內(nèi)壓縮流程空分設備的能耗影響因素研究
對當前空分技術(shù)及內(nèi)壓縮流程的應用作了簡述，對內(nèi)壓縮流程的三大流路、最佳復熱壓力、熱端溫差、膨脹機中抽溫度等能耗影響因素做了詳盡地分析，并對其進行了研究和探討。結(jié)合當前空分技術(shù)的發(fā)展狀況，提出了空分系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展方向和具體措施。
引言
隨著能源化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，當前大型煤化工業(yè)、大型化肥、大型鋼鐵冶煉以及集中園區(qū)式供氣的項目越來越多，相應的配套空分需求也與日俱增。大型及特大型內(nèi)壓縮流程空分設備已成為主流產(chǎn)品，合理組織空分流程，使之達到最優(yōu)化，降低了總的投資和消耗。
空分設備的原料是空氣，主要消耗的是電耗或者能源，能源消耗一般占到生產(chǎn)成本的80%以上，合理組織并設計空分設備會降低生產(chǎn)成本，從而節(jié)約能耗。而空分設備所消耗的能源是由不可逆過程引起的，盡管每一個可逆過程中所消耗的能量方式不同，但是都會產(chǎn)生有效能的損失，因而從設計角度，使得裝置在理論上已經(jīng)處于最優(yōu)化的狀態(tài)，有效能得到最大程度的利用，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認為這對于用戶來說意義很大。
1、內(nèi)壓縮流程能耗影響因素
在能源轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移、傳遞和使用的過程中，可以有效地利用有效能發(fā)揮其功效，可無效地損失，也就是通常所說的有效能損失，有效能的損失是不可逆的�？辗衷O備的有效能輸入，主要用空壓機電耗、原料空氣所帶入的有效能、水泵消耗的電能、各種泵所消耗的電耗及電加熱器消耗的電能。其損失主要存在于傳熱過程、壓縮或膨脹過程、節(jié)流過程、精餾過程中。
內(nèi)壓縮空分流程在外壓縮流程能夠?qū)崿F(xiàn)的條件下能耗要往往較外壓縮空分流程高(外壓縮機器效率低時內(nèi)壓較外壓能耗低或者持平)。從設計角度，如果將外壓縮空分流程的能耗組成簡單分為產(chǎn)品外壓縮能耗、膨脹制冷能耗、精餾能耗、液體產(chǎn)品液化能耗四部分，內(nèi)壓縮空分流程若不考慮部分產(chǎn)品外壓縮部分，僅僅考慮產(chǎn)品內(nèi)壓縮部分，則其能耗組成也可以分為四部分：產(chǎn)品增壓復熱能耗、膨脹制冷能耗、精餾能耗、液體產(chǎn)品液化能耗，以下詳細分析各因素的影響。
1.1、增壓復熱能耗
內(nèi)壓縮從本質(zhì)上說屬于間接壓縮，復熱流體對產(chǎn)品進行熱值傳遞，在一定背壓下增加其內(nèi)能。復熱有普通復熱和增壓復熱兩種;普通復熱為氣換熱;增壓復熱為含有相變的熱值高流體復熱低產(chǎn)品流體。氣體介質(zhì)的壓力越高，復熱品質(zhì)越高，冷卻品質(zhì)越低，增壓復熱采用熱值品質(zhì)較高的介質(zhì)復熱熱值品質(zhì)較低的介質(zhì)，即壓力等級要求要高一檔。
1.2、膨脹制冷能耗
膨脹制冷能耗包括熱端冷損能耗和裝置冷損及制冷產(chǎn)液能耗三部分。
熱端溫差越大冷量回收越少，損失就大，導致制冷能耗增大，但是熱端溫差擴大后，最小溫差也被擴大，對換熱有利，從而可以減小增壓復熱流體或者增大膨脹空氣的中抽量，實現(xiàn)產(chǎn)液量增大。制冷產(chǎn)液能耗一般有液體產(chǎn)品的量來定。當液體產(chǎn)品的量大時，所需的制冷產(chǎn)液能耗也大，由于低溫膨脹機是在低溫段抽出，所以一般強化制冷流路在高溫段設置低溫冷氣機組或者高溫膨脹機，將冷量傳遞給熱流體，一方面降低換熱器高溫段不可逆損失，實現(xiàn)降低能耗;另一方面有外加冷源的低溫制冷循環(huán)，由于進氣溫度降低而循環(huán)的經(jīng)濟性提高，因為其在較高溫度下的制冷量通過低溫制冷循不被轉(zhuǎn)移到低溫下，而同樣數(shù)量的冷量在低溫下的品質(zhì)更高，即獲得同樣多的冷量，溫度越低消耗的功越多。
對于內(nèi)壓縮流程而言，一般不考慮膨脹機葉輪增大帶來的附加投資，因為增強制冷流路，增大熱端溫差，對換熱有利，一般是節(jié)省能耗的，同時中抽溫度盡可能低，這樣有利于高溫段換熱，實現(xiàn)節(jié)省能耗。
1.3、精餾能耗
精餾效率影響的另一可變因素是進出料抽口及量的設定。產(chǎn)品抽口一般是固定的，可變抽口有污氮氣抽口，污液氮抽口及進料口，貧液空抽口及進料口，對于氮氣循環(huán)(下塔抽氮量大)還需要將液氮與液空混合后進入污液氮與液空進料口之間(進料與組分純度接近)，以使得上塔頂部下流液體均衡，對提氬有利。
帶氬裝置由于富氧液空與氬氣有氣液置換(冷凝器相變換熱)，本質(zhì)上破壞了上塔精餾(但是氬組分除去后，有利于提高氧組分的純度，從而量也增加，所以制氬系統(tǒng)對制氧有增效作用)，導致液空蒸氣進料口以上液氣比急劇減小;液氬進料口以下液氣比急劇增大。而在精餾過程中液氮洗滌氬氣和氧氣，液氬洗滌氧氣，氬餾分抽口區(qū)以上段回流液不足，從而導致氬組分大量放散入污氮當中，從而導致氬提取率大幅下降，如圖1所示。
在保證空分設備正常精餾工況的換熱溫差下，上塔的壓力盡可能要低，這樣有效能損失最小，同時壓力越低，精餾能耗也低。
圖1 帶氬裝置冷凝器相變換熱圖
1.4、液體產(chǎn)品液化能耗
制冷流路和液化流路，制冷流路同時會機后帶液，附帶產(chǎn)一股高品質(zhì)的低壓液體產(chǎn)品，這樣避免像中高壓液體產(chǎn)品節(jié)流后出現(xiàn)一定程度的氣化那樣會有損失，所以一般膨脹機都要求最大程度帶液。
3、結(jié)束語
隨著當前煤化工的崛起，內(nèi)壓縮空分流程空分裝置是當前的主流需求產(chǎn)品，內(nèi)壓縮空分流程較外壓縮空分流程形式多變，其換熱與制冷較其他流程要復雜的多。而空分裝置的流程的組織與選擇非常重要，其決定流程能耗及其先進性，最大程度減少不可逆損失，節(jié)約能源的消耗，所以研究內(nèi)壓縮流程的綜合能耗影響因素，從設計角度，對于裝置的運行及節(jié)能而言意義重大。
