炼化企业装置能耗分析方法研究进展

我国炼化企业能耗水平与国外先进水平差距较大,而炼化企业的装置能耗又是全厂能耗最重要的组成部分,因此对其进行有效的火用能水平分析以进行合理节能改造具有重要意义。为提供给石化企业装置火用能分析一定的参考,总结了几种主要的装置火用能分析方法的内容及特点,并提出了各方法的应用建议,提出将节能与经济效益相结合是未来火用能分析方法发展的方向。     

吸收制冷的热力学分析

通过热力学计算，从火用的角度对吸收制冷工艺进行了热力学分析，提出了节能方向，对吸收制冷进行了综合评价。     

火用的计算及应用

系统阐述了火用和火用计算的基本概念以及应用状态方程法（PR）进行火用计算的步骤和若干相关的技术细节，以“真空”为例对火用理论中较模糊的概念由低压造成的“负火用”作出理论和计算分析，认为它同低温火用一样，也是一种宝贵的火用源。运用“三环节”能流论的概念，对精馏塔的用火用过程拆分为塔体用火用和换热器用火用分析，得出了不同情况下精馏塔节能工作的着眼点需有所区别的结论；此外还对换热单元流程进行了细致的介绍，指出了换热设备的优化除了重视降低热火用损耗外，还需注意调节压火用的损耗以期达到进一步节能降耗的目的。     

水泥预分解窑煅烧系统的热力学分析

通过对山东鲁南水泥有限公司的水泥预分解窑煅烧系统的热力学分析,介绍了火用的概念和火用平衡分析法。分析认为,火用平衡分析法反映了能量的质量关系,提高能源利用率应该以提高用效率为基础。并对窑系统的各个子系统按照设定的条件分别编制了热平衡和火用平衡,进一步指明了降低整个过程的能耗、完善整个煅烧过程的方向。     

德士古煤气化工艺CO2排放分析

煤化工是高耗能高CO₂排放的工业,利用热力学分析方法对其工艺过程中能量利用情况进行分析,可以有效地发现工艺的能量利用缺陷和节能潜力,为过程的节能优化改造提供依据.目前热力学分析方法主要包括能量衡算法和(火用)分析法,本文在对传统热力学方法进行分析和评价的基础上,指出了已有方法的不足,提出了新的熵(火用)分析相结合的分析方法,并以德士古煤气化工艺为例,分别使用传统的能量衡算法、(火用)分析法和本文提出的熵(火用)结合分析法对工艺过程的能量利用情况进行了分析,获得了工艺过程中内各模块的能量、熵增和(火用)损分布.在此基础上,将(火用)损与工艺过程中CO₂排放量建立联系,经过计算得到了工艺过程中各个设备对应的CO₂排放分布和(火用)损系数,得出气化炉是工艺过程中主要的节能位置.这种能量与CO₂排放的关联能为工艺过程的节能减排提供理论依据.     

有效能及其计算

传统热平衡的方法不便于分析节能的经济效益。近年来,通过热机循环的讨论和熵的分析引出了既反映能的质量,又反映数量的热力学函数(火用)。即以下图的热机循环图可得:     

三元制冷系统分析

乙烯装置产品分离过程需要在低温下进行,为此需配置压缩制冷系统为深冷分离提供冷量。三元压缩制冷由于能提供温位连续的制冷曲线,与工艺物流降温曲线更好地匹配,相比传统的复叠制冷具有热力学效率高、制冷能耗低的特点。为了分析三元压缩制冷的节能潜力,本文对某乙烯装置的三元制冷系统进行了(火用)分析。从(火用)总复合曲线(EGCC)图的分析可以得出该系统三元冷剂配置是比较合理的,(火用)损失较小。将该制冷系统划分为换热器、压缩机、节流阀、闪蒸罐等子系统,并分别计算了各子系统的(火用)损失。三元制冷系统的(火用)损失总计为24238.1kW,90%(火用)损失集中在换热器和压缩机两个子系统。然后将(火用)损失分为可避免的和不可避免的(火用)损失两类,其中不可避免的(火用)损失为13539.9kW,可避免的(火用)损失为10698.2kW,最后指出节能重点应该放在降低可避免的(火用)损失。     

新型太阳能双喷射制冷系统的可用能效率分析

在特定工况下对新型的太阳能双喷射制冷系统进行了火用平衡分析,计算了火用效率、总火用损失及系统中各设备的火用损率和火用效率,探讨了发生器温度和蒸发温度对系统火用效率和火用损失的影响。结果表明,太阳能集热器的火用损最大,火用损率为91%,其次为气体喷射器,火用损率为5%。在其他条件一定时,系统存在一个最佳的发生器温度使系统的火用效率最高,总火用损失最小。当发生温度为75～120℃,蒸发温度为7～15℃,冷凝温度为35℃时,系统总能量效率为10%～18%,火用效率为0.3%～0.65%。     

回热器对双级压缩和复叠式压缩制冷系统影响的分析

为了研究回热器对双级压缩制冷系统和复叠式压缩制冷系统的影响,以R404A双级压缩制冷系统和R404A/R23复叠式压缩制冷系统为例,通过建立两种制冷系统的热力学模型和(火用)分析法,分析了回热器效率对压缩机排气温度、单位质量制冷量、制冷剂质量流量、系统制热能效比(COP)、系统总(火用)损、系统各部件(火用)损和系统(火用)效率的影响。结果表明,在双级压缩制冷系统中,当回热器效率ε 取0.1～0.9时,系统COP增大4.0%,系统的总(火用)损减少9.6%,而系统(火用)效率增大7.1%;在复叠式压缩制冷系统中,系统COP和系统(火用)效率随高温级回热器效率ε 增大而增大,随低温级回热器效率ε增大而减小,而系统总的(火用)损随高温级回热器效率ε 增大而减小,随低温级回热器效率ε 增大而增大。     

催化裂化余热锅炉系统火用分析

利用火用分析方法对催化裂化余热锅炉进行了综合火用效率分析,分析了余热锅炉系统在运行中的火用效率表达式;并且用此方法进行了实例计算与分析,得出了余热锅炉在实际运行中有效能利用情况,对余热锅炉火用效率的影响因素进行了定性分析,确定了火用损失的关键环节为排烟火用损失和温差传热火用损失;通过针对性的优化方案对余热锅炉进行改造,若使其排烟温度降至150℃时,余热锅炉系统火用效率将提高10.4%.