熱機、熱泵的位置(ppt)
熱機、熱泵的位置
熱機的位置：不能跨越窄點，應放于窄點
之上，或窄點之下；
熱泵的位置：應跨越窄點
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。
4．6 加熱爐在過程組合中的適宜布局
（1）加熱爐煙氣溫焓模型
傳統(tǒng)的過程設(shè)計中，加熱爐的設(shè)計僅僅是為了滿足工藝負荷的要求，在有剩余煙氣余熱的情況下用于空氣預熱和鍋爐給水預熱等。
加爐爐的傳熱一般分為輻射和對流兩段。 輻射段溫度驅(qū)動力不是設(shè)計需考慮的主要因素。而在對流段由于煙氣溫度要低得多，所以爐管傳熱面積可按煙氣和工藝物流間的溫差驅(qū)動力來確定。加熱爐的溫焓曲線可簡化為一條直線，煙氣可以恒定熱容流率（質(zhì)量流率與比熱容的乘積）表示，使之從理論火焰溫度冷卻至大氣溫度T0。雖然實際上達不到理論火焰溫度且煙氣熱容是溫度的函數(shù)，但為了說明問題方便，仍可以此溫度作為煙氣溫度溫焓線的參考起始點，并可以得到較為正確的結(jié)果，因為在對流段的較低溫度區(qū)間內(nèi)，煙氣的熱容隨溫度的變化很小。

將煙氣溫焓線和過程總綜合曲線畫在一起，就可以確定最小燃料耗量。這是在工藝過程設(shè)計和加熱爐設(shè)計之前就可以獲得目標燃料耗量的方法，即不需知道爐管根數(shù)、管徑及其出入爐溫度和其它參數(shù)。
（2）傳統(tǒng)的空氣預熱方法
習慣上總是認為增加空氣預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熱的煙氣線以實線表示，顯然空氣預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，當窄點溫差為50 ℃ 時是1300kW，窄點溫度為400 ℃ （煙氣窄點溫度為425 ℃ ，工藝冷流窄點溫度為375 ℃ ）。如不用空氣預熱則理論火焰溫度為1500 ℃ 。

如尾端煙氣在熱流窄點溫度下離開加熱爐時，所需燃料為：
燃料=Qhmin+(煙氣窄點溫度－T0)* 煙氣熱容流率
＝1790kW
然而，425 ℃ 的煙氣是足以用來預熱空氣的，設(shè)最小允許離開煙囪的煙氣溫度為200 ℃，則最高空氣預熱溫度是270 ℃ 。這時新的理論火焰溫度為1725 ℃ ，并可計算出新的燃料耗量：
燃料＝Ｑhmin+(200-T0)*煙氣熱容流率=1480kW
所以助燃空氣預熱可節(jié)省燃料17%。
以上是有傳統(tǒng)方法設(shè)計的優(yōu)化結(jié)果，煙氣流率和煙囪排棄溫度已經(jīng)是最低了，似乎沒有改進的余地了。
（3）用窄點技術(shù)考慮的空氣預熱
如果把工藝過程和加熱爐作為一個整體來考慮，預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)窄點金法則，引入冷物流只有當其溫度低于窄點時才是有效的，因為它增加了低于窄點部分的冷物流熱量從而有助于降低冷公用工程（如冷卻水）。同時窄點金法則也告訴我們：最大的空氣預熱溫度應該等于冷流的窄點溫度。如果空氣和燃料的預熱需要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+窄點溫差* Cp煙氣 (1)
如果燃料不預熱或沒有預熱到窄點溫度，則上式做如下修改：
燃料= Qhmin+窄點溫差* Cp煙氣+ Cp燃料*（TPC – T燃料） (1a)
TPH------熱物流窄點溫度
TPC------冷物流窄點溫度
T燃料------燃料溫度

以上述公式為前提的結(jié)果令人吃驚，因為當窄點溫差為0且燃料又完全預熱的話，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。即使窄點溫差在合理的范圍內(nèi)，且假定燃料不預熱，也可以算出很高的加熱爐效率。
用公式（1a）可以計算得出這時的燃料是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，空氣預熱溫度只能加熱到270 ℃ ，而冷流窄點溫度卻是375 ℃ 。通過上圖中總綜合曲線可以清楚看出：低于窄點溫度處尚有多余的工藝過程熱量可利用，就可把空氣預熱到375 ℃ ，燃料耗量降到1379kW,進一步降低了6%的燃料消耗。這時燃料耗量才真正降到最低值了。
應注意的是：加熱爐效率是不可能等于100%的，之所以出現(xiàn)前面的結(jié)果是因為：空氣預熱的一部分熱量是由工藝過程物流提供的。

4．7 易污垢換熱的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法
對待污垢的傳統(tǒng)設(shè)計方法很簡單，就是增大易導致結(jié)垢換熱器的傳熱面積。而發(fā)展的窄點技術(shù)中，則推薦相反的方法，減少易導致結(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個月后（裝置操作周期為12個月）達到最高峰后就平緩了。換1總傳熱系數(shù)是120W/m2.K，操作6個月后降至81W/m2.K。裝置的要求是：物流1和2的終溫并不嚴格，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)計方法，則換1需增加148M2的傳熱面積，且為確保裝置正常運轉(zhuǎn)，在換1增設(shè)旁路，流經(jīng)旁路的流量應隨換1結(jié)垢的嚴重逐步減少，直到6個月后把旁路關(guān)死。裝置能耗在運轉(zhuǎn)期間維持在1850kW。。


傳統(tǒng)設(shè)計法的缺點：
（1）增加面積的利用率低，投資沒有充分利用。另一個可能方案是在換1后增設(shè)一臺加熱器，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)計安全系數(shù)過大往往會進一步導致結(jié)垢。因為選用大富裕量換熱器或使用旁路時，通過換熱器的物流流速會降低，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，必須把換熱器切除負荷進行清洗，這時設(shè)備沒有被利用。
新方案及優(yōu)點
新方案：由于換熱網(wǎng)絡(luò)特有的靈敏性能，即在一個地方增加額外傳熱面積會促使該換熱器物流溫度變化而進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。計算結(jié)果表明：換3增加不大于103M2的面積完全可以補償換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)點是：加大換3換熱量后，換1負荷降低，換2負荷增大而使物流4的加熱器負荷下降，從而減少熱公用工程量15%。
新方案優(yōu)點如下：
（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）不會加速結(jié)垢；
（4）不存在清洗問題。
4．8 用于裝置改造
裝置改造有它的特殊性，與新設(shè)計有較大的不同。
（1）改造設(shè)計的窄點技術(shù)導則
工藝過程的物料平衡和能量平衡是換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計依據(jù)，而工藝參數(shù)的改變可以作為改進網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的輔助手段。操作參數(shù)的改變很多，如反應器的轉(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、進料汽化壓力等。根據(jù)窄點技術(shù)的金法則，可以總結(jié)以下技術(shù)導則：
（a）增加高于窄點溫度的熱流負荷；
（b）降低高于窄點溫度的冷流負荷；
（c）降低低于窄點溫度的熱流負荷；
（d）增加低于窄點溫度的冷流負荷。
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)計的目標途徑
  在新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，各溫段間的匹配基本是垂直匹配，相當于各臺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)進行改造是因為，一是許多物流跨越了窄點造成冷熱公用工程目標較大，另一個是有許多物流錯流換熱，造成傳熱面積較大。
長的曲線是新設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的各個不同傳熱面積與能量目標的關(guān)系，其中B點是優(yōu)化點。目前換熱網(wǎng)絡(luò)處于X點，即這時的能量目標比優(yōu)化點B大，而且傳熱面積也很大，即以X的傳熱面積應該達到A的能量目標。
裝置改造時，不可能廢棄已有的網(wǎng)絡(luò)，因此應該沿差小的曲線進行改造。即增加一定的傳熱面積，而使能量目標降低。
（3）改造設(shè)計步驟

（a）鑒別有無錯流匹配的換熱器存在；
（b）消除跨越窄點的換熱器；
（c）完成網(wǎng)絡(luò)，確定新?lián)Q熱器；
（d）網(wǎng)絡(luò)改進。

4．9 全廠性能量組合設(shè)計
某個裝置的優(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)越復雜越大，系統(tǒng)優(yōu)化的潛力就越大，因為這是優(yōu)化匹配的機會大大增加了。
同時對多個工藝裝置及輔助系統(tǒng)尤其是蒸汽動力系統(tǒng)應用總綜合曲線，進行系統(tǒng)優(yōu)化。
可以將準備進行系統(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。
日本三菱化學公司曾對其所屬工廠的7個裝置和系統(tǒng)，使用總綜合曲線的辦法，對擴能改造方案進行優(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120t/h的低壓蒸汽，而同時又可滿足加熱需求。

5. 能量平衡
5.1 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、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)能管理工作落到實處。

5．2 企業(yè)能量平衡的方法
均采用測試計算與統(tǒng)計計算相結(jié)合的方法。測試計算反映測試狀況下的能耗水平，而統(tǒng)計計算反映實際平均水平。
企業(yè)能量平衡是一項技術(shù)性強、涉及面廣、工作量很大的一項工作，工作周期較長，除了領(lǐng)導重視、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)進行能量平衡主要靠測試，必須以測為主，不能以計算代替測試。
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。因此在制定能量平衡工作大綱時，必須充分考慮可測量性的問題。對于重點設(shè)備、重點參數(shù)，要采取各種直接或間接的方法盡可能做到實測；而對于一般情況，測試大困難時，則采用根據(jù)日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行推算。尤其對重點參數(shù)，還應采用多種估算方法進行校核性結(jié)算，以提高數(shù)據(jù)的準確性、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行實測，應該選擇主要耗能設(shè)備進行實測，其它則只進行統(tǒng)計計算。


（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，應先從簡單設(shè)備和裝置開始，掌握原則，“練好兵”。
（3）正反結(jié)合，抓住重點
對設(shè)備的能量平衡測試原則上應同時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，應根據(jù)有關(guān)設(shè)備及其標準作出明確的規(guī)定。
在實際能量平衡測試中，對一般用能較少設(shè)備，可只進行正平衡測試。
（4）分批測試，統(tǒng)一計算
對于大型復雜的企業(yè)，在同一個時間對所有設(shè)備和裝置統(tǒng)一測試是不可能的，因此應對所有測試設(shè)備分類，按先易后難原則分批測試。但應特別注意的問題是：測試應選在正常生產(chǎn)運行，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行。而且整個企業(yè)的測試階段不宜拖得太長，以避免測試數(shù)據(jù)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)嚴重脫節(jié)的現(xiàn)象。
全企業(yè)能量平衡測試完成后，再進行數(shù)據(jù)整理，統(tǒng)一計算，以避免先后計算口徑的不一致。
5．3 能量平衡工作步驟
一般分為以下6個步驟。
（1）組織準備工作
開展培訓教育工作，建立企業(yè)能量平衡工作領(lǐng)導小組（全面組織、協(xié)調(diào)，合理安排生產(chǎn)，推進實施能量平衡結(jié)果后的成果實施）、工作小組（實施機構(gòu)）和有關(guān)專業(yè)測試小組，明確職責。
收集主要耗能設(shè)備的設(shè)計與運行技術(shù)參數(shù)、以及測試統(tǒng)計期（截止到能平結(jié)束，向前追溯一個整年度）的主要產(chǎn)品品種及數(shù)量、能源消耗量。
做好計量準備工作，配備、完善（校核）測試儀器，以及現(xiàn)場采樣點、測試點的準備。
（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，需要遵守的標準和原則，哪些設(shè)備與裝置是需要測試的，測試時間與進度（石化企業(yè)一般能量平衡測試要求在二個月內(nèi)完成），測試體系的劃分， 有關(guān)基準（基準溫度）、數(shù)據(jù)單位（包括絕壓、表壓）的統(tǒng)一、能量平衡采用的計算公式的確定。
人為地單獨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、測試項目、測點布置、數(shù)據(jù)采集、計算方法才能確定。計算方法需首先確定，是因為不同的計算方法需要的測試數(shù)據(jù)不同。


（3） 能量平衡測試實施
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現(xiàn)象）；
根據(jù)設(shè)備測試計算表，制作原始記錄表，包括測試時間、地點、環(huán)境狀態(tài)、設(shè)備名稱、型號、測點位置、測試儀表、采集次數(shù)、時間間隔、樣品編號、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，應統(tǒng)一指揮，分工負責，盡量保證測試開始、結(jié)束時間、數(shù)據(jù)記錄時間及間隔的統(tǒng)一。還必須保證測試記錄與現(xiàn)場分析相結(jié)合，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的不合理性，進行調(diào)整和補救測試。 (4) 能量平衡數(shù)據(jù)的整理與計算
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)計數(shù)據(jù)、引用數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應相互結(jié)合，保證能量平衡結(jié)果的準確可靠。有時靠某一單獨設(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)指標沒有可比性，故可根據(jù)實際情況，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，實際上起不到能量平衡的作用。
6.節(jié)能新技術(shù)、新設(shè)備
6.1 熱泵
6.2 燃氣輪機
6.3 低溫余熱的回收與利用
6.4 變頻調(diào)速
6.5 發(fā)生高壓蒸汽
6.6 運行中的節(jié)能問題
6．1 熱泵
吸收式熱泵有二種形式，第一種需要較高溫位的低溫熱，溫度約為（120~130 ℃ ），使更低溫位（20~50 ℃ ）的低溫熱溫度升高30℃左右，這種熱泵一般對煉油廠不合適。
第二種方式是不需較高溫位的低溫熱，僅耗少量的泵功，就可使70~90 ℃的低溫熱升高至150~200 ℃，這種方式一般稱為吸收式變熱器（absorption heat transformer)，應是在煉油廠非常實用的一種節(jié)能措施。
典型的單級吸收式變熱器如下圖所示。
C—冷凝器 G—發(fā)生器 E—蒸發(fā)器 A—吸收器
H1、H2—換熱器 P1、P2—液泵 V—節(jié)流閥
 

工作原理
制冷劑和吸收劑組成的工質(zhì)對作為運行工質(zhì)，其工作原理是：在發(fā)生器中，制冷劑工質(zhì)吸收溫度為T1（如70~100 ℃ ）的低溫熱QG，蒸發(fā)形成壓力較高的飽和蒸氣，蒸汽在換熱器H2中預冷降溫后，流入冷凝器C并在此冷凝，在環(huán)境溫度T0下向環(huán)境放出品位更低的熱量QC。冷凝后的液體由液泵P2升壓并經(jīng)H2吸熱形成壓力為p1,溫度為T1的過冷液，送入蒸發(fā)器E，并在這里吸收溫度為T1的低品位熱量QE而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的蒸氣流入吸收器A，而沒有蒸發(fā)的液體則經(jīng)節(jié)流閥V降壓重新流入發(fā)生器G，由發(fā)生器G流出的稀溶液由液泵P1升壓并經(jīng)換熱器H1預熱后打入吸收器A，并在這里吸收由蒸發(fā)器流過來的制冷劑蒸氣，由于吸收劑在吸收制冷劑蒸氣時發(fā)生放熱效應，因此在吸收器A中就放出品位較高的溫度為T2（如150~200 ℃ ）的熱量QA，吸收器A中的濃溶液則經(jīng)H1放熱，并與蒸發(fā)器來的流體匯合經(jīng)節(jié)流閥V降壓重新流入發(fā)生器G。這種循環(huán)方式的結(jié)果是僅耗費了很少的液泵泵功，就能將低品位的熱量QG+QE轉(zhuǎn)化成一部分接近環(huán)境溫度的熱量QC，和另一部分有用的中品位熱量QA。

進展與結(jié)果
目前，變熱器還處于研究階段，據(jù)報導德國已有樣機運行。國外研究最多的是含有TFE的工作流體，其中TFE-H20-E181溶液和TFE-Pyr溶液有較為滿意的效果。常規(guī)的吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對是氨水溶液和溴化鋰水溶液，但在變熱器中，若采用氨水溶液，由于溫度較高，易造成系統(tǒng)內(nèi)的壓力過高；若采用溴化鋰水溶液，則在流體經(jīng)換熱器H1時，易結(jié)晶而堵塞管路。
吸收式變熱器的性能系數(shù)為0.4左右，即可將100份的低品位熱量轉(zhuǎn)化為40份的中品位熱量。
燕化公司橡膠廠5000KW降膜吸收式熱泵，熱源溫度為90℃，熱泵產(chǎn)出熱水110℃。操作性能參數(shù)COP為0.45-0.48，供熱規(guī)模為6270kW時，總投資820萬元(2001年)。一般只有回收的余熱溫度高于60 ℃及可回收的熱負荷大于2000kW時才具有經(jīng)濟意義。

6．2 燃氣輪機
燃氣輪機的工作原理：壓氣機（壓縮機，在燃機的前部）連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮，壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃料，成為高溫燃氣進入透平中膨脹作功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉(zhuǎn)，加熱后的高溫燃氣作功能力顯著提高，因而透平在帶動壓氣機的同時，尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功。

壓比和溫比對效率的影響
壓氣機中空氣出口壓力與進口壓力之比稱為壓比π，燃燒室出口至透平進口的燃氣溫度稱為燃氣初溫t3,溫比τ為T3與大氣溫度T1的比值。
為了提高燃氣輪機效率，人們不斷地提高溫比，同時配合提高壓比。當前t3最高已達1200~1300℃，簡單循環(huán)（無回熱）的壓比達15~30，燃氣輪機效率最高的已達40%以上。

幾種循環(huán)方式供電效率的比較
石化工業(yè)應用方案
由于石化工業(yè)大部分的工藝加熱溫度在200~400℃，而燃氣輪機的排氣溫度在400~600℃，加之石化企業(yè)有大量的氣體燃料，是燃氣輪機理想的燃料，因此將燃氣輪機與工藝加熱爐結(jié)合起來，先利用高品位的熱量做功，再利用較高溫度的熱量供熱，就組成了一種典型的能量逐級系統(tǒng)，多耗燃料的供電效率在80%以上。一種燃氣輪機熱電聯(lián)供的基本方案見下圖：


應該說：大部分石化企業(yè)已應用了燃氣輪機
以天然氣為原料的合成氨廠，一座年產(chǎn)20萬噸、四座年產(chǎn)30萬噸的合成氨廠應用了燃氣輪機，大大降低了能耗。其中一個廠的設(shè)計能耗為688kg標油/噸氨。國內(nèi)其它合成氨廠的能耗在900 kg標油/噸氨左右。
乙烯裝置裂解爐與燃氣輪機聯(lián)合后，節(jié)能率15%。
在一個年產(chǎn)30萬噸合成氨廠，用一臺10MW燃氣輪機帶動合成氨所需高壓空氣的壓縮機，燃氣輪機排氣引至一段轉(zhuǎn)化爐中作燃燒用空氣，以減少轉(zhuǎn)化爐中的燃料耗量。這種方式，比空氣壓縮機用汽輪機來帶動使總的燃料消耗降低10%以上。
實際上，國內(nèi)大部分企業(yè)應該說，已經(jīng)應用了燃氣輪機，即煙機，只不過是分體罷了。

6．3 低溫余熱的回收與利用
石化工業(yè)有大量的低溫余熱（一般指熱源溫度在150C以下），低溫余熱回收和利用的好壞也標志著一個企業(yè)的用能水平，故它始終是困擾節(jié)能工作的一個問題。
6．3．1 低溫余熱的回收利用原則
（1）首先改進降低工藝用能，優(yōu)化工藝裝置換熱流程，盡量少產(chǎn)低溫余熱；
（2）低溫余熱的回收和利用必須經(jīng)濟合理、運行可靠。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：有些企業(yè)在確定低溫余熱利用方案時，低溫余熱的價格確定不合理；另外有時將回收利用的系統(tǒng)管道投資沒有考慮。這兩個方面均會導致不合理的方案產(chǎn)生。
（3）低溫余熱的利用應優(yōu)先考慮長周期運行的同級利用（低溫熱量直接代替了原使用的二次能源），如空氣預熱、除鹽水加熱、工藝裝置重沸器熱源、儲罐加熱，其次考慮全年中部分時間利用的同級利用，如采暖，最后才考慮升級利用，即熱泵、制冷、發(fā)電。
6．3．2 幾種低壓低溫余熱方式的節(jié)能效果
幾種低溫余熱利用方式的折能系數(shù)（定義為低溫熱利用所代替的一次能源量占低溫熱量的百分比）見下表：
目前國內(nèi)低溫熱擴容發(fā)電投用的企業(yè)有長嶺和錦西煉廠。
由節(jié)能技術(shù)中心組織的某廠350萬噸/年處理量的節(jié)能規(guī)劃中，低溫余熱在回收利用后，所剩無幾。共回收4100萬kcal/h,長年同級利用的有氣體分餾裝置重沸器熱源2000萬kcal/h,除鹽水800萬kcal/h,儲罐加熱320~400萬kcal/h,全年中部分時間用的為冬季采暖900萬kcal/h。

6．3．3 高壓低溫余熱的回收利用
前述的低溫余熱利用還僅是在低壓范圍內(nèi)。隨著油品質(zhì)量的進一步提高，加氫過程越來越多，產(chǎn)生的較高壓力的低溫余熱也越來越多，其高壓低溫余熱的回收和利用將是提高用能水平一個新的課題。
高壓低溫余熱一直沒有回收的原因主要有三個：
（1）是壓力高，換熱回收投資大；
（2）由于壓力高，認為運行安全性差。
（3）煉油廠普遍存在低壓低溫余熱過剩并難以回收利用的問題。
高壓低溫余熱的利用分析
最近對加氫裂化反應流出物采用水擴容發(fā)電的情況做了探討。仔細分析反應流出物余熱的特點，可以看出：盡管反應流出物壓力高，換熱回收投資大，但由于此股物流流量較大熱量集中，為回收熱量所需的管道投資相對較小，回收利用的總投資不一定大。如某0.8Mt/a加氫裂化裝置為全循環(huán)、冷高壓分離器流程，80℃以上反應流出物余熱量達15.8MW。而某新建4.0Mt/a大型加氫裂化裝置為全循環(huán)、熱高壓分離器流程，80℃以上的反應流出物余熱量達67.4MW。
從安全角度講：在回收反應流出物熱量的過程中，已經(jīng)投用了許多高壓換熱器、高低壓換熱器（如利用高壓分離器氣體熱量直接產(chǎn)生低壓蒸汽）和高壓空冷器，因此也不能認為用高低壓換熱器（在回收大量低溫余熱時，一般用水作介質(zhì)，壓力在0.5MPa以下，故使用高低壓換熱器）代替高壓空冷器就存在安全性的問題。
某加氫裂化反應流出物余熱發(fā)電的探討
選擇的基準價格數(shù)據(jù)為：電0.45元/kWh,除鹽水14元/t,冷卻水0.25元/t，1.0MPa蒸汽100元/t。
投資：以2002年投資概算價格為基準，新建加氫裂化裝置回收41MW低溫位余熱（下稱新建裝置動力回收）和已有裝置改造回收（下稱改造裝置動力回收）兩種方案的動力回收系統(tǒng)工程投資見下表。
效益分析
效益
發(fā)電3500kW,年效益1260萬元；換熱器代替高壓空冷器后，減少風機用電160kW,年效益57.6萬元。因此低溫余熱發(fā)電的年總效益為1317.6萬元。
低溫余熱電站的有關(guān)消耗及費用如下：
冷卻水3340t/h,年費用660萬元；
電站自耗電（包括熱水泵）200kW,年費用72萬元；
熱水補充用除鹽水2.5t/h,年費用28萬元；
消耗1.0MPa蒸汽0.5t/h,年費用40萬元。
上述4項相加，年總費用800萬元。
投資回收期： 低溫發(fā)電的年凈效益為517.6萬元，新建和改造裝置動力回收方案的簡單投資回收期分別為3.6，4.4年。這兩種情況下的回收期均在一般可接受的5年以內(nèi)，說明采用動力回收方式是經(jīng)濟可行的。另一方面也說明，新建裝置動力回收方案更合理，投資回收期比改造裝置動力回收短0.78年。
節(jié)能效果： 發(fā)電3500kW并減少風機用電160kW,節(jié)能量為1098kg標油/h,各種消耗折一次能源量為438kg標油/h,此方案凈節(jié)能量為660kg標油/h，每年節(jié)約標準燃料油5280噸，節(jié)能效果也是非常顯著的。

不同地區(qū)的影響
對不同地區(qū)不同煉油廠來說，所建低溫余熱電站的投資變化不大，但有時效益差別比較大，這是由煉油廠不同的公用工程價格所引起的。
以南方某煉油廠的價格為例進行分析。有關(guān)價格為：電0.62元/kWh,除鹽水8元/t,冷卻水0.34元/t，1.0MPa蒸汽80元/t。
按此價格計算的年總效益為1815萬元，年總費用為1056萬元，年總凈效益為759萬元。新建和改造裝置動力回收方案的簡單投資回收期分別縮短到2.47，3.0年。效益好回收期短的主要原因是電價較高，說明在電價較高的地區(qū)，動力回收反應流出物余熱的方法更加合理有效。
總體來說，南方地區(qū)電價較高，而水資源豐富，水價較低，動力回收反應流出物余熱的方法更加經(jīng)濟合理。

6．4 調(diào)速
目前高壓變頻調(diào)速的技術(shù)國內(nèi)也比較成熟，投資也大幅下降，300~1000kW的單價在1300~1500元/kW,若功率在2000kW以上,單價可降至1000元/kW。
應避免的一個問題是：調(diào)速并不意味著變頻一種方式，對于長期低負荷運轉(zhuǎn)的泵，可采用直接切削葉輪的辦法。
另外是在論證調(diào)速方式時，特別注意在泵的總揚程中，若管路壓降和閥門壓降戰(zhàn)占的成分越大，調(diào)速節(jié)電的效果越好，否則效果不好。
6．5 發(fā)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)濟效益，且已在國內(nèi)外石油化工行業(yè)得到了較廣泛的應用。如國內(nèi)外大型合成氨裝置、乙烯裝置發(fā)生高壓蒸汽當已為常，國外大型制氫裝置發(fā)生高壓蒸汽的工業(yè)應用也較常見，日本一些煉油廠催化裂化裝置也產(chǎn)生8.0MPa的高壓蒸汽（直接背壓到1.0MPa）。
但長期以來, 國內(nèi)煉油行業(yè)一直未能在工藝余熱發(fā)生高壓蒸汽方面有所突破,主要原因有兩條,一是擔心高壓易造成泄漏,二是裝置規(guī)模小,效益優(yōu)勢不夠明顯。
某工業(yè)方案論證
據(jù)對國內(nèi)某2.0Mt/a 連續(xù)重整裝置“四合一”反應爐、16萬m3/h制氫裝置轉(zhuǎn)化爐發(fā)生高壓蒸汽的方案進行了研究。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，功率約11900kW
重整裝置和制氫裝置發(fā)生高壓蒸汽且采用背壓發(fā)電方案，與發(fā)生中壓蒸汽方案相比，增加的投資如下：
重整反應爐及產(chǎn)汽設(shè)備投資增加3600萬元；
制氫裝置轉(zhuǎn)化爐及產(chǎn)汽設(shè)備投資增加2340萬元；
12000kW背壓發(fā)電設(shè)備投資1000萬元。
總投資共增加6940萬元。
節(jié)能及效益
產(chǎn)生高壓蒸汽背電發(fā)電11900kW,按電價0.52元/kWh計算,年效益5198萬元。背壓發(fā)電后，與產(chǎn)生中壓蒸汽相比，減少中壓蒸汽產(chǎn)汽量18t/h,年費用1512萬元。故產(chǎn)生高壓蒸汽的年凈效益為3686萬元，投資回收期為1.9年，遠低于煉油廠改擴建項目的回收期，投資效益是非常好的。
重整裝置發(fā)生高壓蒸汽后，發(fā)電3600kW,減少中壓蒸汽產(chǎn)汽量6t/h,年節(jié)能4117噸標油，降低裝置能耗2.1kg標油/t。由于“四合一”反應爐對流室煙氣溫度沒有制氫裝置高，投資效益沒有制氫裝置高。
制氫裝置發(fā)生高壓蒸汽后，發(fā)電8300kW, 減少中壓蒸汽產(chǎn)汽量12t/h,年節(jié)能10846噸標油，降低裝置能耗98kg標油/t。
應該說：國內(nèi)大部分催化裂化裝置均可產(chǎn)生高壓蒸汽，特別是隨著摻煉渣油量的增大，再生器過剩熱量大大增加，發(fā)生高壓蒸汽的條件充分具備，效益很好。
6．6 運行中的節(jié)能問題
運行中的節(jié)能比比皆是，以下舉幾例說明：
（1） 按設(shè)計參數(shù)發(fā)生中壓蒸汽
一般中壓蒸汽設(shè)計產(chǎn)汽的最高壓力為4.0MPa,最高溫度為450C，有些企業(yè)實際運行中，中壓蒸汽的參數(shù)降到了3.0MPa,390C，這會明顯造成的能量浪費，從下表的對比可以看出：如果入口參數(shù)從3.6MPa,435℃降到3.1MPa,390℃，發(fā)電汽耗將上升20.5%，即每噸汽少發(fā)電3.3kWh，對于30t/h的蒸汽量，每年少發(fā)電80萬度。


（2） 凝汽機的凝汽溫度不能超出經(jīng)濟合理的范圍；
（3） 提高FCC反應再生壓力,煙氣盡量全部進煙機；
（4） 需進行保溫的油品儲罐，油品出裝置溫度盡可能控制在高的范圍 內(nèi)，減少保溫用汽；
（5） 保證循環(huán)水進出裝置的溫差；
（6）保證加熱爐的過?？諝庀禂?shù)在控制范圍內(nèi)；
（7）根據(jù)季節(jié)變化，適時調(diào)整空冷風機的開停、油罐保溫蒸汽及管道伴熱；
（8） 優(yōu)化中段回流取熱，在經(jīng)濟的前提下，盡可能取出高溫位的熱量；
（9） 汽提蒸汽、防焦蒸汽保持在優(yōu)化用量。

如有不妥，請多指正！
謝謝大家！

熱機、熱泵的位置(ppt)