熱能動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)及其系統(tǒng)優(yōu)化探討

陳東偉 祁海祥 趙顯達(dá)

摘要：就當(dāng)前來講，熱力系統(tǒng)方面對(duì)于污染問題依舊沿用的是“治理為主”的方式。此種方式屬于事后控制，是在污染產(chǎn)生后的一種補(bǔ)救措施，防治效率是比較低的。在工業(yè)污染問題日漸突出的現(xiàn)在，此種治污模式很顯然已經(jīng)不適應(yīng)時(shí)代的要求。出于環(huán)保和高效的考慮，有必要對(duì)當(dāng)下的熱能動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化。本文在對(duì)多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和熱能動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，探討了熱能動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：熱能動(dòng)力系統(tǒng)；多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TK11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）05—159—02

前言

在科技持續(xù)進(jìn)步的同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)也得到了大發(fā)展。以往生產(chǎn)中的熱系統(tǒng)往往是獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)于此種系統(tǒng)來講，組分配比是需要格外重視的問題。此種模式的弊端在于能耗高、污染嚴(yán)重，與當(dāng)今的環(huán)保節(jié)能理念相違背。因此，為了促進(jìn)工業(yè)的健康發(fā)展，有必要開發(fā)新的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品聯(lián)合與能源互補(bǔ)。多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可結(jié)合生產(chǎn)流程與動(dòng)力系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)能夠在完成生產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)行供電發(fā)熱，對(duì)于提高能源利用率具有重要意義。

1多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)分析

1.1集成理論

通過“階梯法”實(shí)現(xiàn)綜合能與化學(xué)能的有效利用，并對(duì)CO₂一體化進(jìn)行控制，就是該系統(tǒng)的原理，也是其理論支撐。（1）物理、化學(xué)能的利用。以往應(yīng)用的熱力循環(huán)系統(tǒng)以卡諾定理為基礎(chǔ)，側(cè)重于燃料品味向熱能品味的轉(zhuǎn)化，忽視了化學(xué)能的合理利用。對(duì)于這種情況，相關(guān)專家和資深學(xué)者在慎重分析、仔細(xì)研究后，提出了一種新的集成機(jī)理，即化學(xué)能可控轉(zhuǎn)換聯(lián)產(chǎn)，明確了組成轉(zhuǎn)化與動(dòng)力能量轉(zhuǎn)化之間存在相互作用、二者能夠?qū)崿F(xiàn)相互整合、階梯能量共用是可行的。（2）CO₂控制一體化。以往采用的熱力系統(tǒng)基本上都是以治理為主，也就是在污染發(fā)生后再采取行動(dòng)。此種處理方式會(huì)造成不必要的能量浪費(fèi)，且除污效果也經(jīng)常達(dá)不到預(yù)期，存在很大的弊端。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，現(xiàn)實(shí)中可考慮以能量轉(zhuǎn)化的方式降低能耗。對(duì)CO₂進(jìn)行一體化控制，能夠通過將CO₂能耗分離與能量利用的有效結(jié)合，起到兩方面的積極作用：①使能量被更充分的利用。②減少CO₂排量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。此種分離理念與傳統(tǒng)思想存在很大差異，不僅促進(jìn)了聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的創(chuàng)新，還使得CO₂排量過多問題得到了緩解。但其最大優(yōu)點(diǎn)還是在于能夠從CO₂中分離出清潔燃料，有助于資源的充分利用。

1.2系統(tǒng)類型

該系統(tǒng)囊括的過程有很多個(gè)，但不同進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)方式是存在差別的。也正是因?yàn)槿绱?，該系統(tǒng)的類型與分類方式均比較多。當(dāng)前，對(duì)其的分類中，比較常用的分類依據(jù)為流程結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)特征。以此為據(jù)，可將該系統(tǒng)分為下述幾個(gè)種類：（1）并聯(lián)系統(tǒng)。并聯(lián)系統(tǒng)實(shí)際上包括簡(jiǎn)單并聯(lián)與綜合并聯(lián)兩種。其中，前者能夠借助并聯(lián)結(jié)合動(dòng)力系統(tǒng)與化工流程，較為獨(dú)立，對(duì)原有結(jié)構(gòu)的保留程度較高，故經(jīng)常用于循環(huán)流程，通常以合成氣為原料，在能源節(jié)約方面具有顯著優(yōu)勢(shì)；后者是在前者的基礎(chǔ)上改進(jìn)和發(fā)展而來的，能量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，生產(chǎn)耗能可由對(duì)口熱能供給，但熱能需求的滿足需要進(jìn)行廢氣回收，故此種系統(tǒng)具有較好的節(jié)能效果，可顯著降低能耗。（2）串聯(lián)系統(tǒng)。與并聯(lián)系統(tǒng)一樣，此種系統(tǒng)也同樣分為簡(jiǎn)單串聯(lián)與綜合串聯(lián)兩種。前者能夠借助串聯(lián)結(jié)合生產(chǎn)系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)，二者的組合方式為上、下串聯(lián)，無需合成氣，可有效防止耗能過高的情況出現(xiàn)，具有不錯(cuò)的節(jié)能效果；后者由前者優(yōu)化而來，可將組分轉(zhuǎn)化與能量轉(zhuǎn)化有效結(jié)合起來，有助于降低合成氣的不必要消耗、提高能量轉(zhuǎn)化的效率，在節(jié)能方面表現(xiàn)十分出色。（3）串并聯(lián)聯(lián)合系統(tǒng)。此種系統(tǒng)是上述兩種系統(tǒng)的結(jié)合形式，屬于新型系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將上述兩種系統(tǒng)各自的優(yōu)勢(shì)綜合起來，因而也就具有更明顯的優(yōu)越性。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：①能源轉(zhuǎn)化效率高。②化工與動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)合更充分和緊密。③負(fù)荷承擔(dān)能力更強(qiáng)。此種系統(tǒng)集合了上述兩種系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用中無論是節(jié)能表現(xiàn)，還是效率表現(xiàn)，都會(huì)更杰出。此種系統(tǒng)的不足在于靈活度不太高、不太穩(wěn)定，但整體來講，這些不足產(chǎn)生的影響并不算太大。2熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化

熱能動(dòng)力系統(tǒng)是煉油廠的必要設(shè)備，應(yīng)用在生產(chǎn)中能夠起到供給所需動(dòng)力的作用。由于該系統(tǒng)的熱量源于蒸汽，在原油冶煉中，此種系統(tǒng)經(jīng)常被叫做“蒸汽系統(tǒng)”。借助熱能系統(tǒng)，可對(duì)能量進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換和高效傳輸。得益于此項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)在石化工業(yè)領(lǐng)域有著較高的應(yīng)用價(jià)值，也為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展做出過巨大貢獻(xiàn)。但在新時(shí)期的發(fā)展中，此種系統(tǒng)已經(jīng)開始顯現(xiàn)出一些不足，對(duì)其的完善和改進(jìn)很有必要。

2.1制約因素

我國石油總儲(chǔ)量大，再加上對(duì)其的開發(fā)一直備受重視，煉油廠數(shù)量比較多。但在以往的發(fā)展中，由于技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素的影響，這些企業(yè)使用的蒸汽機(jī)大多能耗比較高。在國家和政府大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的當(dāng)前，蒸汽系統(tǒng)亟待改革。該系統(tǒng)的改革關(guān)乎企業(yè)利益，需要以現(xiàn)代化技術(shù)為支撐，以低耗、高效為目標(biāo)。但現(xiàn)實(shí)中，該系統(tǒng)的優(yōu)化依舊受制于一些因素，其中包括：①現(xiàn)有系統(tǒng)的特點(diǎn)是用戶分散、壓力使用等級(jí)各不相同、燃料來源渠道廣，因此，影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的因素比較多。在這樣的情況下，生產(chǎn)流程本就較為復(fù)雜，再加上動(dòng)力系統(tǒng)，復(fù)雜性非常高。②企業(yè)管理工作沒有做到位。管理者通常以經(jīng)驗(yàn)為工作指導(dǎo)，忽視了技術(shù)的更新和變化，導(dǎo)致調(diào)度精度長(zhǎng)期處于較低水平，生產(chǎn)節(jié)能很難實(shí)現(xiàn)。③部分設(shè)備已經(jīng)較為陳舊，老化問題也非常嚴(yán)重，不僅生產(chǎn)效率無法滿足現(xiàn)實(shí)需求，還限制了規(guī)模擴(kuò)展。因此，設(shè)備更新是個(gè)亟待落實(shí)的問題。

2.2優(yōu)化建議

2.2.1管網(wǎng)以及熱源廠方面

對(duì)于煉油廠來講，熱電廠的功能在于轉(zhuǎn)化能量。一般而言，企業(yè)的熱源廠往往不止一個(gè)，熱用戶也比較多，管道在二者之間起著重要的連接作用。因此，要想將能耗降至最低，就必須重視優(yōu)化管網(wǎng)以及熱源廠的布局效率。另外，這樣做也是減少投資的要求。

具體的優(yōu)化措施為：①對(duì)于熱源廠的優(yōu)化，需要以其分布規(guī)律為依據(jù)，結(jié)合容量情況進(jìn)行科學(xué)配置。②對(duì)于管網(wǎng)的優(yōu)化，需要對(duì)其供氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保障供應(yīng)與需求能夠維持在平衡狀態(tài)。③對(duì)于運(yùn)行工程的優(yōu)化，需要以生產(chǎn)情況分析為依據(jù)，采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，以達(dá)到降低能耗的目的。

2.2.2積極引入熱能動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

盡管目前多數(shù)煉油廠已經(jīng)在能源節(jié)約方面采取了一些措施，但實(shí)際效果尚未達(dá)到預(yù)期。造成此種情況的原因主要在于改進(jìn)措施針對(duì)的只是某個(gè)設(shè)備，卻沒有重視流程的聯(lián)合改造。設(shè)備改造起到的效果比較有限，無法滿足流程優(yōu)化的要求。熱能動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)更充分的資源利用，其逐級(jí)利用的能力將使得整個(gè)系統(tǒng)都得到優(yōu)化，不僅在能源節(jié)約方面可以起到非常積極的作用，對(duì)企業(yè)效益的提升也非常有利。當(dāng)前，此種技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在蒸汽動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)以及燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)產(chǎn)方面，前者在應(yīng)用中可以在不燒煤的情況下進(jìn)行生產(chǎn)，后者在節(jié)能方面的表現(xiàn)也非常突出。此類工業(yè)爐可以發(fā)揮出助燃作用，除了有利排氣之外，還可以助燃，使得加熱效率更高。

2.2.3加大新技術(shù)的開發(fā)力度

對(duì)于煉油廠來講，熱能動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)無論是在改造之前還是優(yōu)化之后，都有較高的復(fù)雜性，其中以優(yōu)化之后為甚。這是因?yàn)樵诮?jīng)過優(yōu)化之后，系統(tǒng)受環(huán)境影響的可能性更高，僅靠人力控制是很難取得預(yù)期效果的。因此，為了提高管理的有效性，現(xiàn)實(shí)中就要重視加大對(duì)新技術(shù)的研究和開發(fā)力度，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為管理輔助，以實(shí)現(xiàn)高效的協(xié)調(diào)管理。

3結(jié)語

綜上所述，對(duì)熱能動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化具有較高的必要性，此項(xiàng)舉措不僅關(guān)系到企業(yè)的效益，還影響著社會(huì)和環(huán)境。所以，企業(yè)在追求經(jīng)濟(jì)利益之外，還要積極承擔(dān)起社會(huì)責(zé)任，加大投入，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的優(yōu)化，為節(jié)能環(huán)保盡一份力。