汽輪機(jī)工藝一體化

馬春來

摘 要：本文的目的是將汽輪機(jī)熱電能量集成過程升級為符合其功率和熱量要求的過程反應(yīng)焓流量的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。通過仿真和能量積分的方法，確定了反應(yīng)放熱在滿足熱功率要求方面最有效的集成條件。以丙烯酸（aa）工藝為例，說明了汽輪機(jī)工藝一體化的可能性。已經(jīng)開發(fā)了許多非常強(qiáng)大的配置文件匹配程序來分析熱和電力系統(tǒng)。他們使用分析的基本原理和“大復(fù)合曲線”和“熱復(fù)合曲線”，后者是專門為分析氣體燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)而開發(fā)的。本文介紹了Glavic提出的擴(kuò)展夾緊設(shè)計(jì)方法。目前已有幾種合成熱電聯(lián)合系統(tǒng)的算法。他們中的大多數(shù)強(qiáng)調(diào)優(yōu)化熱力學(xué)參數(shù)。另一種策略是將某一特定的熱電系統(tǒng)的運(yùn)行成本降到最低。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)；工藝；一體化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.045

由于汽輪機(jī)企業(yè)在能源消費(fèi)方面的成本很高，因此必須尋求替代能源系統(tǒng)，以節(jié)約能源和降低成本。合理利用能源和減少廢物可以通過同時(shí)產(chǎn)生電和熱的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

1 工藝說明

丙烯酸是聚合物和紡織品生產(chǎn)中廣泛使用的化學(xué)品的前體。丙烯的部分氧化操作溫度必須在290-330攝氏度范圍內(nèi)，以避免對催化劑造成損害并保持可接受的反應(yīng)速率。熔鹽回路用于從反應(yīng)器中去除反應(yīng)的放熱。水冷卻器要求將熔融鹽的溫度保持在200攝氏度：反應(yīng)器廢水的冷卻是通過冷卻塔中稀釋的水的冷循環(huán)快速淬火來實(shí)現(xiàn)的。在吸收劑中實(shí)現(xiàn)醋酸的回收。離開吸收段的水流是由稀釋的水溶液組成。為了降低蒸餾所有水的高成本，用乙酸乙酯作為溶劑從水溶液中提取有機(jī)酸。

2 能源一體化

研究的主要目的是減少上述過程中的能源消耗，因此首先考慮了能源整合的可能性。使用了夾持分析。通過在流之間交換熱量來恢復(fù)能量，需要先確定所有需要加熱或冷卻的流，然后最大限度地恢復(fù)這些流之間的焓流量。在我們的案例研究中使用了計(jì)算機(jī)程序超級目標(biāo)。其中乙酸乙酯溶劑回收作為間接消耗，并返回到提取器。此列的底流包含醋酸，這是發(fā)送到酸凈化柱，其中95%的醋酸生產(chǎn)作為開銷。底部產(chǎn)品99.9%在送往存儲(chǔ)之前，先在冷卻器中冷卻。使用大復(fù)合曲線效用水平可以研究。即使包含了反應(yīng)堆，常規(guī)的壓縮分析也不能產(chǎn)生一個(gè)現(xiàn)實(shí)的能量表示。擴(kuò)展的大復(fù)合曲線是在之后構(gòu)造的-在能量集成的情況下，熔融鹽的使用可以減少近52%。反應(yīng)器的可用于加熱鍋爐的冷流，其余的熱量（48%）仍將用熔鹽取出。10.4mw的焓流量可以適當(dāng)?shù)貜姆磻?yīng)器轉(zhuǎn)移到蒸餾塔。

我們可以得出結(jié)論：熔融的鹽不是-將反應(yīng)焓從反應(yīng)器中直接排入冷卻水。高溫反應(yīng)器流可以通過熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生高等級能量。汽輪機(jī)可采用熱電結(jié)合系統(tǒng)。因此，研究了熱電聯(lián)產(chǎn)的可能性，將反應(yīng)焓從反應(yīng)器中直接排入冷卻水。高溫反應(yīng)器流可以通過熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生高等級能量。汽輪機(jī)可采用熱電結(jié)合系統(tǒng)。因此，研究了熱電聯(lián)產(chǎn)的可能性。

3 熱電聯(lián)產(chǎn)

由于基礎(chǔ)熱電聯(lián)產(chǎn)過程的結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的靈活性，可以對其進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)一個(gè)熱的反應(yīng)器出口流（化學(xué)效用）存在時(shí)，蒸汽可以在高溫下上升。它可以在汽輪機(jī)中擴(kuò)大，可以發(fā)電。當(dāng)汽輪機(jī)蒸汽膨脹后可用的焓流量不能滿足整個(gè)加熱過程的要求時(shí)，必須設(shè)計(jì)額外的鍋爐。與傳統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相比，燃料的使用可以減少。

因此，由于儲(chǔ)存和分配設(shè)備的成本低、效率高、污染低、運(yùn)輸方便、資本成本低，采用天然氣加熱鍋爐。所產(chǎn)生的電力是由汽輪機(jī)產(chǎn)生的，所產(chǎn)生的過剩電力可能被出售。

成本圖表用于估算投資。投資按年度收回，因?yàn)榧俣ㄙY本是在固定期間（10年）以固定的10%利率借款。由于附加設(shè)備（鍋爐、汽輪機(jī)、附加管道），具有熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的工廠投資高于常規(guī)工廠。因此，評價(jià)了公用事業(yè)性節(jié)約及其對完整經(jīng)濟(jì)評價(jià)的影響以及熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

對結(jié)果的分析表明，每年的水電費(fèi)可以減少87%。以六桿蒸汽直接預(yù)熱反應(yīng)物為原料。熱電聯(lián)產(chǎn)后，工廠可以自行生產(chǎn)，因此原材料成本較低。盡管設(shè)備數(shù)量有所增加，但在聯(lián)合生產(chǎn)之后，折舊成本將增加12%，而年度總成本將比現(xiàn)有工廠低17%。在不到3個(gè)月的償還時(shí)間內(nèi)，這種改造具有很高的盈利潛力。采用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行完整的經(jīng)濟(jì)評價(jià)、投資、可變成本和固定成本以及計(jì)算得出的兩個(gè)變量的凈現(xiàn)值之前，人們就認(rèn)為固定成本對任何項(xiàng)目的的影響都很小。這種情況與可變成本不同，特別是在生產(chǎn)速度超過10，000噸/小時(shí)的情況下，這是對總體開支的一個(gè)重要因素，因此也是對國民生產(chǎn)總值的重要貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

基于化學(xué)反應(yīng)器和汽輪機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)提供了一種綜合考慮化學(xué)過程熱演化及其功率要求的經(jīng)濟(jì)有效的方法。當(dāng)所設(shè)計(jì)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)滿足電廠的基本功率或熱量要求時(shí)，達(dá)到最佳狀態(tài)?？紤]了使用熱反應(yīng)器代替燃料產(chǎn)生蒸汽以滿足進(jìn)一步的工藝熱要求的情況。從供應(yīng)商進(jìn)口電力可以滿足任何過度的電力需求，而額外的鍋爐可以滿足過度的熱量需求。

優(yōu)化的工廠將有9.6千克/秒的蒸汽在其周圍循環(huán)，但只有20%（1.9千克/秒）將在傳統(tǒng)的蒸汽鍋爐中生產(chǎn)。其余的則來自放熱反應(yīng)釋放的余熱。提出的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)利用反應(yīng)溫度勢來運(yùn)行設(shè)備，減少了對電力和蒸汽的需求，這是其優(yōu)點(diǎn)的一部分。減少空氣污染也非常重要，因?yàn)楣こ處煵坏貌粶p少對不可再生資源的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛德仁，任浩仁，陳堅(jiān)紅等.汽輪發(fā)電機(jī)組DCS系統(tǒng)在線性能計(jì)算程序的剖析及改進(jìn)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，34（06）：647-650.