，2006年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)量約941萬噸，總能耗650萬噸標(biāo)準(zhǔn)油，能耗費(fèi)用約160億元（2007年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)量達(dá)1100萬噸，總能耗達(dá)770萬噸標(biāo)準(zhǔn)油）。

以煉油工業(yè)為例，綜合能耗量占原油加工量的6%~9%。2006年全國原油加工量達(dá)3.08億噸，耗能量約2150萬噸標(biāo)油，費(fèi)用約530億元。平均能耗成本(包括自產(chǎn)燃料等)占總加工成本的40%~60%。

某煉油廠加工每噸原油的完全能耗費(fèi)用

但目前加工成本計(jì)算中，將自產(chǎn)燃料形成的能耗未計(jì)入成本，造成了能耗成本占總加工成本比例不高的假象，將能耗成本淹沒在巨大的產(chǎn)品銷售中，大大弱化了能耗的影響及其節(jié)能工作的開展。

國內(nèi)某煉油廠的煉油加工費(fèi)對比現(xiàn)狀加工費(fèi)計(jì)入自用燃料后的煉油加工費(fèi)

煉油節(jié)能潛力有多大？

盡管從2000年到2006年上半年，中國石化煉油裝置原油綜合能耗從76.66千克標(biāo)油/噸，降低到66.23千克標(biāo)油/噸，但與國際先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。

一些新設(shè)計(jì)的千萬噸煉油廠，綜合能耗高達(dá)80(甚至90)kgEo/t以上?，F(xiàn)有煉油廠，節(jié)能潛力約10~20kgEo/t。主要工藝裝置與公用工程節(jié)能潛力？1.2存在的問題

綜合能耗高，固有其客觀原因，如原料變差，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，加工流程長等。但在大規(guī)模和高能源價(jià)格條件下，新設(shè)計(jì)能耗仍然高的原因?yàn)椋?/p>

(1)前期工作時(shí)間緊，顧不上“節(jié)能工作”；

(2)節(jié)能認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為節(jié)能多屬“麻煩”且效益為“計(jì)算出來”，實(shí)際效益不大。對節(jié)能的廣度、難度也認(rèn)識(shí)不足。

(3)節(jié)能隊(duì)伍少，工作無人做；

(4)成熟技術(shù)和新技術(shù)節(jié)能少，投入不足；

(5)浮財(cái)基本掃盡，系統(tǒng)用能優(yōu)化差距大(包括新建和改造);1.3節(jié)能涉及面廣

石化生產(chǎn)是連續(xù)、多工序、多層次的加工過程，從全廠發(fā)展規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)等過程均涉及能量的利用，可以說，加工全過程就是能量流的過程,節(jié)能絕不是一個(gè)部門或幾個(gè)部門的事情。能耗指標(biāo)是一個(gè)高度綜合性的指標(biāo)，如果一個(gè)石化企業(yè)的能耗指標(biāo)是先進(jìn)的，則必然意味著規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)、管理等所有環(huán)節(jié)的高水平，缺一不可。

全過程、全方位、全員、綜合知識(shí)要求高。企業(yè)各部門對能源的要求不一樣技術(shù)部門為了生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品，將增加“過程”，增加能耗；生產(chǎn)部門重點(diǎn)是放在生產(chǎn)方面，始終努力采用高生產(chǎn)效率的方式，如長周期、穩(wěn)定地生產(chǎn)，這將要求原料、產(chǎn)品方案穩(wěn)定；生產(chǎn)計(jì)劃部門為將庫存壓于最小程度，根據(jù)適時(shí)生產(chǎn)的方式而制定頻繁更換作業(yè)內(nèi)容的生產(chǎn)計(jì)劃，而這種生產(chǎn)方式不利于節(jié)能的；動(dòng)力設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)是動(dòng)力管理部門的工作任務(wù)，但有時(shí)因過度追求節(jié)能，也會(huì)提出妨礙生產(chǎn)效率的要求。

1.4節(jié)能工作存在的問題

五重五輕：重技術(shù)，輕管理；重裝置，輕系統(tǒng)；重局部，輕全局；重當(dāng)前，輕長遠(yuǎn)；重表面，輕本質(zhì)。2.能耗計(jì)算2.1能耗計(jì)算

（1）綜合能耗量綜合能耗量其計(jì)算通式為：E=∑MiRi+Q

MiRi：進(jìn)出物料能量

Q：跨越界區(qū)的傳熱

（2）單位綜合能耗

單位綜合能耗的計(jì)算通式如下：

e=E/GE:裝置總能耗

G:進(jìn)料量（3）能耗大小對比需要注意的問題能耗計(jì)算結(jié)果取決于三個(gè)方面：界區(qū)范圍計(jì)入能耗的能耗工質(zhì)種類能量換算系數(shù)。

不同的國家有不同的標(biāo)準(zhǔn)和方法，甚至一個(gè)公司有2種方法，但能耗計(jì)算結(jié)果可能差別較大，不能直接對比。

國內(nèi)目前使用了幾種不同的能耗計(jì)算方法，其結(jié)果也有一定的差異。(1)

2004年以前，中石化煉油廠使用修訂前的<煉油廠能量消耗計(jì)算方法>；(2)

2004年及以后，中石化煉油廠使用修訂后的<煉油廠能量消耗計(jì)算與評價(jià)方法>；(3)

2001年開始，設(shè)計(jì)單位的能耗計(jì)算使用<石油化工設(shè)計(jì)能量消耗計(jì)算方法>SH/T3110-2001(4)

中石油煉油廠使用修訂前的<煉油廠能量消耗計(jì)算方法>；(5)2008年4月1日開始，設(shè)計(jì)單位使用國家標(biāo)準(zhǔn)<石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)>GB/T50441-2007。

（4）能耗計(jì)算例題設(shè)蠟油、頂循、柴油、油漿的比熱分別為0.55,0.6,0.55,0.7kcal/(kg.℃)，輸出熱熱損失為5%。此題僅為說明能耗的計(jì)算，數(shù)值大小無意義。

能耗計(jì)算示例表2.2能耗評價(jià)2.2.1能耗評價(jià)指標(biāo)

工藝裝置：（1）單位進(jìn)料或產(chǎn)品的綜合能耗；（2）單位能量因數(shù)能耗（對聯(lián)合裝置）;

（3）基準(zhǔn)能耗。

公用工程系統(tǒng)

全廠：（1）加工每噸原油的綜合能耗；（2）單位能量因數(shù)能耗；（3）能源密度指數(shù)。

2.2.2單位能量因數(shù)能耗及能源密度指數(shù)

設(shè)一個(gè)煉油廠共有n套工藝裝置，同一時(shí)期的加工量分別為A1，A2...An;實(shí)際能耗(對各自裝置的進(jìn)料或產(chǎn)品)分別為E1,E2...En,評價(jià)體系中確定的每套裝置應(yīng)可達(dá)到的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)能耗(國內(nèi)稱為能耗定額，下稱標(biāo)準(zhǔn)能耗)分別為C1,C2...Cn,其中只有編號(hào)為1的裝置為常減壓蒸餾裝置，相應(yīng)的加工量就是該煉油廠的原油加工量。則此煉油廠工藝裝置作為一個(gè)整體來講，單位能量因數(shù)能耗U的定義為：

上式中分母稱為能量因數(shù)，可以看出的是：其中的AiCi是該煉油廠應(yīng)達(dá)到的能源消耗總量，A1C1是常減壓裝置應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)能源消耗量，二者的比值即能量因數(shù)，直接意義則是煉油廠應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)能源消耗總量折算成具有標(biāo)準(zhǔn)能耗的常減壓裝置的套數(shù)。由于在一定的評價(jià)體系中，標(biāo)準(zhǔn)能耗C1,C2……Cn是不變的，因此，能量因數(shù)就是標(biāo)準(zhǔn)能耗常減壓裝置的套數(shù)。顯然，高能耗的裝置琥多或加工流程越長，折成的常減壓裝置套數(shù)越多，所以是煉油廠加工復(fù)雜程度的體現(xiàn)。式(1)中的分子項(xiàng)是該煉油廠的單位綜合能耗，即加工每噸原油的綜合能源消耗量，除以能量因數(shù)后，就是單位能量因數(shù)能耗，意義就是標(biāo)準(zhǔn)能耗常減壓裝置的實(shí)際能耗。

2.2.3＜煉油廠能量消耗計(jì)算方法＞的修訂

主要修訂內(nèi)容

（1）將現(xiàn)有的計(jì)算方法改為計(jì)算與評價(jià)方法，規(guī)定了全廠、煉油裝置和輔助系統(tǒng)的評價(jià)指標(biāo)。

（2）對所有工藝裝置能耗定額修訂，補(bǔ)充了新型煉油工藝裝置的能耗定額;對輔助系統(tǒng)的能耗定額作了部分修訂。

（3）修改完善了統(tǒng)一能量換算系數(shù)，如燃料氣、電、催化焦炭、低溫余熱等。

（4）修訂了能耗計(jì)算中的有關(guān)規(guī)定，如能耗計(jì)算范圍。

修訂后最主要的影響：

工藝裝置能耗定額：

修訂后的工藝裝置能耗大幅下降，劃分檔次更加合理，這將使單位能量因數(shù)能耗指標(biāo)的評價(jià)合理性大大增加，有助于挖掘節(jié)能潛力。

統(tǒng)一能量換算系數(shù)：主要修改了燃料氣、電、催化焦炭、低溫余熱的統(tǒng)一換算系數(shù)，這將對使用這幾種能耗工質(zhì)為主要消耗的裝置能耗帶來較大或很大的影響。

2.3五類主要煉油裝置基準(zhǔn)能耗

由于影響裝置能耗的因素很多，而且它們之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，每類裝置的不同裝置應(yīng)達(dá)到的經(jīng)濟(jì)合理的能耗指標(biāo)是不同的，如果以同一個(gè)指標(biāo)要求，可能造成能耗指標(biāo)過分先進(jìn)或過分落后，實(shí)踐過程中，這些問題經(jīng)常出現(xiàn)。直接以國外的先進(jìn)能耗指標(biāo)作要求，產(chǎn)生的問題較多，主要是國外的原料、裝置規(guī)模、裝置界區(qū)范圍、能耗計(jì)算方法、設(shè)備水平以及經(jīng)濟(jì)變量與國內(nèi)均不同，加之了解的資料有限，不可比的因素很多，對比結(jié)果的合理性很差。

鑒于上述原因，中國石油化工股份公司煉油事業(yè)部組織近20多專家，耗時(shí)2年半，制定了五類（常減壓、催化裂化、延遲焦化、催化重整和加氫裂化）主要煉油裝置的基準(zhǔn)能耗。

延遲焦化裝置基準(zhǔn)能耗（作為舉例）主要采用反向法制定基準(zhǔn)能耗，同時(shí)也提供了正向法的計(jì)算思路與例題?；鶞?zhǔn)能耗適用于80萬t/a以上的一爐兩塔和二爐四塔延遲焦化裝置。裝置基準(zhǔn)能耗包括焦化和吸收穩(wěn)定兩部分，富氣壓縮機(jī)能耗歸并于焦化。焦化能耗計(jì)算時(shí)，已考慮與吸收穩(wěn)定的結(jié)合，即貧吸收油為柴油，富吸收油返回分餾塔，且一般情況下，完整吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的重沸器熱量由焦化分餾塔提供。

（1）裝置基本參數(shù)原料入裝置溫度為130℃；循環(huán)比0.30；裝置處理規(guī)模，100萬t/a(年運(yùn)行8000小時(shí)，新鮮進(jìn)料125t/h)；裝置主要由焦化、分餾、吹汽放空、水力除焦、切焦水閉路循環(huán)和富氣壓縮機(jī)能耗組成。（2）加熱爐原料由130℃換熱到330℃，進(jìn)加熱爐；輻射油出爐溫度為500℃；加熱爐的熱效率為90％；（3）分餾塔熱量回收分餾塔采用塔頂循環(huán)回流（生產(chǎn)重整料時(shí)除外）；急冷油溫度不低于150^C。主要基礎(chǔ)條件（4）產(chǎn)品出裝置溫度富氣40℃；汽油40℃；柴油50℃；蠟油90℃；渣油130℃。（5）裝置用汽注汽量按新鮮進(jìn)料的1.5m％；吹汽、吹掃與伴熱用汽（1.0MPa）為20kg/t。（6）裝置用電泵均以電力驅(qū)動(dòng)考慮，不考慮汽泵。單程焦化的用電為120MJ/t（不包括富氣壓縮機(jī)耗電和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)耗電）,不同循環(huán)比另加修正項(xiàng)43.1R(R為循環(huán)比，單位為MJ/t)。（7）裝置用水新鮮水用量：17kg/t新鮮進(jìn)料。機(jī)泵冷卻用循環(huán)水。

（1）計(jì)算加熱爐燃料消耗；（2）分餾塔和換熱系統(tǒng)計(jì)算（流程模擬和窄點(diǎn)技術(shù)）；（3）裝置水和蒸汽用量折能耗；（4）富氣壓縮機(jī)能耗；正向法------主要提供了一種思路反向法----一種完善的方法化學(xué)焓差能耗

E1=24158（Mc-Mp)/Mc/Mp加熱爐散熱與排煙能耗

E2=628（1+R)/(1/n-1)裝置電耗

E3=120+43.1R蒸汽能耗E4=63.6+6.3Rw富氣壓縮機(jī)能耗

E5=8.3EL/Q(背壓），22.3EL/Q+20(1.0凝汽）工藝?yán)门c回收環(huán)節(jié)散熱能耗E6=397S^^(-0.5)裝置排棄能E7=11.50YF+6.88YL+6.55YG+0.477YLO+0.574YCGO+28.73Rw+2.763YCK-6.7(1+R)+15裝置排棄能消耗的循環(huán)水與新鮮水能耗E8=9.33吸收穩(wěn)定能耗E9=230MJ/t(帶重沸器），25MJ/t(無重沸器）裝置輸出低溫?zé)酔10=-(5.95YF+4.22YL+2.83YG+0.79YLO+0.78YCGO+3.06Rw)3.節(jié)能技術(shù)與方法3.1熱力學(xué)第一定律分析法3.2熱力學(xué)第二定律分析法3.3熱經(jīng)濟(jì)學(xué)3.4節(jié)能原理與方法3.5窄點(diǎn)技術(shù)3.6能量平衡3.7流程模擬技術(shù)3.8三環(huán)節(jié)理論掌握節(jié)能原理科學(xué)找出節(jié)能潛力與部位制定節(jié)能措施的指導(dǎo)原則規(guī)劃長短期節(jié)能目標(biāo)不掌握節(jié)能原理提出不恰當(dāng)?shù)墓?jié)能指標(biāo)制定出不合理的節(jié)能決策批準(zhǔn)不合理的節(jié)能方案3.1第一定律分析法

熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律：能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的量度，當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時(shí)，數(shù)量不變。該分析法得到了廣泛應(yīng)用，它主要是用熱效率的高低來估計(jì)節(jié)能潛力，熱效率越高說明節(jié)能潛力越大。能量平衡工作正是基于這一定律，把能量的來龍去脈搞清楚，確定多少能量被利用，多少能量損失掉。優(yōu)點(diǎn)：簡單直觀，容易理解和掌握，運(yùn)用得當(dāng)對節(jié)能工作能起到重要作用。缺點(diǎn)：由于它所依據(jù)的僅是能量數(shù)量上的守恒性，在挖掘節(jié)能潛力時(shí)有較大的局限性和不合理性。

3.2第二定律分析法

20世紀(jì)50年代以后，熱力學(xué)第二定律的理論開始在節(jié)能實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。它的表述方法很多，其中之一是：當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時(shí)，其品位只可能降低或來變，絕不可能提高。這樣能量在數(shù)量的守恒性和質(zhì)量上的貶值性，就構(gòu)成了能量的全面本性。

現(xiàn)代節(jié)能原理是同時(shí)依據(jù)熱力學(xué)第一、第二定律，并通過直觀實(shí)用的方式，來體現(xiàn)能的全面本性，由此建立的節(jié)能理論和方法，稱為第二定律分析法。這種方法有兩大類，熵分析法和火用分析法。由于熵分析法比較抽象，不能評價(jià)能量的使用價(jià)值，且本身也不是一種能量，現(xiàn)在已被火用分析法取代?；鹩梅治龇ㄕJ(rèn)為：能量=火用+火無

火用是這樣一種能，在給定環(huán)境的作用下，可以完全連續(xù)地轉(zhuǎn)化為任何一種其它形式的能量，而火無是一種不可能轉(zhuǎn)化的能量形式。

火用主要是針對熱提出的，即熱量中最大能轉(zhuǎn)化為功的部分。采用火用分析法，能從本質(zhì)上找出能量損失。3.3熱經(jīng)濟(jì)學(xué)

20世紀(jì)60年代以來，在節(jié)能領(lǐng)域產(chǎn)生了將火用分析法與經(jīng)濟(jì)因素及優(yōu)化理論有機(jī)結(jié)合的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)，即除了研究體系與自然環(huán)境之間的相互作用外，還要研究一個(gè)體系內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)參量與環(huán)境經(jīng)濟(jì)參量之間的相互作用。

一般來說，第一定律和第二定律分析法，在方案比較中僅能給出一個(gè)參考方向，而不能得出具體結(jié)論。而熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法可以直接給出結(jié)果，這種方法特別適用于解決大型、復(fù)雜的能量系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

3.4節(jié)能原理與方法

按能量的作功能力，將其分為三大類：

高級(jí)能量：理論上可以完全轉(zhuǎn)化為功的能量，如機(jī)械功、電能、水能等；

低級(jí)能量：理論上不能全部轉(zhuǎn)化為功的能量，主要是熱能；

僵態(tài)能量：完全不能轉(zhuǎn)化為功的能量。

可逆過程是熱力學(xué)中的一種理想過程，在這個(gè)過程中，如為機(jī)械運(yùn)動(dòng)則沒有摩擦阻力，如為傳熱過程則沒有溫差，如對常減壓蒸餾裝置，如達(dá)到可逆過程，其能耗就可能僅為2~3的程度。因此可以看出：真正的可逆過程是不存在的，事實(shí)上，自然界的任何過程都不是可逆過程。節(jié)能工作就是要在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)合理?xiàng)l件下，接近可逆過程。

用能的本質(zhì)：大部分能量是過客；能量是完成過程中不發(fā)生化學(xué)變化的“催化劑”；能量是完成過程的推動(dòng)力。

節(jié)能方法（1）使用用能量小的先進(jìn)工藝過程和高效設(shè)備；（2）減少過程。由于凡有過程，就有不可逆性，因此應(yīng)盡可能減少過程，減少不可逆性。如裝置之間的熱進(jìn)出料；從整個(gè)系統(tǒng)的角度使用能量，抓住優(yōu)化匹配的機(jī)會(huì)，減少不可逆性。（3）多次使用能量。如對傳熱過程，就是要減少傳熱溫差，目前的經(jīng)濟(jì)傳熱平均溫差（不包括加熱爐）已經(jīng)達(dá)到達(dá)20~30℃

，隨著強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展，傳熱系數(shù)提高后，經(jīng)濟(jì)傳熱過程可能進(jìn)一步減小。煉油過程中，最常見最典型的過程為傳熱過程，各個(gè)裝置均有大量的換熱器。凡是傳熱溫差很大或較大的地方，也即是用不合理的地方。（4）高級(jí)高用，低能低用。燒開水的例子

將10000kg水從15℃

加熱到100℃

，需能量85萬kcal，按數(shù)量折為85kg標(biāo)油。（1）用電加熱：280kg標(biāo)油；（2）LPG加熱：94kg標(biāo)油(加熱效率按90%)；（3）用燃料發(fā)生高壓蒸汽，通過凝汽機(jī)的排汽加熱：50.3kg標(biāo)油。此時(shí)，所需的一次能源已大大小于水本身升溫所需的熱量85kg標(biāo)油。

如果真有類似上述好的條件，一定要抓住機(jī)會(huì)，充分利用；可能有類似上述的良好條件，但是隱蔽的，應(yīng)讓其顯露出來，并充分利用。（系統(tǒng)越大越復(fù)雜，則越接近優(yōu)化匹配的條件）

如果沒有溫度與負(fù)荷匹配良好的過程，要?jiǎng)?chuàng)造條件，創(chuàng)造過程（尤其是公用工程），使工藝過程之間及與公用工程之間實(shí)現(xiàn)良好的匹配。3.5.窄點(diǎn)技術(shù)3.5.1窄點(diǎn)技術(shù)的起源、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍3.5.2窄點(diǎn)技術(shù)的概念及術(shù)語3.5.3窄點(diǎn)技術(shù)超目標(biāo)方法3.5.4窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法3.5.5公用工程能級(jí)優(yōu)選法3.5.6加熱爐在過程組合中的適宜布局3.5.7易污垢換熱的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)法3.5.8用于裝置改造3.5.9全廠性能量組合設(shè)計(jì)3.5.10例題3.5.1窄點(diǎn)技術(shù)的起源、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍窄點(diǎn)技術(shù)的原理1978年由英國曼徹斯特大學(xué)的B.Linnhoff教授提出，經(jīng)過多年的應(yīng)用研究，已成為過程工業(yè)節(jié)能的一種先進(jìn)且特別實(shí)用的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于煉油、石油化工、造紙、制藥等幾乎所有過程工業(yè)部門。據(jù)一項(xiàng)1994年的統(tǒng)計(jì)資料，窄點(diǎn)技術(shù)在全世界的工業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目在2500個(gè)以上。曾有人對此項(xiàng)技術(shù)的評價(jià)是可以代替20年的的工程經(jīng)驗(yàn)，在最流行此技術(shù)的時(shí)候，世界上的一些大公司專門成立了窄點(diǎn)技術(shù)組，日本三菱化學(xué)公司曾專門請B.Linnhoff的博士進(jìn)行輔導(dǎo)學(xué)習(xí)和應(yīng)用。傳統(tǒng)方法及數(shù)學(xué)法的缺點(diǎn)：（1）第一定律：不能真正說明能量損失的原因；（2）第二定律：很抽象，實(shí)際過程中難以應(yīng)用；（3）純粹數(shù)學(xué)意義上的優(yōu)化，到目前還僅限于換熱物流數(shù)目較少的網(wǎng)絡(luò)，對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，數(shù)學(xué)方法還很不成熟，不僅經(jīng)常得不到答案，而且合成的網(wǎng)絡(luò)很復(fù)雜，難于實(shí)際應(yīng)用。窄點(diǎn)技術(shù)的顯著特點(diǎn)：簡單實(shí)用使用簡單的圖表加上一定的經(jīng)驗(yàn)即可對復(fù)雜的裝置和系統(tǒng)，同時(shí)優(yōu)化權(quán)衡能量與投資；特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)人員對問題和目標(biāo)的理解，所有的決定由技術(shù)人員自己做出，因?yàn)榧夹g(shù)人員始終了解發(fā)生的所有事情。能在具體設(shè)計(jì)之前，就可提出很好的實(shí)用解決方案

窄點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展窄點(diǎn)技術(shù)主要是優(yōu)化廣義的換熱網(wǎng)絡(luò)，也即是以冷熱物流相聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，如裝置內(nèi)、裝置間及裝置與蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的冷熱物流，當(dāng)然也包括加熱爐煙氣、熱機(jī)、熱泵等。據(jù)此，石化工業(yè)是窄點(diǎn)技術(shù)大有作為的一個(gè)工業(yè)。

窄點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展主要在20世紀(jì)80~90年代，不僅可用于換熱網(wǎng)絡(luò)，也可用于水處理即水處理窄點(diǎn)方法，減少水耗。國內(nèi)窄點(diǎn)技術(shù)也得到了一些應(yīng)用，但還較少，有許多應(yīng)用，還僅限于窄點(diǎn)計(jì)算。應(yīng)該說明，國內(nèi)窄點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用還大有潛力可挖。3.5.2窄點(diǎn)技術(shù)的概念及術(shù)語冷熱綜合曲線窄點(diǎn)及意義窄點(diǎn)溫差吸熱部分放熱部分公用工程目標(biāo)解題表（或叫問題表格）

B.Linnhoff的解題表是窄點(diǎn)技術(shù)的基石。如下例：

窄點(diǎn)溫差選20℃

，熱公用工程目標(biāo)為107.5,冷公用工程目標(biāo)為40℃,窄點(diǎn)溫度為對應(yīng)SN3子網(wǎng)絡(luò)，即熱物流溫度為90℃

，冷物流溫度為70℃

。SN1子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為：熱物流150~145℃

，冷物流僅125℃

；SN2子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為：熱物流145~120℃

，冷物流125~120℃

；SN5子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為：熱物流僅60℃

，冷物流為40~25℃

；SN6子網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的溫度為：熱物流僅60℃

，冷物流為25~20℃

。

總綜合曲線

總綜合曲線的兩個(gè)示例第一個(gè)圖形，窄點(diǎn)溫度180℃

，可發(fā)生低壓蒸汽及供出低溫余熱；第二個(gè)圖形，第一個(gè)窄點(diǎn)溫度260℃

，第二個(gè)窄點(diǎn)溫度120℃

，中間可發(fā)生中壓蒸汽，背壓發(fā)電后，再供出0.5Mpa蒸汽，利用中間富裕的溫差作功。

窄點(diǎn)技術(shù)中的金法則（1）不通過窄點(diǎn)傳遞熱量；（2）窄點(diǎn)以上吸熱部分不使用冷公用工程；（3）窄點(diǎn)以下放熱部分不使用熱公用工程。實(shí)際意義是：盡量使冷熱綜合曲線平行，溫差均衡分配，使在合理回收能量的前提下，使投資最小，實(shí)際上是節(jié)能基本原則的應(yīng)用。冷熱綜合曲線、解題表和總綜合曲線是來自于同一熱力學(xué)分析的三種表示方式，其中冷熱綜合曲線和總綜合曲線可以從解題表中的數(shù)據(jù)推出來。解題表易于尋找能量目標(biāo)和熱級(jí)流動(dòng)情況，冷熱綜合曲線更便于對窄點(diǎn)技術(shù)的基本概念進(jìn)行理解，而總綜合曲線特別適用于選擇公用工程的適當(dāng)配置方案。3.5.3

窄點(diǎn)技術(shù)超目標(biāo)方法

確定了窄點(diǎn)溫差，就確定了冷、熱公用工程目標(biāo)，但窄點(diǎn)溫差如何在具體設(shè)計(jì)之前選取？因此窄點(diǎn)技術(shù)中發(fā)展出了一個(gè)超目標(biāo)方法，即在換熱網(wǎng)絡(luò)還沒有具體設(shè)計(jì)的情況下，運(yùn)用一些模型，優(yōu)化選取窄點(diǎn)溫差。假如把每一個(gè)窄點(diǎn)溫差下的換熱網(wǎng)絡(luò)都設(shè)計(jì)出來，而進(jìn)行選取，其工作量太大，工程上不實(shí)用，也沒有這個(gè)必要。

超目標(biāo)方法的實(shí)質(zhì)是利用冷熱綜合曲線的“垂直換熱”傳熱面積模型、殼程數(shù)模型以及泵功模型，預(yù)測每一個(gè)窄點(diǎn)溫差情況下的最小傳熱面積、最小殼程數(shù)，從而預(yù)測出投資，當(dāng)然選取一個(gè)窄點(diǎn)溫差，就可確定了冷熱工程目標(biāo)，也就可以確定能耗費(fèi)用。綜合選取年操作費(fèi)用最低的窄點(diǎn)溫差即為優(yōu)化值。

3.5.4窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法

老式設(shè)計(jì)法

在窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法中，核心的問題是窄點(diǎn)處的換熱匹配，即不使熱量傳遞通過窄點(diǎn)，以免造成冷熱公用工程目標(biāo)的增大。窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法主要包括以下五個(gè)步驟：（1）將換熱網(wǎng)絡(luò)由窄點(diǎn)分成兩個(gè)分離網(wǎng)絡(luò)；（2）這兩個(gè)分離網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)由窄點(diǎn)處開始往窄點(diǎn)換熱器以遠(yuǎn)發(fā)展，主要的窄點(diǎn)匹配方案以及是否或如何進(jìn)行物流分流，應(yīng)用可行性準(zhǔn)則來確定（物流數(shù)包括分流準(zhǔn)則、熱容流率不等式約束準(zhǔn)則、熱容流率差準(zhǔn)則）；（3）當(dāng)窄點(diǎn)處存在可挑選的方案時(shí)，設(shè)計(jì)者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)確定；（4）窄點(diǎn)換熱器的熱負(fù)荷取決于消去探試法。當(dāng)有問題時(shí)，如增加公用工程用量或?qū)е路钦c(diǎn)換熱器的溫差不足時(shí)，可在窄點(diǎn)處選用其它方案或降低熱負(fù)荷；（5）非窄點(diǎn)換熱器的匹配往往是自由匹配，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定所希望的匹配。新式設(shè)計(jì)法實(shí)際上，這種老式的窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法比較機(jī)械，設(shè)計(jì)出的換熱網(wǎng)絡(luò)也比較復(fù)雜。為此后來發(fā)展出了雙溫差設(shè)計(jì)法，即確定冷熱公用工程目標(biāo)時(shí)，用一個(gè)窄點(diǎn)溫差，也稱為熱回收窄點(diǎn)PTD（如20℃

）。而在實(shí)際設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，選取較小的一個(gè)傳熱溫差別值（如10℃

），這樣設(shè)計(jì)出的換熱網(wǎng)絡(luò)比較簡單實(shí)用。而且一般設(shè)計(jì)時(shí)，也不是從窄點(diǎn)處分開，而是在確定冷熱公用工程目標(biāo)后，直接從吸熱部的最高溫度開始匹配。3.5.5公用工程能級(jí)優(yōu)選法

對大多數(shù)工藝過程來說，為了滿足它在窄點(diǎn)以上的熱量需求，通常要對不同的熱公用工程系統(tǒng)進(jìn)行選擇。而對窄點(diǎn)以下的子系統(tǒng)，要盡量將其有效熱量作熱源用來產(chǎn)生低壓蒸汽、預(yù)熱空氣和鍋爐給水以及產(chǎn)生低溫余熱等，最后再將剩余熱量排放到冷卻水或空氣中。

熱機(jī)、熱泵的位置熱機(jī)的位置：不能跨越窄點(diǎn)，應(yīng)放于窄點(diǎn)之上，或窄點(diǎn)之下；熱泵的位置：應(yīng)跨越窄點(diǎn)但由于熱泵能提高的溫度不是很高，只有對前圖中的溫度提高不大的情況下才能適應(yīng)。

習(xí)慣上總是認(rèn)為增加空氣預(yù)熱可以提高加熱爐效率和降低燃料耗量。如下圖所示可以看出其影響。圖中不帶煙氣預(yù)熱的煙氣溫焓線以虛線表示，而空氣對燃料比率保持不變的帶空氣預(yù)熱的煙氣線以實(shí)線表示，顯然空氣預(yù)熱后理論火焰溫度上升，其結(jié)果是煙氣線的斜率變陡了，導(dǎo)致煙氣從煙囪排棄的熱損失降低，降低的燃料耗量熱值相當(dāng)于助燃空氣所獲得的熱量。如右圖所示：工藝過程所需的最低供熱量為Qhmin，當(dāng)窄點(diǎn)溫差為50℃

時(shí)是1300kW，窄點(diǎn)溫度為400℃

（煙氣窄點(diǎn)溫度為425℃

，工藝?yán)淞髡c(diǎn)溫度為375℃

）。如不用空氣預(yù)熱則理論火焰溫度為1500℃

。3.5.6加熱爐在過程組合中的適宜布局

如尾端煙氣在熱流窄點(diǎn)溫度下離開加熱爐時(shí)，所需燃料為：

燃料=Qhmin+(煙氣窄點(diǎn)溫度－T0)*煙氣熱容流率＝1790kW

然而，425℃

的煙氣是足以用來預(yù)熱空氣的，設(shè)最小允許離開煙囪的煙氣溫度為200℃，則最高空氣預(yù)熱溫度是270℃

。這時(shí)新的理論火焰溫度為1725℃

，并可計(jì)算出新的燃料耗量：燃料＝Ｑhmin+(200-T0)*煙氣熱容流率=1480kW

所以助燃空氣預(yù)熱可節(jié)省燃料17%。以上是有傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果，煙氣流率和煙囪排棄溫度已經(jīng)是最低了，似乎沒有改進(jìn)的余地了。用窄點(diǎn)技術(shù)考慮的空氣預(yù)熱

如果把工藝過程和加熱爐作為一個(gè)整體來考慮，預(yù)熱空氣就意味著引入了一股以前沒有考慮的冷物流，根據(jù)窄點(diǎn)金法則，引入冷物流只有當(dāng)其溫度低于窄點(diǎn)時(shí)才是有效的，因?yàn)樗黾恿说陀谡c(diǎn)部分的冷物流熱量從而有助于降低冷公用工程（如冷卻水）。同時(shí)窄點(diǎn)金法則也告訴我們：最大的空氣預(yù)熱溫度應(yīng)該等于冷流的窄點(diǎn)溫度。如果空氣和燃料的預(yù)熱需要QR的熱量，則工藝過程所消耗的冷公用工程量也下降QR，但更重要的是燃料耗量也按下式降低了（即燃料量等于煙氣放熱量減去空氣和燃料的預(yù)熱量）。燃料=Qhmin+(TPH-T0)*Cp煙氣-（TPC-T0）*（Cp空氣+Cp燃料）由于

Cp煙氣=Cp空氣+Cp燃料燃料=Qhmin+（TPH-TPC）*Cp煙氣也即

燃料=Qhmin+窄點(diǎn)溫差*Cp煙氣

(1)

如果燃料不預(yù)熱或沒有預(yù)熱到窄點(diǎn)溫度，則上式做如下修改：燃料=Qhmin+窄點(diǎn)溫差*Cp煙氣+Cp燃料*（TPC–T燃料）

(1a)TPH------熱物流窄點(diǎn)溫度

TPC------冷物流窄點(diǎn)溫度

T燃料------燃料溫度以上述公式為前提的結(jié)果令人吃驚，因?yàn)楫?dāng)窄點(diǎn)溫差為0且燃料又完全預(yù)熱的話，可以得到燃料量等于最小熱公用工程Qhmin，即可以得到100%的加熱爐效率。即使窄點(diǎn)溫差在合理的范圍內(nèi)，且假定燃料不預(yù)熱，也可以算出很高的加熱爐效率。用公式（1a）可以計(jì)算得出這時(shí)的燃料是1379kW，而用傳統(tǒng)優(yōu)化方法所得到的燃料是1480kW，其差別主要在于加熱爐和過程是否組合在一起考慮。傳統(tǒng)的方法中，空氣預(yù)熱溫度只能加熱到270℃

，而冷流窄點(diǎn)溫度卻是375℃

。通過上圖中總綜合曲線可以清楚看出：低于窄點(diǎn)溫度處尚有多余的工藝過程熱量可利用，就可把空氣預(yù)熱到375℃

，燃料耗量降到1379kW,進(jìn)一步降低了6%的燃料消耗。這時(shí)燃料耗量才真正降到最低值了。應(yīng)注意的是：加熱爐效率是不可能等于100%的，之所以出現(xiàn)前面的結(jié)果是因?yàn)椋嚎諝忸A(yù)熱的一部分熱量是由工藝過程物流提供的。

3.5.7易污垢換熱的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)法

對待污垢的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法很簡單，就是增大易導(dǎo)致結(jié)垢換熱器的傳熱面積。而發(fā)展的窄點(diǎn)技術(shù)中，則推薦相反的方法，減少易導(dǎo)致結(jié)垢換熱器的傳熱面積，而增大其下游的不易結(jié)垢的傳熱面積。

某換熱網(wǎng)絡(luò)見下圖：物流3在溫度超過125℃

以后就易結(jié)垢，結(jié)垢趨勢是典型的漸近線型，即在6個(gè)月后（裝置操作周期為12個(gè)月）達(dá)到最高峰后就平緩了。換1總傳熱系數(shù)是120W/m2.K，操作6個(gè)月后降至81W/m2.K。裝置的要求是：物流1和2的終溫并不嚴(yán)格，而物流3、4的終溫則必須滿足要求。所以不管有無結(jié)垢，物流3的終溫必須是17℃

。利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，則換1需增加148M2的傳熱面積，且為確保裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在換1增設(shè)旁路，流經(jīng)旁路的流量應(yīng)隨換1結(jié)垢的嚴(yán)重逐步減少，直到6個(gè)月后把旁路關(guān)死。裝置能耗在運(yùn)轉(zhuǎn)期間維持在1850kW。。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法的缺點(diǎn)：

（1）增加面積的利用率低，投資沒有充分利用。另一個(gè)可能方案是在換1后增設(shè)一臺(tái)加熱器，但這樣不僅設(shè)備利用率低，而且還增加了能耗。（2）增加面積的換熱器的布局不好。在換熱網(wǎng)絡(luò)不同換熱器中增加面積的成本效益是不同的。如將增加的面積放在較好布局中將有利于投資的回收。（3）設(shè)計(jì)安全系數(shù)過大往往會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)垢。因?yàn)檫x用大富裕量換熱器或使用旁路時(shí)，通過換熱器的物流流速會(huì)降低，污垢加快，膜傳熱系數(shù)降低以致影響管壁溫度，而壁溫度又對結(jié)垢有較大影響。（4）結(jié)垢后往往在裝置繼續(xù)操作的同時(shí)，必須把換熱器切除負(fù)荷進(jìn)行清洗，這時(shí)設(shè)備沒有被利用。新方案及優(yōu)點(diǎn)

新方案：由于換熱網(wǎng)絡(luò)特有的靈敏性能，即在一個(gè)地方增加額外傳熱面積會(huì)促使該換熱器物流溫度變化而進(jìn)一步影響到其它物流溫度變化，可在網(wǎng)絡(luò)中不產(chǎn)生污垢或污垢較少的地方增加額外面積以解決結(jié)垢問題。因此推薦的方案是加大不結(jié)垢的換3面積。計(jì)算結(jié)果表明：換3增加不大于103M2的面積完全可以補(bǔ)償換1結(jié)垢的影響。換3增加的面積比原方案少30%，該方案的另一優(yōu)點(diǎn)是：加大換3換熱量后，換1負(fù)荷降低，換2負(fù)荷增大而使物流4的加熱器負(fù)荷下降，從而減少熱公用工程量15%。

新方案優(yōu)點(diǎn)如下：（1）額外增加面積的利用率高；（2）額外增加面積不僅得到了充分利用，而且還降低了能耗；（3）不會(huì)加速結(jié)垢；（4）不存在清洗問題。3.5.8用于裝置改造裝置改造有它的特殊性，與新設(shè)計(jì)有較大的不同。（1）改造設(shè)計(jì)的窄點(diǎn)技術(shù)導(dǎo)則工藝過程的物料平衡和能量平衡是換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)依據(jù)，而工藝參數(shù)的改變可以作為改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的輔助手段。操作參數(shù)的改變很多，如反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化深度，蒸發(fā)段數(shù)及壓力溫度、分餾塔壓力及回流比、中段回流流率及返塔溫度、進(jìn)料汽化壓力等。根據(jù)窄點(diǎn)技術(shù)的金法則，可以總結(jié)以下技術(shù)導(dǎo)則：（a）增加高于窄點(diǎn)溫度的熱流負(fù)荷；（b）降低高于窄點(diǎn)溫度的冷流負(fù)荷；（c）降低低于窄點(diǎn)溫度的熱流負(fù)荷；（d）增加低于窄點(diǎn)溫度的冷流負(fù)荷。簡單地講，就是盡量提高熱流溫度，盡量降低冷流溫度。(2)改造設(shè)計(jì)的目標(biāo)途徑

在新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，各溫段間的匹配基本是垂直匹配，相當(dāng)于各臺(tái)換熱器均系純逆流傳熱，所以總傳熱面積是最小的（見下圖）。對裝置換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造是因?yàn)?，一是許多物流跨越了窄點(diǎn)造成冷熱公用工程目標(biāo)較大，另一個(gè)是有許多物流錯(cuò)流換熱，造成傳熱面積較大。

長的曲線是新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)不同傳熱面積與能量目標(biāo)的關(guān)系，其中B點(diǎn)是優(yōu)化點(diǎn)。目前換熱網(wǎng)絡(luò)處于X點(diǎn)，即這時(shí)的能量目標(biāo)比優(yōu)化點(diǎn)B大，而且傳熱面積也很大，即以X的傳熱面積應(yīng)該達(dá)到A的能量目標(biāo)。裝置改造時(shí)，不可能廢棄已有的網(wǎng)絡(luò)，因此應(yīng)該沿差小的曲線進(jìn)行改造。即增加一定的傳熱面積，而使能量目標(biāo)降低。（3）改造設(shè)計(jì)步驟（a）鑒別有無錯(cuò)流匹配的換熱器存在；（b）消除跨越窄點(diǎn)的換熱器；（c）完成網(wǎng)絡(luò)，確定新?lián)Q熱器；（d）網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)。3.5.9全廠性能量組合設(shè)計(jì)某個(gè)裝置的優(yōu)化與多裝置相互之間及其系統(tǒng)的大優(yōu)化有很大的不同，系統(tǒng)越復(fù)雜越大，系統(tǒng)優(yōu)化的潛力就越大，因?yàn)檫@是優(yōu)化匹配的機(jī)會(huì)大大增加了。同時(shí)對多個(gè)工藝裝置及輔助系統(tǒng)尤其是蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用總綜合曲線，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。可以將準(zhǔn)備進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化體系內(nèi)的所有單元的各自總綜合曲線集合畫成一條全局綜合曲線，可以方便地選擇合適的公用工程方案或改造方案。日本三菱化學(xué)公司曾對其所屬工廠的7個(gè)裝置和系統(tǒng)，使用總綜合曲線的辦法，對擴(kuò)能改造方案進(jìn)行優(yōu)化。按照傳統(tǒng)的方法是增加公用工程系統(tǒng)能力，使用窄點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化方法后，通過對有關(guān)工藝裝置參數(shù)的調(diào)整，利用系統(tǒng)本需冷卻的余熱產(chǎn)生達(dá)120t/h的低壓蒸汽，而同時(shí)又可滿足加熱需求。某個(gè)裝置的優(yōu)化與多裝置相互之間及其系統(tǒng)的大優(yōu)化有很大3.5.10

例題某1.4Mt/a催化裂化換熱物流數(shù)據(jù)

現(xiàn)狀的窄點(diǎn)分析

在現(xiàn)有的換熱網(wǎng)絡(luò)中，使用除氧水103.5t/h，產(chǎn)生3.5Mpa的中壓蒸汽102t/h。其中解吸塔底重沸物流由1.0MPa的低壓蒸汽14.6t/h作熱源。

104℃的除氧水103.5t/h在余熱鍋爐中由再生煙氣加熱至196℃后，2.5t/h與再生煙氣換熱產(chǎn)生飽和蒸汽，101t/h至外取器、油漿蒸汽發(fā)生器和二中蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生飽和蒸汽。所產(chǎn)的飽和蒸汽中，其中82t/h在余熱鍋爐中過熱，另20t/h在內(nèi)取熱器中過熱。單獨(dú)對現(xiàn)狀的分餾與吸收穩(wěn)定換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行窄點(diǎn)計(jì)算后，窄點(diǎn)溫差為43℃，有兩個(gè)窄點(diǎn)，窄點(diǎn)溫度分別為120,277℃，不包括冷公用工程的換熱區(qū)（下稱換熱區(qū)）平均傳熱溫差為64.3℃，冷公用工程為44.2MW。從總綜合曲線上初看，似乎現(xiàn)狀換熱網(wǎng)絡(luò)的安排是合理的。但從窄點(diǎn)溫差與平均傳熱溫差這兩個(gè)反映投資與節(jié)能的指標(biāo)來看，此換熱網(wǎng)絡(luò)是不經(jīng)濟(jì)的。已經(jīng)知道：對大型石化裝置使用窄點(diǎn)優(yōu)化分析后，窄點(diǎn)溫差一般在18~25℃,平均傳熱溫差為35~40℃?，F(xiàn)狀換熱網(wǎng)絡(luò)的這兩項(xiàng)指標(biāo)明顯太大，存在較大的節(jié)能潛力。

分餾與吸收穩(wěn)定換熱物流的現(xiàn)狀總綜合曲線

如果直接用換熱網(wǎng)絡(luò)合成優(yōu)化的方法，由于涉及2個(gè)換熱網(wǎng)絡(luò)的20多條物流，可能需要幾天甚至更長時(shí)間才能確定方案，而通過窄點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，所需要時(shí)間不超過半天。

改造方案1----多產(chǎn)中壓蒸汽

窄點(diǎn)溫差降到20.8℃,窄點(diǎn)溫度為158.4℃,平均傳熱溫差為43℃（不包括冷卻范圍），冷公用工程目標(biāo)降至38.6MW，降低率為12.7%。多產(chǎn)中壓蒸汽6.7t/h，增加了6.6%。分餾與吸收穩(wěn)定的換熱網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)后的總綜合曲線與現(xiàn)狀對比見下圖。可以看出：改進(jìn)后，傳熱溫差明顯降低，產(chǎn)汽量增大，冷卻負(fù)荷減少。

與現(xiàn)狀方案相比，換熱區(qū)傳熱面積增大2970m2，投資增大約300萬元，多產(chǎn)的中壓蒸汽年效益約536萬元，增加的投資半年即可收回，年節(jié)能量為4200噸標(biāo)油。

改造方案2----發(fā)生高壓蒸汽

以多產(chǎn)中壓蒸汽方案為基礎(chǔ)，保持冷卻目標(biāo)不變。在分餾與吸收穩(wěn)定的換熱網(wǎng)絡(luò)中（包括外取熱器物流），窄點(diǎn)溫差為19.2℃,窄點(diǎn)溫度為158℃，平均傳熱溫差為45℃（不包括冷卻與外取熱器）。共產(chǎn)生90.8t/h高壓蒸汽，與多產(chǎn)中壓蒸汽改進(jìn)方案相比，少產(chǎn)3.5MPa中壓蒸汽17.9t/h。

由于窄點(diǎn)溫度上移，故將解吸塔底重沸器熱量8398KW，原由1.0MPa蒸汽(14.6t/h)供給，現(xiàn)改由過程物流供給。故可少用1.0MPa蒸汽14.6t/h。

高壓蒸汽背壓到3.5MPa，可凈多發(fā)電3850kW。此方案與多產(chǎn)中壓蒸汽的改進(jìn)方案相比，可進(jìn)一步年節(jié)能5460噸標(biāo)油。

3.6.1企業(yè)開展能量平衡的主要目的

（1)摸清企業(yè)的用能現(xiàn)狀；（2)分析企業(yè)及產(chǎn)品的用能水平；（3)摸清主要用能設(shè)備和工藝裝置的效率指標(biāo)、企業(yè)的能源利用率、能量利用率；（4)查清企業(yè)余熱資源和回收利用情況；（5)找出能量損失的原因、潛力，明確節(jié)能途徑，為節(jié)能規(guī)劃和節(jié)能改造提供依據(jù)。（6)能量平衡最好由企業(yè)自身來搞，培養(yǎng)出能搞清能量的來龍去脈的隊(duì)伍，便于開展經(jīng)常性的節(jié)能工作，容易使節(jié)能管理工作落到實(shí)處。3.6能量平衡

3.6.2企業(yè)能量平衡的方法均采用測試計(jì)算與統(tǒng)計(jì)計(jì)算相結(jié)合的方法。測試計(jì)算反映測試狀況下的能耗水平，而統(tǒng)計(jì)計(jì)算反映實(shí)際平均水平。企業(yè)能量平衡是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)、涉及面廣、工作量很大的一項(xiàng)工作，工作周期較長，除了領(lǐng)導(dǎo)重視、技術(shù)力量充足、測試手段完善之外，掌握正確的測試方法非常重要。（1）測算結(jié)合，以測為主對企業(yè)進(jìn)行能量平衡主要靠測試，必須以測為主，不能以計(jì)算代替測試。某些設(shè)備或數(shù)據(jù)的可測性是能量平衡現(xiàn)場測試的一大難點(diǎn)。因此在制定能量平衡工作大綱時(shí)，必須充分考慮可測量性的問題。對于重點(diǎn)設(shè)備、重點(diǎn)參數(shù)，要采取各種直接或間接的方法盡可能做到實(shí)測；而對于一般情況，測試大困難時(shí)，則采用根據(jù)日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行推算。尤其對重點(diǎn)參數(shù)，還應(yīng)采用多種估算方法進(jìn)行校核性結(jié)算，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性。能量平衡測試并不是要對企業(yè)的所有設(shè)備和裝置都完全地進(jìn)行實(shí)測，應(yīng)該選擇主要耗能設(shè)備進(jìn)行實(shí)測，其它則只進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。（2）先易后難，掌握步驟企業(yè)能量平衡工作涉及面寬，設(shè)備與裝置多樣。簡單的設(shè)備測試的數(shù)據(jù)比較少，容易掌握。因此開展能平工作時(shí)，應(yīng)先從簡單設(shè)備和裝置開始，掌握原則，“練好兵”。（3）正反結(jié)合，抓住重點(diǎn)對設(shè)備的能量平衡測試原則上應(yīng)同時(shí)采用效率直接測定法（正平衡法）與效率間接測定法（反平衡法），并確定其中一種方法為主要方法。如對鍋爐，規(guī)定必須同時(shí)使用正反平衡法，且正平衡法為主，反平衡法為校核方法。需要注意的是：兩種方法的測試條件與結(jié)果的偏差，應(yīng)根據(jù)有關(guān)設(shè)備及其標(biāo)準(zhǔn)作出明確的規(guī)定。在實(shí)際能量平衡測試中，對一般用能較少設(shè)備，可只進(jìn)行正平衡測試。（4）分批測試，統(tǒng)一計(jì)算對于大型復(fù)雜的企業(yè)，在同一個(gè)時(shí)間對所有設(shè)備和裝置統(tǒng)一測試是不可能的，因此應(yīng)對所有測試設(shè)備分類，按先易后難原則分批測試。但應(yīng)特別注意的問題是：測試應(yīng)選在正常生產(chǎn)運(yùn)行，原料與產(chǎn)品性質(zhì)、產(chǎn)品方案及操作參數(shù)有代表性的條件下進(jìn)行。而且整個(gè)企業(yè)的測試階段不宜拖得太長，以避免測試數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象。全企業(yè)能量平衡測試完成后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，統(tǒng)一計(jì)算，以避免先后計(jì)算口徑的不一致。3.6.3能量平衡工作步驟

一般分為以下6個(gè)步驟。

（1）組織準(zhǔn)備工作開展培訓(xùn)教育工作，建立企業(yè)能量平衡工作領(lǐng)導(dǎo)小組（全面組織、協(xié)調(diào)，合理安排生產(chǎn)，推進(jìn)實(shí)施能量平衡結(jié)果后的成果實(shí)施）、工作小組（實(shí)施機(jī)構(gòu)）和有關(guān)專業(yè)測試小組，明確職責(zé)。收集主要耗能設(shè)備的設(shè)計(jì)與運(yùn)行技術(shù)參數(shù)、以及測試統(tǒng)計(jì)期（截止到能平結(jié)束，向前追溯一個(gè)整年度）的主要產(chǎn)品品種及數(shù)量、能源消耗量。做好計(jì)量準(zhǔn)備工作，配備、完善（校核）測試儀器，以及現(xiàn)場采樣點(diǎn)、測試點(diǎn)的準(zhǔn)備。（2）制定能量平衡測試方案

確定加工的原料與產(chǎn)品、處理量，需要遵守的標(biāo)準(zhǔn)和原則，哪些設(shè)備與裝置是需要測試的，測試時(shí)間與進(jìn)度（石化企業(yè)一般能量平衡測試要求在二個(gè)月內(nèi)完成），測試體系的劃分，

有關(guān)基準(zhǔn)（基準(zhǔn)溫度）、數(shù)據(jù)單位（包括絕壓、表壓）的統(tǒng)一、能量平衡采用的計(jì)算公式的確定。人為地單獨(dú)劃分出來作為研究分析的對象稱為體系，體系具有一定的空間和邊界。企業(yè)能量平衡中的體系可以劃分為設(shè)備能量平衡體系、主要生產(chǎn)車間（工藝裝置）能量平衡體系、企業(yè)能量平衡體系。也可以根據(jù)能源品種劃分為蒸汽平衡體系、電能平衡體系、燃料平衡體系和水平衡體系等。體系的邊界必須明確，并且符合能量平衡工作目標(biāo)的要求，使測試方便。隨著測試體系的確定，被測設(shè)備、測試項(xiàng)目、測點(diǎn)布置、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算方法才能確定。計(jì)算方法需首先確定，是因?yàn)椴煌挠?jì)算方法需要的測試數(shù)據(jù)不同。

（3）能量平衡測試實(shí)施

首先消除被測設(shè)備體系的明顯缺陷（操作及管理上的缺陷、設(shè)備本體、監(jiān)控儀表、輔助設(shè)施的缺陷，是否存在明顯的偶然性能源浪費(fèi)現(xiàn)象）；根據(jù)設(shè)備測試計(jì)算表，制作原始記錄表，包括測試時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境狀態(tài)、設(shè)備名稱、型號(hào)、測點(diǎn)位置、測試儀表、采集次數(shù)、時(shí)間間隔、樣品編號(hào)、生產(chǎn)產(chǎn)品的名稱及性能參數(shù)、測試人及記錄人等。在最后的測試過程中，應(yīng)統(tǒng)一指揮，分工負(fù)責(zé)，盡量保證測試開始、結(jié)束時(shí)間、數(shù)據(jù)記錄時(shí)間及間隔的統(tǒng)一。還必須保證測試記錄與現(xiàn)場分析相結(jié)合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的不合理性，進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)救測試。

(4)能量平衡數(shù)據(jù)的整理與計(jì)算

數(shù)據(jù)整理過程中，將需要三類數(shù)據(jù)：測試數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、引用數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)相互結(jié)合，保證能量平衡結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。有時(shí)靠某一單獨(dú)設(shè)備或裝置的數(shù)據(jù)還不行，必須與其它相連的設(shè)備或裝置相聯(lián)系。

《石油化工能量平衡方法》中規(guī)定，按石化企業(yè)的用能三環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總和分析，由于這幾年各企業(yè)普遍開展能量平衡的測試較少，相關(guān)指標(biāo)沒有可比性，故可根據(jù)實(shí)際情況，采用靈活的匯總方法。

(5)能量平衡分析

分析各設(shè)備、裝置或全廠用能的合理性，以及產(chǎn)生不合理用能的原因。

(6)提出節(jié)能措施

改進(jìn)不合理用能是企業(yè)能量平衡的最終目的，因此必須根據(jù)企業(yè)不合理用能現(xiàn)象及原因，有針對性地提出改進(jìn)和改造的方法與措施。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有些企業(yè)在能量平衡后，只有大堆的表格和數(shù)據(jù)，但分析與措施很少，實(shí)際上起不到能量平衡的作用。項(xiàng)目流量t/h壓力MPa溫度^C能量kW供入項(xiàng)高加疏水39.611707830汽機(jī)凝結(jié)水86757500供熱回水318.410037024低壓除氧水988091161MPa蒸汽49.41.031042014軸封漏汽6.285915一級(jí)連排汽3.870.61592963供入合計(jì)112362供出項(xiàng)軸封抽汽用汽1.40.561561070除氧器排汽1.10.56156840除氧水599.1156108815散熱損失1637供出合計(jì)112362

某熱電廠高壓除氧器能量平衡結(jié)果

3.7流程模擬技術(shù)

流程模擬軟件，proII,aspenplus，hysys等

從流程模擬軟件得到的內(nèi)容：優(yōu)化選取工藝參數(shù)；做好物料平衡、能量平衡，提供大量的物性數(shù)據(jù)；便于從單項(xiàng)局部措施看全廠的凈結(jié)果(如KBC的桌面煉油廠)。

3.8三環(huán)節(jié)理論（1）過程用能的主要形式是熱、流動(dòng)功和蒸汽，它們一般是通過轉(zhuǎn)換設(shè)備（如爐、機(jī)泵）等轉(zhuǎn)換過來的；（2）轉(zhuǎn)換設(shè)備提供的熱、功、蒸汽等形式的能量進(jìn)入工藝核心環(huán)節(jié)（塔、反應(yīng)器），連同回收循環(huán)能量一起推動(dòng)工藝過程完成后，除部分能量轉(zhuǎn)入到產(chǎn)品中外，其余均進(jìn)入能量回收系統(tǒng)；（3）能量在工藝核心環(huán)節(jié)完成其使命后，質(zhì)量下降，但仍具有較高的壓力和溫度，可以通過換熱設(shè)備、換功設(shè)備（液力透平）等回收利用。但受工程和經(jīng)濟(jì)條件約束，回收不能到底，最終通過冷卻、散熱等排棄到環(huán)境中。

從三環(huán)節(jié)理論的節(jié)能：首先應(yīng)選用或改進(jìn)工藝過程，減少工藝用能；再考慮經(jīng)濟(jì)合理地回收；其不足部分再由轉(zhuǎn)換設(shè)備提供。4系統(tǒng)優(yōu)化

僅依靠傳統(tǒng)上的提高設(shè)備效率等局部措施降低能耗之路，幾乎走到了盡頭。要達(dá)到突破和提高，必須：

全局優(yōu)化；資源綜合優(yōu)化；新的措施等。系統(tǒng)優(yōu)化的思想與局部和裝置優(yōu)化的思想不一樣。對一些大型擴(kuò)建和改造項(xiàng)目，決不能“畫地為牢”，應(yīng)與全廠其它裝置和系統(tǒng)共同優(yōu)化，提高用能水平。

系統(tǒng)優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)能效果較為顯著，是石化工業(yè)深入節(jié)能的必由之路。

（2）單個(gè)裝置或局部難于實(shí)現(xiàn)的熱量匹配優(yōu)化問題，從系統(tǒng)的角度容易解決。如催化裂化裝置有大量的低溫余熱，僅限于裝置本身內(nèi)幾乎是無法解決的。

系統(tǒng)優(yōu)化的弱點(diǎn)：

（1)優(yōu)化工作量大，所需時(shí)間長，不同的石化企業(yè)裝置配置不同、產(chǎn)品方案不同、平面布置不同等，沒有固定的模式。

（2）大范圍的系統(tǒng)優(yōu)化，帶來操作和控制的難度增加，生產(chǎn)靈活性降低，如開停工期間及不同步調(diào)節(jié)時(shí)；

(3)系統(tǒng)優(yōu)化的節(jié)能效果較為隱蔽。一臺(tái)2000萬kcal/h加熱爐的排煙溫度為300℃，每年多損失燃料1340噸，但如果一條100t/h的物流，從150℃冷卻到100℃，年損失可能達(dá)到2500噸標(biāo)油，該物流有效利用的節(jié)能效果不直接，所以這種損失往往不被人注意。

4.1總工藝流程中的優(yōu)化

節(jié)能原則(1)

生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品(2)

全局優(yōu)化，局部優(yōu)化服從于全局優(yōu)化(3)

應(yīng)有合適的評價(jià)體系，真實(shí)體現(xiàn)各能源價(jià)格(能耗費(fèi)用在石化加工費(fèi)中的比例分析)(4)

以降低費(fèi)用、節(jié)能為原則(每個(gè)企業(yè)位置不同、流程不同，采用的優(yōu)化方案不一致)(5)

提高裝置與系統(tǒng)規(guī)模(煉化一體化)(6)

打破傳統(tǒng)思想

確定優(yōu)化的全廠性節(jié)能路線圖；資源綜合優(yōu)化，宜烯則烯，宜芳則芳，宜油則油，否則容易增大加工流程和能耗；通過煉油與化工等周圍企業(yè)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)水、電、氣、熱等的一體化供應(yīng)與優(yōu)化，提高公用工程規(guī)模和供給效率；集中脫硫和溶劑再生；氫氣系統(tǒng)的優(yōu)化(制氫原料的優(yōu)化，盡可能使用化工等周圍企業(yè)的副產(chǎn)氫，低分氣等粗氫的回收利用，氫窄點(diǎn)分析)；生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品；各節(jié)能型裝置的工藝流程及相互之間的問題；燃料氣系統(tǒng)(脫硫、穩(wěn)定措施)。

4.2平面布置的節(jié)能

與化工等平面布置的協(xié)調(diào)，考慮與發(fā)展用地的協(xié)調(diào)；設(shè)置一般性或高度聯(lián)合裝置；按流程布置；循環(huán)水場布置在負(fù)荷中心位置；動(dòng)力站位置的設(shè)置；大型熱源與熱阱的配合。4.3熱集成4.3.1裝置換熱流程優(yōu)化

換熱流程優(yōu)化是降低裝置能耗的重要內(nèi)容。對復(fù)雜換熱網(wǎng)絡(luò)，國內(nèi)外廣泛采用的實(shí)用優(yōu)化方法是窄點(diǎn)技術(shù)。國外主要如KBC公司、Aspen公司等，應(yīng)用范圍很廣。國內(nèi)的窄點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用主要局限于常減壓裝置，達(dá)到了很好效果。存在的主要問題是，窄點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用的范圍還比較窄，催化裂化、延遲焦化等換熱流程不太復(fù)雜的裝置，均沒有使用，潛力較大。

有些裝置換熱流程設(shè)計(jì)與10年前幾乎相同，根本未考慮近二年能源價(jià)格大幅升高的影響，換熱流程是相當(dāng)落后的。具體表現(xiàn)在：（1）換熱網(wǎng)絡(luò)的熱回收溫差（窄點(diǎn)溫差）未經(jīng)過優(yōu)化，窄點(diǎn)溫差達(dá)到30℃以上，低壓換熱網(wǎng)絡(luò)平均傳熱溫差達(dá)到40~50℃甚至更高；（2）塔頂?shù)睦浠亓髁肯喈?dāng)大；（3）有條件設(shè)計(jì)分餾塔中間重沸器的未設(shè)置；（4）中段回流溫差未經(jīng)過優(yōu)化；（5）能產(chǎn)低壓蒸汽的熱量未充分回收，或產(chǎn)低溫?zé)崦剿虮焕鋮s掉。

(6)換熱流程的彈性較小。

(7)多股進(jìn)料時(shí)的混合問題。裝置換熱流程存在的問題

如JT煉油廠130萬t/a催化裂化裝置的進(jìn)料有4路：（1）冷焦化蠟油，60℃，30t/h；（2）熱減壓蠟油，160℃，30t/h；（3）冷蠟油,60℃，60t/h。（4）熱常渣，200℃，13t/h。前三路混合后為85℃，再經(jīng)柴油、一中、二中、循環(huán)油漿加熱到200℃后與第四路混合。

問題：該混合過程年浪費(fèi)能量多少噸標(biāo)油？4.3.2裝置之間

熱進(jìn)出料

熱進(jìn)出料的節(jié)能效果：上游、下游、罐區(qū)。熱進(jìn)出料熱聯(lián)合按溫度從低到高可劃分淺、中、深三個(gè)層次，熱聯(lián)合程度越深，節(jié)能效果越好，但裝置之間的相互影響也越大。兩個(gè)裝置之間不同熱聯(lián)合程度的節(jié)能效果。

從整體上看，石化企業(yè)裝置之間的熱進(jìn)出料存在較大的節(jié)能潛力。主要為：（1）許多裝置仍為冷出料；（2）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)熱進(jìn)出料的大部分熱聯(lián)合處于淺層次；（3）有些裝置的進(jìn)料為多條，部分為熱進(jìn)料，部分為冷進(jìn)料，直接混合后再進(jìn)一步升溫，這種混合部分抵消了熱進(jìn)料的節(jié)能效果。如某企業(yè)催化進(jìn)料為180℃的熱渣油與來自罐區(qū)的冷渣油和冷蠟油（均為90℃）卻直接混合，造成能級(jí)浪費(fèi)。裝置高溫物流之間的熱交換

這種熱交換不同于裝置的熱進(jìn)出料，一條或數(shù)條物流至另外塔、單元或裝置換熱后返回，屬于深層次的熱聯(lián)合。具有顯著的節(jié)能效果以及平衡蒸汽系統(tǒng)的作用。目前的應(yīng)用范圍還比較有限。催化裂化裝置循環(huán)油漿加熱初底油是國內(nèi)裝置之間常用的一種熱聯(lián)合流程，這在企業(yè)燃料氣不足，而動(dòng)力站由焦炭或煤作燃料產(chǎn)汽的情況下，經(jīng)濟(jì)效益顯著。隨著常減壓裝置換熱流程的深化，原油換后終溫達(dá)到了300℃，而催化裂化采用MIP工藝后，催化循環(huán)油漿的出分餾塔底溫度從過去的340~350℃降到320~330℃，如果仍然采用傳統(tǒng)的熱聯(lián)合流程，催化油漿可供初底油的熱量不多，節(jié)能效果較少。某企業(yè)正在實(shí)施的方案為，將催化重整的熱載體送至催化裂化裝置，由催化油漿加熱后返回作為重整裝置反應(yīng)和分餾的熱源。

ShellBulkCDU原油蒸餾技術(shù)將常壓蒸餾、加氫脫硫、減壓蒸餾和減粘裂化裝置進(jìn)行熱集成，總體能耗降低15%，設(shè)備減少50%，投資低30%。已設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)100多套。4.3.3分餾塔之間

熱聯(lián)合的分餾塔之間特指一個(gè)分餾塔的塔頂熱量供另一個(gè)塔重沸器使用。分餾塔的塔頂油氣熱量多，溫度低，大部分情況下被冷卻掉。如果通過分餾塔操作參數(shù)的變化，提高一個(gè)塔的溫度，使其塔頂溫度可以滿足另一個(gè)塔底重沸器熱源的需要。通過這種方式，可以提高能量的使用次數(shù)，有效降低能耗。某30萬t/a芳烴裝置分餾部分加壓流程的結(jié)果對比見下表

如果不采用加壓流程，苯塔、甲苯塔和二甲苯塔分別需要1.0Mpa,3.5Mpa，燃料氣約25t/h，20t/h，2807kg/h，采用加壓流程后，不僅投資略有降低，而且僅增加燃料消耗370kg/h，電270kW，就減少中壓、低壓蒸汽用量分別達(dá)20t/h，37t/h，每年的節(jié)能量達(dá)到31600噸標(biāo)油。

巴陵石化合成橡膠事業(yè)部對丁二烯精制系統(tǒng)進(jìn)行改造，丁二烯脫重塔塔釜溫度一般為50～70℃之間，而相鄰的環(huán)己烷脫重塔塔頂氣相溫度（78～85℃），熱量被冷卻掉。改造前脫重塔底重沸器用1.0MPa蒸汽作熱源。4.3.4加熱爐

加熱爐消耗大量的燃料，它的三個(gè)熱特性在熱聯(lián)合中有獨(dú)特的影響。（1）燃燒用空氣的溫度較低；（2）大多數(shù)情況下，被加熱物流的溫度并不高，一般不高于400℃

；（3）對流段有大量的過剩熱。

工藝物流低溫余熱預(yù)熱空氣在目前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，加熱爐效率一般可以達(dá)到90%~91%，大型加熱爐（如乙烯加熱爐）可以達(dá)到94%。并且對煉油廠加熱爐，受煙氣酸露點(diǎn)的限制，排煙溫度一般不低于150℃。因此，用常規(guī)辦法進(jìn)一步提高加熱爐效率已沒有可能。將工藝物流大量的低溫余熱加熱空氣，不僅有助于提高空氣預(yù)熱器的壁溫，降低或避免露點(diǎn)腐蝕問題，而且可以提高加熱爐效率，這對大型加熱爐以及在氣溫較低的地區(qū)是非常合適的。如對2000萬kcal/h的加熱爐，將空氣溫度由常溫提高到120℃，加熱爐效率將由目前的91%提高到95%。在某800萬t/a煉油廠的方案論證中，對燃料用量大的常減壓裝置、延遲焦化裝置和催化重整加熱爐，使用工藝物流預(yù)熱空氣的方案，可降全廠能耗0.8kgEo/t。工藝物流預(yù)熱加熱爐空氣從技術(shù)及工程上不存在問題，盡管在石化企業(yè)的應(yīng)用比較多，但還未發(fā)揮節(jié)能效果，具有較大的潛力，尤其是在新設(shè)計(jì)的大型加熱爐上。加熱爐對流段熱量的利用

從能量利用角度看，加熱爐對流段熱量產(chǎn)生蒸汽不是一個(gè)好的節(jié)能方案

，目前這種方案使用還比較多。對于一般的加熱爐，如果爐管材質(zhì)和管內(nèi)壓降要求不高，可由對流段提供一部分加熱介質(zhì)的熱量，剩余熱量預(yù)熱空氣。但對加氫類裝置進(jìn)料加熱爐、連續(xù)重整四合一反應(yīng)爐、制氫裝置轉(zhuǎn)化爐，需特殊處理。

一般加氫類裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐，有以下5種利用對流段熱量的方法。（a）

反應(yīng)進(jìn)料加熱爐對流室設(shè)置余熱鍋爐；（b）加熱裝置內(nèi)其他加熱爐的工藝介質(zhì)（一般為分餾塔進(jìn)料）；（c）

將反應(yīng)進(jìn)料加熱爐輻射室高溫?zé)煔庖胙b置內(nèi)其他加熱爐對流室；（d）對流室設(shè)置加熱反應(yīng)進(jìn)料的盤管（一般適合于加氫精制裝置）；（e）

采用高溫空氣預(yù)熱器除第5種方法外，其它均已在實(shí)際生產(chǎn)中使用。從全廠用能優(yōu)化角度，不推薦第1種方法，其它方法可視實(shí)際情況采用。

對于連續(xù)重整裝置，由于反應(yīng)爐為側(cè)燒爐，燃燒用空氣為自然通風(fēng)，所以對流段剩余大量熱量，目前的方法為設(shè)置余熱鍋爐產(chǎn)汽。建議方法，將對流段熱量一部分用于加熱其它需要加熱爐提供熱量的物流，剩余熱量預(yù)熱空氣，這時(shí)需把反應(yīng)爐的自然通風(fēng)改為強(qiáng)制通風(fēng)。從工程上和技術(shù)上看，沒有問題。對于制氫裝置應(yīng)采用連續(xù)重整反應(yīng)爐類似的方法，但由于制氫裝置內(nèi)無其它可加熱的高溫介質(zhì)，因此需引入其它裝置的物流進(jìn)行裝置之間的熱聯(lián)合，在利用一部分高溫?zé)崃亢?，剩余熱量盡量提高空氣預(yù)熱溫度，某大型制氫裝置的方案中，空氣預(yù)熱到550℃。

加熱爐與燃?xì)廨啓C(jī)的熱聯(lián)合石化企業(yè)大部分加熱爐加熱物料的溫度不高于400℃，直接用高等級(jí)的燃料加熱，能級(jí)損失非常大。而且許多企業(yè)加熱爐燃料為燃料氣，因此設(shè)置燃?xì)廨啓C(jī)是提高用能效率的一個(gè)有效辦法。由于燃?xì)廨啓C(jī)投資較大，該方法對加熱爐負(fù)荷大且燃料氣過剩的企業(yè)，是值得采用的方案。日本根岸煉油廠的常壓裝置就使用了該方案，目前國內(nèi)還無實(shí)例。在某燃?xì)廨啓C(jī)方案的論證方案中，多耗燃料量為4787kgEo/h，多發(fā)電23950kW，產(chǎn)1.0Mpa蒸汽23t/h。電價(jià)按0.45元/kWh，蒸汽價(jià)格按100元/t，則燃料氣價(jià)值相當(dāng)于2732元/t，考慮到有關(guān)可比成本，燃料氣價(jià)值也將提升2500元/t，如果當(dāng)煤一樣燒掉，價(jià)值最高不超過1200元/t。

三井油化公司浮島石化廠投資400億日元增設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)與裂解爐匹配，能耗從523kgEo/t乙烯降至452kgEo／t乙烯，相當(dāng)于每年節(jié)約3.93萬噸標(biāo)油。4.3.5

低溫余熱統(tǒng)一回收利用

低溫余熱回收利用時(shí)，應(yīng)首先鑒別哪些不是低溫余熱：（1）換熱流程不優(yōu)化造成的；（2）塔頂有大量冷回流或頂循返塔溫度過低的；（3）能產(chǎn)低壓蒸汽的熱量；（4）裝置之間熱進(jìn)出料后。低溫余熱的用途：（1）

作工藝裝置重沸器熱源，如氣體分餾裝置；（2）

預(yù)熱除鹽水；（3）

預(yù)熱加熱爐空氣；（4）

采暖與生活熱水；（5）

發(fā)電；（6）

制冷；（7）

作海水淡化的熱源；

(8)第二種吸收式熱泵。

作為一個(gè)整體時(shí)，低溫余熱回收利用的總投資為2600萬元。

夏季實(shí)際新增利用低溫?zé)崃繛?560萬kcal/h，冬季新增為3012萬kcal/h，全年折合平均節(jié)約1.0MPa蒸汽37.2t/h。該措施將減少凝結(jié)水37.2t/h，平均增加耗電300kW，平均增加除鹽水消耗7t/h，年凈效益為3350萬元（計(jì)算效益時(shí)，1.0MPa蒸汽價(jià)格按120元/t），降低全廠能耗2.05kgEo/t。

4.3.6蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)

蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化涉及兩大方面，一是自身的優(yōu)化，如鍋爐與汽機(jī)的高效運(yùn)行、加強(qiáng)計(jì)量與管理以減少跑冒滴漏、減少蒸汽管道散熱損失、與低溫?zé)嵯到y(tǒng)的有效熱集成減少蒸汽用量等；另一方面與生產(chǎn)裝置的熱聯(lián)合是降低蒸汽消耗、提高用能效率的重要內(nèi)容。蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)在國內(nèi)石化企業(yè)是具有最大節(jié)能潛力的方面。存在的主要問題：減溫減壓蒸汽量大；蒸汽不平衡導(dǎo)致的放空；蒸汽管網(wǎng)及等級(jí)設(shè)置不完善；與低溫?zé)崂煤凸に囇b置的熱聯(lián)合不完善；未實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化等。工藝裝置余熱盡量產(chǎn)生高等級(jí)用汽產(chǎn)生高等級(jí)蒸汽的原則從能量利用的角度，在溫度適合的情況下，工藝余熱應(yīng)盡量產(chǎn)生合適的高等級(jí)蒸汽。否則過程的不可逆性大，直接降低了回收熱量的質(zhì)量，不便于能級(jí)和蒸汽的使用。

u

(1)裝置大型化以后，應(yīng)產(chǎn)生高壓蒸汽。利用工藝裝置余熱發(fā)生高壓蒸汽有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，且已在國內(nèi)外石油化工行業(yè)得到了較廣泛的應(yīng)用。如國內(nèi)外大型合成氨裝置、乙烯裝置發(fā)生高壓蒸汽當(dāng)已為常，國外大型制氫裝置發(fā)生高壓蒸汽的工業(yè)應(yīng)用也較常見。u

(2)能產(chǎn)中壓的不產(chǎn)低壓u

(3)能產(chǎn)1.0MPa不產(chǎn)0.5MPau

(4)能產(chǎn)0.5MPa不產(chǎn)低溫?zé)崴咐袊吞m州石化分公司煉油廠3.0Mt/aRFCCU設(shè)有2臺(tái)CO余熱鍋爐，產(chǎn)生6.4MPa，425℃次高壓蒸汽，部分供裝置氣壓機(jī)和四機(jī)組使用，部分出裝置并入系統(tǒng)蒸汽管網(wǎng)，主風(fēng)機(jī)組由煙機(jī)-主風(fēng)機(jī)-汽輪機(jī)-電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組成。目前在滿足包括氣體分餾、雙脫在內(nèi)的全裝置用電后，還向外輸出電能900kW，節(jié)能效果明顯。每臺(tái)CO鍋爐的過熱蒸汽量為140~150t/h。總產(chǎn)量在200t/h以上。6.4MPa蒸汽至1.0MPa的汽耗為13kg/kWh，按200t/h蒸汽計(jì)，每小時(shí)多發(fā)電2885kW，年效益約700萬元。據(jù)對國內(nèi)某2.0Mt/a連續(xù)重整裝置“四合一”反應(yīng)爐、16萬m3/h制氫裝置轉(zhuǎn)化爐發(fā)生高壓蒸汽的方案進(jìn)行了研究。連續(xù)重整裝置、制氫裝置可分別產(chǎn)生10.0MPa蒸汽72t/h，166t/h,共238t/h（若產(chǎn)生3.5MPa蒸汽，分別為80t/h，184t/h,共264t/h），背壓至3.5MPa時(shí)，功率約11900kW。

工藝裝置盡量使用低等級(jí)蒸汽盡量使用低等級(jí)蒸汽的目的是為了實(shí)現(xiàn)能量的逐級(jí)利用。目前不少企業(yè)無0.3~0.5MPa蒸汽管網(wǎng)，或部分裝置產(chǎn)生該等級(jí)蒸汽但未連成局部管