一种大型低温空分装置运行能耗的评价方法

摘要

一种大型空分装置运行能耗的评价方法，先统计空分装置各耗能部件的功耗，确定输入空分系统的值大小，然后统计空分产品物性参数，基于值分析，对空分产品的值进行计算，确定不同产品种类、温度、压力、纯度参数对产品生产代价的影响，并按生产装置实际生产能力统计产品产量，再计算得到系统值效率η_Ex，然后求取空分系统能耗指标N_O2，最后根据计算所得能耗指标N_O2，确定该装置运行能耗在同类装置中的水平，本发明不再局限于产品种类和状态的影响，不仅适用于采用外压缩流程的低温空分装置，也适用于采用内压缩流程的低温空分装置，其评价结果不再受流程种类的制约，对低温空分装置运行能耗评价具有普遍适用性。

主权项

一种大型空分装置运行能耗的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，统计空分装置各耗能部件的功耗，确定输入空分装置的·值大小，步骤2，统计空分产品物性参数，基于·值分析，对空分产品的·值进行计算，确定不同产品种类、温度、压力、纯度参数对产品生产代价的影响，并按生产装置实际生产能力统计产品产量，通过物理·值计算确定产品温度、压力参数对产品生产代价的影响，具体步骤如下：步骤2‑1，采用物性查询软件NIST‑REFPROP获得不同产品在规定基准状态下的单位焓值h₀及单位熵值s₀，单位分别为kJ/kmol及kJ/kmol‑K，基准状态即温度298.15K，绝对压力101.325kPa，步骤2‑2，采用物性查询软件NIST‑REFPROP获得不同产品在规定出口温度、压力状态下的单位焓值h及单位熵值s，单位分别为kJ/kmol及kJ/kmol‑K，步骤2‑3，按照物理·值公式ex_ph＝h‑h₀‑T₀(s‑s₀)确定产品单位物理·值ex_ph，单位kJ/kmol，其中T₀为基准态温度，即298.15K，步骤2‑4，按照公式确定产品总物理·值Ex_ph，单位kW，其中Q_m为产品标况体积流量，单位Nm³/h，通过扩散·值确定产品种类、纯度参数对产品生产代价的影响，具体步骤如下：步骤2‑5，以氧‑氮‑氩三元理想空气为基准状态物质，规定空气中氧、氮、氩三者的mol含量分别为0.78118、0.20950、0.00932，任一纯组份i的单位摩尔扩散·其中x_io为基准状态物质中组份i的摩尔分数，R为通用气体常数，即8.3145J/mol‑K，步骤2‑6，按照扩散·值公式确定产品单位扩散·值ex_c，单位kJ/kmol，其中x_i为产品混合物中组份i的摩尔分数；步骤2‑7，按照公式确定产品总扩散·值Ex_c，单位kW，步骤2‑8，通过公式Ex＝Ex_ph+Ex_c计算各产品的总·值Ex，确定输出空分装置的产品总·值大小；步骤3，通过公式计算得到系统·值效率η_Ex，其中ΣEx_in为单位时间进入空分装置总·值，ΣEx_out为单位时间产品带出系统的总·值；步骤4，由公式求取空分装置能耗指标N_O2，其中A_O2为标氧转换系数，单位Nm³O₂/kW·h，由如下公式确定标氧转换系数A_O2：$A_{O_2}=\frac{22.4\times 3600\times x_{O_2}}{x_{O_2}\times e{x}_{\mathrm{std},O2}+e{x}_{c,N_2}\times \frac{x_{O_2}\Sigma V_{\Sigma N_2}}{\Sigma V_{\Sigma O_2}}+e{x}_{c,\mathrm{WN}}\times (x_{N_2}-\frac{x_{O_2}\Sigma V_{\Sigma N_2}}{\Sigma V_{\Sigma O_2}})}$式中：ex_std，O2——标氧单位·值，kJ/kmol；ex_c，N2——氮产品单位扩散·值，kJ/kmol；ex_c，WN——污氮气单位扩散·值，kJ/kmol；x_O2——空气中氧的摩尔含量；x_N2——空气中氮的摩尔含量；ΣV_ΣN2——空分装置氮类产品总产量，Nm³/h；ΣV_ΣO2——空分装置氧类产品总产量，Nm³/h，上式中标准氧气产品规定为氧摩尔分数99.6％，温度298.15K，绝对压力101.325kPa状态下的氧氩混合物；污氮气规定为氮摩尔分数97.5％，温度298.15K，绝对压力101.325kPa状态下的氮氧混合物；氮产品规定为氮摩尔分数99.9995％，温度298.15K，绝对压力101.325kPa状态下的氮氧混合物；步骤5，根据计算所得能耗指标N_O2，具体参照表1所列出的数据，确定该装置运行能耗在同类装置中的水平：表1空分装置运行能耗参照对应外压缩流程装置能耗按考虑带压产品情况计算，如计算所得装置单位制氧电耗值在表1所示区间范围内，则该套装置运行能耗处于国内同类装置中的平均水平；如计算所得装置单位制氧电耗值小于表1所示区间范围的最小值，则该套装置运行能耗处于国内同类装置中的先进水平；如计算所得装置单位制氧电耗值大于表1所示区间范围的最大值，则该套装置运行能耗处于国内同类装置中的落后水平。