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燃气轮机—加热炉系统集成优化研究

高聃  
【摘要】:炼油过程中加热炉是关键的耗能设备,但由于被加热物流终温普遍不高于500℃,绝大部分在400℃以下,因此尽管炉子第一定律热效率可高于90%,但其第二定律火用效率却很低,燃料大量做功能力被浪费,跟燃气轮机结合,让高温烟气“先做功,再加热”是提高燃料有效能利用效率的可行措施。 本课题在前人研究的基础上,探讨了石油加工过程中,设置工艺加热炉前置燃气轮机的方案,并对其集成系统进行了运行优化研究:1)建立了燃气轮机—加热炉联合系统计算模型,通过MATLAB编写了计算程序,使计算过程实现“电算化”;2)进行了集成系统自由度分析,确定该系统的自由度数为3,并通过变量分析,选择燃气轮机排气温度、燃气轮机进口空气量以及系统空气过剩系数之三个变量为系统的独立优化变量;3)采用独立变量正交分析法,对若干操作工况进行寻优,得到满足一定工程约束条件下的相对最优方案为集成系统的最优操作方案。最后,总结上述研究,提出了实现工艺加热炉-燃气轮机集成系统运行优化的一般方法,并总结出以联合系统多用燃料发电效率、加热炉燃料减少率、加热炉炉膛温度降低率(或加热炉传热火用损降低率)为关键指标的集成系统用能评价。 将本研究提出的方法应用于国内某1200×10~4t/a常减压装置常压炉,通过对集成系统在一定经济条件下实施运行优化研究,选择了与之配套的优化燃气轮机,计算表明,联合系统在优化条件下运行可实现综合效益提升1435.5万元/年,对应的燃气轮机乏汽温度为500℃,燃气轮机进口空气量为140t/h、集成系统空气过剩系数为1.2。


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