陳楠(浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司, 浙江 杭州 310012)
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熱泵技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用
陳楠(浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司, 浙江 杭州 310012)
摘要:目前,能源短缺已經(jīng)成為了一個(gè)世界性的問題,而精餾作為化工和石化等行業(yè)中非常重要的組成部分,能量消耗驚人,因而對其節(jié)能研究就具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要結(jié)合熱泵技術(shù)的相關(guān)理論,對其在精餾技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的探討,以為未來的發(fā)展方向提供一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:熱泵技術(shù);化工;生產(chǎn);應(yīng)用
隨著工業(yè)的快速發(fā)展,世界性的能源短缺問題日益變的突出,從而使得節(jié)能降耗成為了人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)課題。同樣對于我國來說,石油化工企業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱,根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,該行業(yè)的能耗占到了工業(yè)總能耗的將近百分之二十,因此,在該行業(yè)中實(shí)行節(jié)能任務(wù)顯得十分迫切。精餾作為其中一個(gè)重要的耗能環(huán)節(jié),對其節(jié)能研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義,本文主要以精餾節(jié)能中應(yīng)用的熱泵技術(shù)為例對熱泵技術(shù)在化工生產(chǎn)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的探討。
熱泵技術(shù)的原理是工作介質(zhì)吸收塔頂蒸汽的相變(冷凝)熱,然后通過壓縮機(jī)壓縮加壓升溫作為再沸器的熱源,然后再進(jìn)行節(jié)流膨脹后作為塔頂冷凝器的冷源,從而形成一個(gè)循環(huán),節(jié)省了加熱蒸汽和冷凝用水,這個(gè)循環(huán)的本質(zhì)是逆向卡諾循環(huán),其效率的高低我們以熱泵性能系數(shù)(代表了熱泵輸出熱量與輸入的功之比)表示:η=TH/(TH-TC),其中TH為工質(zhì)的冷凝溫度,Tc為工質(zhì)的蒸發(fā)溫度。由上式可見理論上熱泵的效率肯定大于1,同時(shí)工質(zhì)的蒸發(fā)溫度與冷凝溫度差值越小熱泵效率越高。
根據(jù)不同的依據(jù),可以將熱泵分為多類,比如從結(jié)構(gòu)上可以將熱泵分為單級泵、兩級泵以及多級泵三種,而從輸送有用能的工作方式上來劃分,則可以將熱泵劃分為吸收式、壓縮式以及噴射式熱泵等三種。
(1)壓縮式熱泵精餾技術(shù) 在當(dāng)前的很多化工生產(chǎn)操作單元中,精餾、蒸發(fā)以及干燥這幾個(gè)單元對能量的消耗是最大的,而且又非常適合應(yīng)用熱泵技術(shù),尤其將熱泵技術(shù)應(yīng)用在精餾環(huán)節(jié)中,具有非常好的經(jīng)濟(jì)特性。壓縮式熱泵精餾主要特點(diǎn)是利用動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)使工質(zhì)在熱泵中循環(huán)流動(dòng)并發(fā)生狀態(tài)變化,從而實(shí)現(xiàn)熱泵的連續(xù)高效制熱。按照流程的不同,又可以詳細(xì)分為 A 型開式熱泵精餾、B 型開式熱泵精餾、閉式熱泵精餾、分割式熱泵精餾四種流程。
(2)熱泵技術(shù)的實(shí)踐改造 在實(shí)際生產(chǎn)中對一精餾裝置中能耗較大的使用傳統(tǒng)精餾技術(shù)的1#塔、2#塔進(jìn)行了熱泵技術(shù)改造,取得了良好的效果。其主要采用的工藝流程見圖1。
圖1 改造流程圖
改造前的能耗情況:①1#塔塔頂冷負(fù)荷:310kW;2#塔塔頂冷負(fù)荷:172kw;合計(jì)482kW。②使用大冷制冷機(jī)一臺制冷量為485kw,電機(jī)功率450kW,需要的循環(huán)水量為51m3/ h。③1#塔塔底熱負(fù)荷:308kW,2#塔塔底熱負(fù)荷:182kW;合計(jì)490kW。④折算成6公斤飽和蒸汽為842kg/h.
改造前后的方案對比:①設(shè)備方面:增加壓縮機(jī)一臺、節(jié)流閥一個(gè)、冷凝器兩臺及泵一臺;減少制冷機(jī)一臺;②能耗方面:減少塔釜熱負(fù)荷490kW;壓縮機(jī)的軸功率(171+244=415kW)與制冷機(jī)的功率相近;循環(huán)水用量兩者接近;綜上所述,采用此節(jié)能方案可節(jié)約蒸汽842kg/h。
蒸汽按每噸120元計(jì),年節(jié)省蒸汽約72萬元。
根據(jù)實(shí)踐熱泵精餾在下述場合應(yīng)用, 可取得良好效果:①塔頂和塔底溫差較小, 因?yàn)閴嚎s機(jī)的功耗主要取決于溫差,溫差越大, 壓縮機(jī)的功耗越大。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo), 只要塔頂和塔底溫差小于36度, 就可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。②沸點(diǎn)相近組分的分離, 按常規(guī)方法,精餾塔需要較多的塔板及較大的回流比,才能得到合格的產(chǎn)品,而且加熱用的蒸汽或冷卻用的冷卻水都比較多。若采用熱泵技術(shù), 一般可取得較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)注意事項(xiàng) 將熱泵技術(shù)應(yīng)用在化工蒸餾中應(yīng)該注意如下的事項(xiàng):首先,針對于在精餾技術(shù)中應(yīng)用的不同類型熱泵技術(shù),它們都有著各自的優(yōu)缺點(diǎn),在實(shí)踐中具體應(yīng)該采用哪種形式,都應(yīng)該根據(jù)具體的熱源特征、物性、經(jīng)濟(jì)核算以及用戶的要求來進(jìn)行決定;同時(shí),還應(yīng)該注意精餾裝置中各個(gè)部位的理想配合,同時(shí)注重對它們進(jìn)行優(yōu)化,尤其對于高效傳熱設(shè)備的選用更是非常重要,這樣才能取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
根據(jù)本文可知,在蒸餾中應(yīng)用熱泵技術(shù)能夠取得明顯的節(jié)能效果,是目前精餾系統(tǒng)中應(yīng)用的能夠取得更好節(jié)能效果的技術(shù),而且隨著供熱系數(shù)的增大,其節(jié)能效果更加明顯。由于我國是能耗大國,能源的利用率并不高,存在著大量低品位的能量有待于回收利用,因而在化工生產(chǎn)中開展熱泵技術(shù)的研究開發(fā),具有非常廣闊的前景。
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