1、,煉化企業(yè)用能分析與能量綜合優(yōu)化,胡鵬飛 2010.5.14,煉化工業(yè)屬能量密集型行業(yè) 典型煉化過程構(gòu)成 單元操作過程與設(shè)備 三傳一反,質(zhì)量傳遞 熱量傳遞 動量傳遞（流體流動） 化學(xué)反應(yīng),概述,用能分析 綜合優(yōu)化 是研究改進(jìn)任何工藝過程用能的兩個階段 用能分析(現(xiàn)狀或設(shè)計方案) 則是綜合優(yōu)化的基礎(chǔ)、出發(fā)點和前提 綜合優(yōu)化是使整個系統(tǒng)用能趨于優(yōu)化（新設(shè)計或者現(xiàn)有系統(tǒng)改進(jìn))，是目的,概述,收集、確定初始化工過程工藝流程、物料平衡及工藝操作參數(shù)； 借助流程模擬軟件PRO/II、Aspen plus等對關(guān)鍵工藝進(jìn)行模擬計算并進(jìn)行初始流程的能量分析； 用能現(xiàn)狀分析（火用分析）與評價，指出過程用能瓶頸以及

2、改進(jìn)的方向及潛力； 基于能量系統(tǒng)三環(huán)節(jié)劃分，提出各環(huán)節(jié)用能改進(jìn)措施，以及能量匹配、集成方案。,研究思路,火用，是在一定的環(huán)境狀況下系統(tǒng)能對外所作的最大有用功，它將能量的“質(zhì)”與“量”二者有機地結(jié)合起來，真正體現(xiàn)了熱力學(xué)體系中能量的真正價值。 火用的定義式：Ex = (H H0 )T0 (S S0) 火無的定義式：An =T0 (S S0),能量和火用,火用和火無,能量、火用、火無的關(guān)系： E = (H H0 ) = Ex + An 由于環(huán)境和熵函數(shù)的存在，能量中只有一部分（火用）是可以無限轉(zhuǎn)換的和可以推動過程進(jìn)行的；另一部分（火無）只能表現(xiàn)為同環(huán)境交換的熱量。,過程熱力學(xué)分析,過程熱力學(xué)分析主

3、要涉及： 能量分析（熱力學(xué)第一定律分析） 火用分析（熱力學(xué)第二定律分析） 火用經(jīng)濟分析 環(huán)境火用經(jīng)濟分析,能量分析法以熱力學(xué)第一定律為指導(dǎo)，從能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量來評價過程和裝置在能量利用上的完善性。 評價指標(biāo)：第一定律效率即熱效率 特點：具有簡單、直觀、物理意義明了及 易被掌握 不足：能量平衡法不能反映用能過程不可逆性引起的能量貶值，對節(jié)能的指導(dǎo)僅處于堵塞跑冒滴漏等初級水平,能量分析法,火用分析則是能量平衡分析的進(jìn)一步深化，即在能量核查基礎(chǔ)上，在進(jìn)行能量平衡計算的同時，進(jìn)行火用平衡計算，以及過程的火用分析評價，以正確反映過程的用能狀況。 火用分析法主要評價指標(biāo)： 火用效率 火用損耗Dk 火用分析追

4、求的目標(biāo)： 過程火用損最小化，即min Dk,火用分析法,火用分析法,火用經(jīng)濟分析,火用經(jīng)濟分析優(yōu)化：以經(jīng)濟效益為目標(biāo)，進(jìn)行單元、子系統(tǒng)、系統(tǒng)全局等多層次的協(xié)同優(yōu)化,過程用能分析目的： 了解過程用能極限（理想過程）； 發(fā)現(xiàn)用能存在問題； 揭示問題的根源； 指出用能改進(jìn)的方向,“三環(huán)節(jié)”模型,“三環(huán)節(jié)”模型,“三環(huán)節(jié)”模型,能量回收環(huán)節(jié),能量利用環(huán)節(jié),能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),“三環(huán)節(jié)”模型,“三環(huán)節(jié)”模型,定量追蹤能量降質(zhì)過程 顯示用能狀況全貌和局部關(guān)系 幫助了解用能改進(jìn)的潛力與方向 構(gòu)成綜合優(yōu)化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),“三環(huán)節(jié)模型”是適用于任何復(fù)雜過程系統(tǒng)的嚴(yán)格、定量的能量結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，為過程熱力學(xué)分析和系統(tǒng)全局

5、的分解協(xié)調(diào)優(yōu)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。,“三環(huán)節(jié)”模型,基于用能分析結(jié)果，對過程系統(tǒng)三個環(huán)節(jié)的用能狀況進(jìn)行綜合評價，找出火用損大的、用能不合理的單元或子系統(tǒng)作重點分析改進(jìn)，分析潛力，并提出改進(jìn)的方向，以及具體的用能改進(jìn)措施。,過程用能評價,以某煉化廠1#常減壓裝置為例針對三環(huán)節(jié)中的能量回收利用環(huán)節(jié)進(jìn)行能量優(yōu)化改進(jìn),應(yīng)用實例,裝置處理量：300 wt/a 煉含酸油 裝置能耗：9.2 kgEO/t 原料：加工阿曼等進(jìn)口原油為主 產(chǎn)品：重整料、汽油、航空煤油、瀝青原料 流程簡介： 原油從罐區(qū)分三路換熱到115 進(jìn)入電脫鹽，然后分三路換熱至225 進(jìn)入初餾塔，初底油分兩路換熱后至常壓爐加熱至360 進(jìn)入常壓

6、塔第4層，依次分出4個側(cè)線。常底油經(jīng)減壓爐進(jìn)入減壓塔，分出4個側(cè)線。,裝置簡介：,應(yīng)用實例,現(xiàn)有用能分析和評價：,(1)分餾塔取熱不甚合理，尚有優(yōu)化潛力。 (2)裝置設(shè)計管線偏小，導(dǎo)致原油換熱過程壓力 降大，大處理時需開接力泵，電耗高。 (3)常二線等物流用于產(chǎn)低低壓蒸汽（全廠過剩），可調(diào)整為用于提高原油換熱終溫。 (4)低低壓蒸汽抽真空，蒸汽耗量大，抽真空能耗高。,應(yīng)用實例,夾點分析：,應(yīng)用實例,主要用能改進(jìn)措施：,初、常頂油氣提壓操作改成常壓操作。 0.4 MPa蒸汽抽真空改用1.0 MPa蒸汽抽真 空，蒸汽用量節(jié)約20%，有效降低抽真空能耗。 原油換熱網(wǎng)絡(luò)流程改進(jìn)： （1）增設(shè)初頂循、初

7、頂油氣與原油換熱； （2）取消常三線與脫后原油換熱，改用常三線與 拔頭油換熱； （3）增設(shè)減二線與脫后原油換熱； （4）取消減五線與拔頭油換熱；增設(shè)減二中與拔頭油換熱。,應(yīng)用實例,(1)改進(jìn)前后蒸汽產(chǎn)耗變化: 現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)0.4 MPa蒸汽9.3 t/h,改進(jìn)后減少0.9 t/h,產(chǎn)0.4 MPa蒸汽8.4 t/h。 (2)改進(jìn)后低溫?zé)釘?shù)據(jù)： 通過對現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)調(diào)整改進(jìn)，本裝置常頂油氣等物流可回收低溫余熱約831104 kcal/h。,裝置改進(jìn)前后：,應(yīng)用實例,（3）改進(jìn)前后能耗變化： 本裝置能量系統(tǒng)優(yōu)化改造后，少發(fā)蒸汽0.4 MPa蒸汽約0.9 t/h，降低初頂循和初頂油氣冷卻負(fù)荷，約減少循環(huán)水約200 t/h，提高原油換熱終溫至286 ，降低加熱爐負(fù)荷131104 kcal/h。裝置能耗由10.51 kgEO/t降為10.06 kgEO/t。,應(yīng)用實例,過程能量結(jié)構(gòu)的揭示使得能夠按照能量的演變過 程來分析和評價過程系統(tǒng)用能的合理性，提出切實的用能改進(jìn)措施 三環(huán)節(jié)能量與火用分析模型的建立為復(fù)雜過程系統(tǒng)能量綜合優(yōu)化提供了可靠的理論基礎(chǔ)，利用三環(huán)節(jié)模型框架，可更好地結(jié)合局部優(yōu)化的技術(shù)方法，如夾點技術(shù)，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)等，以簡化復(fù)雜過程系統(tǒng)的優(yōu)化，得到局部至全局的優(yōu)化用能方案,小結(jié),過程系統(tǒng)能量流結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)