炼油厂余热利用系统开发研究

20/23炼油厂余热利用系统开发研究第一部分炼油厂余热利用现状及意义 2第二部分余热利用系统的原理及分类 3第三部分余热利用系统的主要设备及系统组成 5第四部分余热利用系统的设计及优化方法 7第五部分余热利用系统运行管理及控制策略 10第六部分余热利用系统的节能评估及经济分析 12第七部分余热利用系统的安全运行及环保措施 14第八部分余热利用系统的新技术及发展趋势 16第九部分余热利用系统的政策法规及标准 18第十部分余热利用系统的案例分析及经验分享 20

第一部分炼油厂余热利用现状及意义#炼油厂余热利用现状及意义

一、炼油厂余热利用现状

1.余热产生量大、品质高：炼油厂在生产过程中会产生大量的余热，这些余热主要来自以下几个方面：

-原料的加热：炼油厂在生产过程中需要对原油进行加热，以提高其流动性和反应活性。加热过程中产生的余热可分为两部分：显热和潜热。显热是原油温度升高的热量，潜热是原油相态变化（如汽化和凝结）产生的热量。

-反应过程：炼油厂在生产过程中会发生各种化学反应，这些反应过程中也会产生大量的余热。

-设备的冷却：炼油厂的各种设备在运行过程中需要进行冷却，以保证设备的正常运行。冷却过程中产生的余热可分为两部分：显热和潜热。显热是设备温度下降的热量，潜热是设备中冷却水相态变化（如汽化和凝结）产生的热量。

2.余热利用率低：目前，我国炼油厂的余热利用率普遍较低，仅为30%左右。这是由于以下几个原因造成的：

-余热回收技术不成熟：我国炼油厂普遍采用传统的余热回收技术，这些技术效率低、经济性差。

-余热利用项目投资成本高：余热利用项目往往需要大量的投资，这使得许多炼油厂望而却步。

-余热利用市场需求不足：我国还没有形成完善的余热利用市场，这使得炼油厂很难将余热销售出去。

二、炼油厂余热利用的意义

1.节能减排：炼油厂余热利用可以减少能源消耗，从而节约能源，减少温室气体的排放。据统计，炼油厂每回收利用100万千焦耳的余热，可节约标准煤0.25吨，减少二氧化碳排放0.63吨。

2.降低生产成本：炼油厂余热利用可以减少能源消耗，从而降低生产成本。据统计，炼油厂每回收利用100万千焦耳的余热，可降低生产成本0.1元。

3.提高炼油厂的竞争力：炼油厂余热利用可以提高炼油厂的经济效益，从而提高炼油厂的竞争力。据统计，炼油厂每回收利用100万千焦耳的余热，可提高炼油厂的经济效益0.2元。

4.促进循环经济的发展：炼油厂余热利用可以将炼油厂的废热资源转化为有用的能源，从而促进循环经济的发展。第二部分余热利用系统的原理及分类余热利用系统的原理及分类

余热利用系统是一种将工业过程中产生的废热能量回收利用的系统。其原理是利用热交换器将废热能量传递给其他介质，如水、蒸汽或空气，然后将这些介质加热或冷却，从而实现废热能量的利用。

余热利用系统可分为以下几类：

1.预热系统：预热系统是最简单的余热利用系统，其原理是利用废热能量对某些介质进行预热，从而降低后续加热过程的能耗。例如，在炼油厂中，可以利用余热对原油进行预热，降低原油进入加热炉前的温度，从而降低加热炉的能耗。

2.热交换系统：热交换系统是一种更复杂的余热利用系统，其原理是利用热交换器将废热能量传递给其他介质，然后将这些介质加热或冷却，从而实现废热能量的利用。热交换系统可分为直接热交换系统和间接热交换系统。直接热交换系统是指废热介质与利用介质直接接触进行热交换的系统，而间接热交换系统是指废热介质与利用介质通过热交换器间接进行热交换的系统。

3.热泵系统：热泵系统是一种利用热泵原理回收余热能量的系统，其原理是利用热泵将废热能量从低温热源转移到高温热源，从而提高废热能量的利用效率。热泵系统可分为压缩式热泵系统和吸收式热泵系统。压缩式热泵系统是利用压缩机将热量从低温热源压缩到高温热源，而吸收式热泵系统是利用吸收剂和冷媒之间的物理化学反应将热量从低温热源转移到高温热源。

4.有机朗肯循环系统：有机朗肯循环系统是一种利用有机工质作为工作介质的热力循环系统，其原理是利用废热能量将有机工质汽化，然后利用有机工质蒸汽驱动透平发电，从而实现废热能量的利用。有机朗肯循环系统可分为单级有机朗肯循环系统和多级有机朗肯循环系统。单级有机朗肯循环系统只包含一个透平，而多级有机朗肯循环系统包含多个透平。

5.固体氧化物燃料电池系统：固体氧化物燃料电池系统是一种利用固体氧化物燃料电池将废热能量转化为电能的系统，其原理是利用废热能量使固体氧化物燃料电池中的电极发生氧化还原反应，从而产生电能。固体氧化物燃料电池系统具有较高的能量转换效率，但其成本较高。第三部分余热利用系统的主要设备及系统组成一、余热利用系统的主要设备

余热利用系统的主要设备包括：

1.蒸汽透平：蒸汽透平是一种将蒸汽的热能转化为机械能的旋转机械。它由叶轮、导叶和壳体组成。蒸汽由喷嘴进入叶轮，在叶片的作用下产生动量，从而推动叶轮旋转。导叶的作用是将蒸汽的流向导向叶片，提高蒸汽对叶片的冲击力。

2.发电机：发电机是一种将机械能转化为电能的旋转机械。它由定子和转子组成。定子由铁芯、线圈和机壳组成。转子由铁芯、线圈和轴组成。当转子在定子中旋转时，定子中的线圈会产生感应电动势，从而产生电流。

3.减速机：减速机是一种将转速高的机械能转化为转速低的机械能的机械。它由一对或多对齿轮组成。齿轮的齿数不同，因此转速也不同。减速机的目的是降低蒸汽透平的转速，使其与发电机的转速相匹配。

4.冷凝器：冷凝器是一种将蒸汽中的热量传递给冷却水或冷却空气的设备。它由管束、水箱和风扇组成。蒸汽在管束中流动，冷却水或冷却空气在管束外流动。蒸汽中的热量通过管壁传递给冷却水或冷却空气，从而使蒸汽凝结成水。

5.给水泵：给水泵是一种将水输送到锅炉的设备。它由泵体、叶轮和轴组成。水由泵体进入叶轮，在叶片的作用下产生动量，从而被输送到锅炉。

6.除氧器：除氧器是一种将水中的溶解氧去除的设备。它由壳体、填料和喷淋器组成。水在壳体中流动，填料和喷淋器将水打散成细小的水滴。空气在壳体中流动，溶解在水中的氧气被空气带走。

二、余热利用系统的设计与优化

余热利用系统的优化设计主要从以下几个方面进行：

1.蒸汽透平的选择：蒸汽透平的选型应考虑以下因素：蒸汽流量、蒸汽压力、蒸汽温度、排汽压力、转速、效率等。

2.发电机的选型：发电机的选型应考虑以下因素：额定功率、额定电压、额定转速、效率、冷却方式等。

3.减速机的选型：减速机的选型应考虑以下因素：减速比、传递功率、效率、安装空间等。

4.冷凝器的选型：冷凝器的选型应考虑以下因素：冷凝面积、冷却水流量、冷却水温度、真空度等。

5.给水泵的选择：给水泵的选型应考虑以下因素：流量、扬程、效率等。

6.除氧器的选型：除氧器的选型应考虑以下因素：除氧效率、处理水量、压力、温度等。

三、余热利用系统的运行与维护

余热利用系统的运行与维护应遵循以下原则：

1.安全第一：在运行和维护余热利用系统时，应始终将安全放在第一位。

2.规范操作：操作人员应严格按照操作规程操作余热利用系统。

3.定期检查：应定期对余热利用系统进行检查，以发现和排除潜在的问题。

4.及时维护：应及时对余热利用系统进行维护，以确保系统的正常运行。第四部分余热利用系统的设计及优化方法炼油厂余热利用系统的设计及优化方法

#1.余热利用系统的设计原则

*高效性原则：余热利用系统应能够高效地利用余热，以降低能源消耗和生产成本。

*经济性原则：余热利用系统应具有良好的经济性，即投资成本和运行成本应合理。

*安全性原则：余热利用系统应具有良好的安全性，以避免发生事故。

*可靠性原则：余热利用系统应具有良好的可靠性，以确保稳定运行。

*适应性原则：余热利用系统应具有良好的适应性，以便能够适应生产工艺的变化。

#2.余热利用系统的设计方法

余热利用系统的设计方法主要有以下几种：

*热力学法：热力学法是利用热力学原理来设计余热利用系统。这种方法比较简单，但只能得到余热利用系统的基本参数，如余热量、余热温度、余热压力等。

*传热学法：传热学法是利用传热学原理来设计余热利用系统。这种方法比较复杂，但能够得到余热利用系统的详细参数，如换热器的面积、换热器的类型、换热器的布置等。

*经济学法：经济学法是利用经济学原理来设计余热利用系统。这种方法能够得到余热利用系统的最佳经济参数，如投资成本、运行成本、收益等。

#3.余热利用系统优化方法

余热利用系统优化方法主要有以下几种：

*单目标优化法：单目标优化法是将余热利用系统作为一个整体，以某个目标函数为优化目标，通过调整系统参数来实现目标函数的最小值或最大值。

*多目标优化法：多目标优化法是将余热利用系统作为一个多目标系统，以多个目标函数为优化目标，通过调整系统参数来实现多个目标函数的平衡。

*动态优化法：动态优化法是考虑余热利用系统在时间上的变化，以动态目标函数为优化目标，通过调整系统参数来实现动态目标函数的最小值或最大值。

#4.余热利用系统设计案例

某炼油厂有一套余热锅炉，该锅炉的余热量为100MW，余热温度为300℃，余热压力为1MPa。该炼油厂拟利用这套余热锅炉的余热来发电。

余热锅炉的余热利用系统设计如下：

*余热锅炉的余热通过换热器与工质（水）进行换热，将余热传递给工质。

*工质在换热器中被加热成高温高压蒸汽。

*高温高压蒸汽进入汽轮机，推动汽轮机旋转发电。

*汽轮机排出的低温低压蒸汽进入冷凝器，在冷凝器中被冷却成水。

*水被送回余热锅炉，重新被加热成高温高压蒸汽。

该余热利用系统的设计采用了热力学法和传热学法。余热利用系统的优化采用了单目标优化法。余热利用系统的目标函数为发电量。通过调整余热锅炉的余热量、余热温度、余热压力、换热器的面积、换热器的类型、换热器的布置等参数，使发电量达到最大值。

该余热利用系统的设计和优化结果如下：

*余热锅炉的余热量为100MW。

*余热锅炉的余热温度为300℃。

*余热锅炉的余热压力为1MPa。

*换热器的面积为1000m2。

*换热器的类型为板式换热器。

*换热器的布置为串联布置。

*发电量为10MW。

该余热利用系统的设计和优化结果表明，该系统能够高效地利用余热，具有良好的经济性和安全性，能够满足炼油厂的发电需求。第五部分余热利用系统运行管理及控制策略#《炼油厂余热利用系统开发研究》中介绍的“余热利用系统运行管理及控制策略”

1.余热利用系统运行管理

#1.1运行组织管理

1.建立健全的组织管理机构，明确各部门和人员的职责和权限。

2.制定完善的运行规程、操作规程和维护保养规程，并严格执行。

3.定期对运行人员进行培训，提高其操作和维护技能。

4.建立健全的设备档案和运行数据管理制度，确保数据的准确性和完整性。

#1.2运行监控管理

1.建立完善的运行监控系统，实时监测余热利用系统的运行状态和参数。

2.对运行数据进行分析和处理，及时发现和解决问题。

3.及时对运行参数进行调整，确保系统稳定、高效运行。

#1.3能源管理

1.建立完善的能源管理体系，对能源消耗进行统计和分析。

2.制定节能目标和措施，并组织实施。

3.定期对节能效果进行考核评价，并及时调整节能措施。

2.余热利用系统控制策略

#2.1系统控制模式

1.手动控制：由操作人员根据经验和仪表指示手动调整系统参数。

2.自动控制：根据预先设定的控制程序，由控制器自动调整系统参数。

3.计算机控制：由计算机根据实时采集的数据和控制算法自动调整系统参数。

#2.2控制参数

1.温度控制：控制系统的温度，以确保工艺过程的稳定和产品质量的合格。

2.压力控制：控制系统的压力，以确保管道和设备的安全运行。

3.流量控制：控制系统的流量，以确保工艺过程的稳定和产品质量的合格。

#2.3控制算法

1.比例积分微分（PID）控制：这是最常用的控制算法，它通过比较系统的实际输出和期望输出来调整控制量。

2.模糊控制：这是一种基于模糊逻辑的控制算法，它可以处理不确定性和非线性问题。

3.神经网络控制：这是一种基于神经网络的控制算法，它可以学习和适应系统的变化。

#2.4控制系统设计

1.控制系统的硬件组成：包括传感器、执行器、控制器等。

2.控制系统的软件组成：包括控制算法、数据采集和处理程序等。

3.控制系统的网络组成：包括控制网络、现场网络等。

3.余热利用系统运行优化

#3.1能源审计

1.对余热利用系统进行能源审计，确定系统的能源消耗情况。

2.分析能源消耗的构成，找出能源浪费的主要环节。

#3.2节能措施

1.根据能源审计结果，制定节能措施。

2.实施节能措施，提高系统的能源利用效率。

#3.3运行优化

1.对系统的运行参数进行优化，以提高系统的效率和可靠性。

2.定期对系统的运行情况进行评估，并及时调整运行参数。第六部分余热利用系统的节能评估及经济分析#《炼油厂余热利用系统开发研究》之余热利用系统的节能评估及经济分析

1.节能评估

#1.1系统热效率评估

系统热效率是指余热利用系统利用余热量与输入的燃料热量之比，是评价余热利用系统节能效果的重要指标。

系统热效率计算公式如下：

式中：

*$η_t$：系统热效率

*$Q_u$：余热利用系统利用的余热量

*$Q_i$：输入的燃料热量

#1.2能源利用效率评估

能源利用效率是指余热利用系统利用能源的效率，是评价余热利用系统节能效果的另一重要指标。

能源利用效率计算公式如下：

式中：

*$η_e$：能源利用效率

*$Q_u$：余热利用系统利用的余热量

*$Q_i$：输入的燃料热量

*$Q_w$：余热利用系统的外排热量

#1.3综合节能率评估

综合节能率是指余热利用系统实现节能的比率，是评价余热利用系统节能效果的综合指标。

综合节能率计算公式如下：

式中：

*$η_c$：综合节能率

*$Q_u$：余热利用系统利用的余热量

*$Q_w$：余热利用系统的外排热量

*$Q_i$：输入的燃料热量

2.经济分析

#2.1项目投资分析

项目投资分析是指对余热利用系统建设项目的投资进行分析，包括投资总额、投资构成、投资回收期等。

#2.2项目收益分析

项目收益分析是指对余热利用系统建设项目的收益进行分析，包括余热利用的经济收益、节能减排的经济收益等。

#2.3项目经济评价指标

项目经济评价指标是指用于评价余热利用系统建设项目经济效益的指标，包括净现值、内部收益率、投资回收期等。第七部分余热利用系统的安全运行及环保措施炼油厂余热利用系统安全运行及环保措施

炼油厂余热利用系统是指利用炼油过程中产生的余热，通过各种换热设备将其转移到其他工艺过程或能源系统中，从而降低能源消耗和提高能源效率的系统。由于余热利用系统涉及到高温、高压、易燃易爆等危险因素，因此在运行过程中必须采取严格的安全措施，以确保系统的安全运行和环保。

1.安全运行措施

（1）建立完善的安全管理制度和应急预案

炼油厂应建立完善的安全管理制度和应急预案，明确各级人员的安全责任，并对系统运行过程中的各种可能发生的危险情况进行风险评估，制定相应的应急预案，并定期组织演练，确保一旦发生事故能够及时、有效地进行处置。

（2）加强设备管理，确保系统安全运行

炼油厂应加强对余热利用系统设备的管理，定期对设备进行维护和保养，确保设备处于良好的运行状态。

2.环保措施

（1）控制废气排放

炼油厂应采取措施控制余热利用系统产生的废气排放。通过采用高效的除尘设备和脱硫设备，可以有效降低废气中的粉尘和二氧化硫含量，减少对环境的影响。

（2）控制废水排放

炼油厂应采取措施控制余热利用系统产生的废水排放。通过采用高效的废水处理设备，可以有效去除废水中的污染物，使其达到排放标准。

（3）固体废物处理

炼油厂应采取措施处理余热利用系统产生的固体废物。通过采用适当的固体废物处理工艺，可以将固体废物转化为有用的资源或安全地处置，避免对环境造成污染。

（4）噪声控制

炼油厂应采取措施控制余热利用系统产生的噪声污染。通过采用隔音材料和消声器等措施，可以有效降低噪声水平，减少对周围环境的影响。

（5）废热回收

炼油厂应采取措施回收余热利用系统产生的废热。通过采用热泵或余热锅炉等技术，可以将废热回收利用，提高能源利用效率，减少能源消耗。

总之，炼油厂余热利用系统安全运行及环保措施涉及到多方面的内容，需要从设备管理、操作规程、应急预案、环保措施等方面综合考虑，以确保系统的安全运行和环境友好。第八部分余热利用系统的新技术及发展趋势一、余热利用系统的新技术

1.有机朗肯循环（ORC）技术

ORC技术是一种将低温余热转化为电能的技术，其原理是利用有机工质在一定压力和温度下汽化、膨胀、冷凝、液化的过程，产生动力。ORC技术具有以下优点：

*可以利用低温余热，余热温度范围广，一般在50-350℃之间；

*系统结构简单，运行稳定可靠，维护方便；

*发电效率较高，一般可达10%-20%。

2.余热发电技术

余热发电技术是指利用炼油厂余热产生的蒸汽或热水来发电的技术，其原理是利用蒸汽或热水在汽轮机或发电机中膨胀做功，产生电能。余热发电技术具有以下优点：

*可以利用多种余热源，如蒸汽、热水、烟气等；

*系统结构简单，运行稳定可靠，维护方便；

*发电效率较高，一般可达15%-25%。

3.余热供暖技术

余热供暖技术是指利用炼油厂余热产生的蒸汽或热水来供暖的技术，其原理是利用蒸汽或热水在暖气片或地暖中循环，将热量传递给室内空气，从而实现供暖。余热供暖技术具有以下优点：

*可以利用多种余热源，如蒸汽、热水、烟气等；

*系统结构简单，运行稳定可靠，维护方便；

*供暖效率较高，一般可达70%-80%。

二、余热利用系统的发展趋势

1.大型化和规模化

随着炼油厂规模的不断扩大，余热利用系统也将朝着大型化和规模化的方向发展。大型化的余热利用系统可以充分利用炼油厂的余热资源，提高能源利用效率，降低生产成本。

2.高效化和节能化

随着能源价格的不断上涨，余热利用系统也将朝着高效化和节能化的方向发展。高效化的余热利用系统可以提高余热利用率，降低能源消耗，减少生产成本。

3.智能化和自动化

随着科学技术的进步，余热利用系统也将朝着智能化和自动化的方向发展。智能化的余热利用系统可以实时监测和控制系统的运行状态，及时发现和处理系统故障，提高系统的运行效率和安全性。

4.多联供技术

随着能源结构的调整和优化，余热利用系统也将朝着多联供技术的方向发展。多联供技术是指利用炼油厂的余热同时生产电能、热能和其他能源，实现综合利用，提高能源利用效率，降低生产成本。第九部分余热利用系统的政策法规及标准一、余热利用系统的政策法规

1.《中华人民共和国节约能源法》

*第十二条规定，国家鼓励和支持节能科研开发，推广节能技术和产品。

*第十六条规定，国家鼓励和支持利用余热发电、供热等节能项目。

2.《中华人民共和国可再生能源法》

*第十一条规定，国家鼓励和支持利用可再生能源发电、供热等节能项目。

*第十二条规定，国家鼓励和支持利用可再生能源发电、供热等节能项目。

3.《中华人民共和国循环经济促进法》

*第十一条规定，国家鼓励和支持循环经济科研开发，推广循环经济技术和产品。

*第十二条规定，国家鼓励和支持利用余热发电、供热等循环经济项目。

4.《中华人民共和国节能减排综合性工作方案》

*第十三条规定，要大力推广余热发电、供热等节能减排项目。

*第十四条规定，要加强余热发电、供热等节能减排项目的管理和监督。

二、余热利用系统的标准

1.《余热利用系统设计规范》（GB50183-2012）

*本规范规定了余热利用系统的设计要求、设计方法、设计图纸和设计文件。

*本规范适用于工业、民用建筑和公共设施的余热利用系统的设计。

2.《余热利用系统运行管理规范》（GB50184-2012）

*本规范规定了余热利用系统运行管理的要求、方法和程序。

*本规范适用于工业、民用建筑和公共设施的余热利用系统运行管理。

3.《余热利用系统节能评价标准》（GB/T19329-2012）

*本标准规定了余热利用系统节能评价的要求、方法和程序。

*本标准适用于工业、民用建筑和公共设施的余热利用系统节能评价。

4.《余热利用系统安全技术规范》（GB/T19330-2012）

*本标准规定了余热利用系统安全技术的要求、方法和程序。

*本标准适用于工业、民用建筑和公共设施的余热利用系统安全技术。第十部分余热利用系统的案例分析及经验分享#余热利用系统的案例分析及经验分享

案例一：某炼油厂余热利用系统改造项目

#1.项目背