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换热网络集成说明 一．概述 目前，换热网络集成主要有三种方法：试探法，夹点技术，数学规划法。其中，夹点技术以其使用简单，直观和灵活的优点被广泛的使用。但夹点技术也有其缺点，夹点在应用中的主要缺陷有两点：过于注重能量的节省，而在设备和经济上的考虑略显不足；有些夹点匹配技术（如利用分流技术来匹配物流）在工艺的难以实现。 本项目换热网络集成以夹点为基础，综合考虑多方面因素，寻找合适于本工艺的换热网络。为了减少公用工程的消耗，实现节能降耗和降低运行成本，在初步设计阶段，利用Aspen HX-net模块进行计算机辅助换热网络的集成和优化，由于本项目属于新建项目，运行成本将是一个重要的考核参数，其中公用工程的能耗是重点之一，同时考虑工艺需要和实际条件，找到设备投资与运行费用的平衡点达到经济利益的最优化。 根据本项目的工艺特点将整个生产过程分成三个工段：MTO反应工段、预分离及催化裂化工段、深冷分离工段。但综合考虑车间工段间的距离等因素，在进行换热网络集成时，分成四个工段：MTO反应工段、预分离工段、催化裂化工段、深冷分离工段，先分工段进行夹点匹配、优化匹配，最后对全全流程的换热网络、公用工程进行整合与调优，达到能量的综合匹配与有效利用。 二．换热网络集成 分工段换热网络集成 （1）MTO反应工段 ①物流信息提取 Aspen plus流程模拟提示“no error and warning”，通过Aspen HX-Net的自动导入功能对换热物流信息进行提取，手动检查物流信息，将提取有差异的信息输入至换热网络中，并补加部分物流，选择公用工程的类型及温度。MTO反应工段物流提取信息见表5-1所示，热量回收及公用工程信息见表5-2所示。 表5-1 MTO反应工段物流提取信息 物流名称 类型 入口温度（℃） 出口温度（℃） 热容流率(kJ/℃·h) 焓值（kJ/h） 流量 （kg/ h） MTO入口 ↑ 25.0 53.0 1.782×106 7.257×108 4.708×105 53.0 120.0 1.011×107 MTO出口急冷塔入口 ↓ 400.0 20.0 5.137×106 1.082×109 4.708×105 再生空气 ↑ 20.0 140.0 8898 1.068×106 8775 再生塔出口 ↓ 699.0 40.0 1.029×104 6.472×106 9490 注：物流发生相变时出现分段，各段的物流密度由物流性质决定。 表5-2 MTO反应工段热量回收及公用工程信息 物流名称 类型 入口温度（℃） 出口温度（℃） 费用(cost/kJ) 目标负荷（kJ/h） 目标流量 （kg/ h） 废热锅炉换热 ↑ 20.00 150.0 2.125×107 3.318×108 610193.57 三元重冷剂 ↑ -10.00 0.000 2.739×106 2.991×107 747663.29 ②能量分析 设定最小传热温差为10℃，利用Aspen HX-net对能量进行分析，温焓图如图5-1所示，总组合曲线如图5-2所示。 图5-1 MTO反应工段温焓图 图5-2 MTO反应工段总组合曲线 通过软件计算得到，系统的公用工程夹点温度为35-25℃，所需热公用工程用量为：7.268×108 KJ/h，冷公用工程用量为1.0888×109 KJ/h。 ③物流匹配 本工段MTO出口急冷塔入口的物流由于工艺需要，需要快速冷却，不适合长距离换热，所以先进入废热锅炉换热，再预热MTO入口原料，最后用三元重冷剂冷却到适宜温度，同时换热网络集成考虑了再生空气的换热，以及再生塔出口高温空气的余热回收。综合考虑工艺可行性、匹配原则、热量回收等原则，设计出MTO反应工段换热网络，如图5-3所示。 图5-3 MTO反应工段换热网络 （2）预分离工段 ①物流提取 Aspen plus流程模拟提示“no error and warning”，通过Aspen HX-Net的自动导入功能对换热物流信息进行提取，手动检查物流信息，将提取有差异的信息输入至换热网络中，并补加部分物流，选择公用工程的类型及温度。预分离工段物流提取信息见表5-3所示，能量回收及公用工程信息见表5-4所示。 表5-3 预分离工段物流提取信息 物流名称 类型 入口温度（℃） 出口温度（℃） 热容流率(kJ/℃·h) 焓值（kJ/h） 流量 （kg/ h） 压缩后干燥前 ↓ 103.0 40.0 2.684×105 1.691×107 1.320×105 一级压缩后 ↓ 42.8 40.0 3.081×105 8.776×105 1.896×105 二级压缩后 ↓ 98.9 50.0 5.233×105 2.553×107 2.927×105 三级压缩后 ↓ 1