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摘要：在长期以来，热系统都是一种相互独立的关系，常规的热动力系统为热力循环，传统工业生产的重点就是组分调整，在这种情况下，常常伴随环境污染和化学能损失的情况。为了解决这一问题，必须研究一种多产品联合、多能源互补的热能动力联产系统。多联产就是通过系统集成的方式将动力系统与化工过程进行组成，在完成供热、发电的过程中生产适宜的化工产品，这就可以实现一种多领域的功能化综合，实际上，多联产的本质就是联产概念的一种集成，是一种能量的阶梯型的转换利用。本文简单分析了热能动力联产及其系统优化。
关键词：热能动力联产；系统优化；分析
1.引言
多联产系统理论之中所存在的核心，实际上是针对综合能、化学能的一种阶梯形式利用，通过该措施能够促使二氧化碳的控制能够一体化执行，这恰恰是热能动力联产以及系统本身优化分析过程中所涉及到的一个重要基础。多联产系统理论的核心就是化学能和综合能的阶梯型利用，该种利用方式可以控制CO2的一体化，这也是热能动力联产及其系统优化分析的基础。目前，在常规的热力系统之中关于污染控制的思路大多集中在流程尾部的脱除中，即延续传统先污染、后治理的方式，为了解决这一传统的治理模式，可以使用能量转化利用与CO2的控制一体化原理，这种原理的本质就是将化学能梯级利用同降低CO2的能耗分离相结合，提高能量的利用水平，并降低CO2的排放。本文主要针对热能动力联产以及系统优化分析进行了全面的探讨，以期为我国的热能动力联产体系以及系统优化进行良好的发展做出贡献。
2. 多联产系统集成理论相关介绍
多联产系统理论的核心就是化学能和综合能的阶梯型利用，该种利用方式可以控制CO2的一体化，这也是热能动力联产及其系统优化分析的基础。
2.1化学能和物理能阶梯利用的方法
在传统热力循环系统中，热力学的卡诺定理为其中心理论，该种理论就是将燃料的品位降低成热能品位的一种模式，该种模式并未涉及燃料化学能品位的利用，因此，具有一定的局限性。基于传统理论的基础上，相关专家学者建立了关于反映Gibbs 自由能、燃料化学能以及热能品位之间的关系，并以此为基础，解释了关于化学能可控转换联产相关的集成机理。大量的调查研究解释了，组成转化同能量转化之间是一种相互利用耦合的关系，其中，动力侧与化工侧的相互整合也成为整个系统的集成关键，其共同的核心理论就是关于能量的阶梯利用。
2.2 能量转换利用同 CO2 控制一体化的相关原理
目前，在常规的热力系统之中关于污染控制的思路大多集中在流程尾部的脱除中，即延续传污染、后治理的方式，为了解决这一传统的治理模式，可以使用能量转化利用与CO2的控制一体化原理，这种原理的本质就是将化学能梯级利用同降低CO2的能耗分离相结合，提高能量的利用水平，并降低CO2 的排放。这种一体化的思路在根本上扭转了这种传统的分离技术，联产系统一体化的理论也能够解决温室气体高能耗的问题，在进行生产的过程中，能够将CO2回收，并将清洁性燃料氢气从中分离出来。这就可以保证合成气成分的比例更加的科学，保证化工合成能够更加优化的进行，还可以保证将排放CO2 的能耗降低，这也为CO2集成方式提供一种坚实的基础。
3.蒸汽—联产系统的更新改造
企业动力站或锅炉系统的升级换代,可以考虑采用以下两种技术。
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3.1锅炉
一汽轮机高压系统据了解,广石化、巴陵、金陵、大连和胜利等五家石化厂新建了高压系统。前三者烧煤,后二者烧油,已投运一两年不等。但在炉机选型、规模配套、备用配节和优化管理等方面还存在一些问题,以后另行专论。这里仅指出,在现今国情条件下继续将现有的中压系统改造为烧油的高压系统,恐怕难以实现。但凡资源和运输允许烧煤、歼石或页岩的石化企业,改建成烧固体燃料的高压锅炉一抽、凝或抽、背系统,则势在必行了。一旦市场机制形成,价格体系理顺,企业就会发现这是提高效益的必由之路,认识越早越主动,重大决策失误可及早避免。
3.2燃气轮机
一锅炉系统其为国外燃机联产之主要形式。对我国那些没有条件烧煤的企业,这是联产系统优化的主要途径。以烧炼厂气的企业,有两种可行的方案。
①燃机一中压锅炉系统(不补燃或少补燃),适用于需要锅炉产汽量不多而需要产电的厂。中压汽供原有背压、抽汽机组用,适当填平补齐。若采用最先进的机型,则每供30~6ot/h中压气,可在近于100%效率下联产功23~25MW,这比前述高压蒸汽透平背压系统联产功大得多,且其汽电比还可在一定范围内调节。如果所产蒸汽也用于产功(即联合循环),则总效率可达45 % ~5 0 %。而单纯的蒸汽动力循环即使在超高压大型机组下其效率也不到4 0 %。在补燃方案下原有中压锅炉设备还可以部分利用。新疆泽普炼油厂1988年采用了3台11W燃机发电,排气进余热锅炉产汽的方案即属此类型。②燃机一高压锅炉(补燃型),是国外用得最多的方案,其功热比可由补燃产汽量调节。可根据原有机组状况,配置背压(4MPa)式、抽(4MPa)背(1Pa)式抽(4M Pa) 凝式机组。在改建高压锅炉时(包括烧煤炉)应当考虑此种方案。
4. 统纷规划,优化设计和管理
热能动力联产牵涉到公用工程单元(动力、锅炉及电站等)和每个工艺装置的改造,是整个石化厂的大系统间题。互相脱节和互不协调的现行管理体制尚需大力改善统筹规划工作。如“以汽定电”的联产原则,“汽量”这个“底”如何确定?合理的用汽量并非各工艺、辅助及公用工程单元用汽量之算术和,而是由全局能量统筹匹配优化决定的。匹配得好不好,相差很大。如石化厂用汽中的相当大一部分,是罐区、管线保温及伴热用汽,或分馏塔再沸器加热及锅炉水处理用汽等。良好的匹配可以充分利用还有适当温位的蒸汽以取代其中的一部分用汽。各种余热通过余热锅炉及蒸汽发生器来产汽的情况会越来越多,但这些余热是否都应该用来产汽?产多高压力的蒸汽合理了锅炉如何设置了备用方案如何4-MPa背压联产动力的机组如何设置如何适应变化条件下蒸汽和动力供需平衡的要求这都需要工艺、辅助单元和机动部门共同协调和统筹规划。石化企业热能动力联产的组合方案很多,仅凭经验很难做出最优化的选择和决策。但运用电子计算机、最优化技术和单元设备模型化技术的最新成果,对热能动力系统的局部和全局进行优化设计即可得到良好加总体规划方案。国外若干公司都有应用这种软件的报道,国内也有研究开发的,尚需落实和推广。采用优化管理(或调度)软件的节能潜力是很大的,其能根据变化情况很快给出最优化的调度选择,如某台锅炉或机器的开与停,抽气量与补燃量角增减等,做到消耗最小,收益最大。
5.结束语
综上所述，在基于化学能阶梯收益率的形式来对联产系统进行相应优化的过程中，必须要使用变换后的合成气碳氢化、双气头混合比、甲烷重整度、未反应气循环倍率等方面来进行完善的分析，保证其系统对于化学性能的利用影响规律能够完全掌握，从而依据相应的设计要求来确定好系统最终使用的变量，确保各个独立变量以及流程都能够得到切实有效的优化，通过这种方式，能够有效的获得最优的设计流程。
参考文献：
[1]金红光，林汝谋，高林.化工动力多联产系统设计优化理论与方法[J].燃气轮机技术，2011（09）.
[2]孙士恩，林如谋，金红光.串联型焦电联产系统概念性设计与特性规律[J].动力工程，2007，27（4）.
论文作者:季珊珊
论文发表刊物:《基层建设》2016年19期
论文发表时间:2016/12/2
标签：系统论文; 化学能论文; 热能论文; 动力论文; 锅炉论文; 蒸汽论文; 理论论文; 《基层建设》2016年19期论文;