一种石油焦煅烧冷却热能储存及换热方法与流程

本发明涉及石油焦煅烧余热回收、热能储存与换热控制领域，尤其涉及一种石油焦煅烧冷却热能储存及换热方法。

背景技术：

1、石油焦经煅烧炉完成高温处理后，通常利用冷却水套降低煅后焦及相关设备的温度。冷却水套排出的热流具有汽液并存、温度随产量和进料状态变化以及时间上间歇释放的特点。现有工艺多将形成的热水或蒸汽直接排放，或者仅通过单一换热器即时利用，缺少针对汽相潜热和液相显热的分级储存及跨时段调用手段，导致可回收热能与用户负荷在时间和温位上难以匹配。

2、当煅烧炉产量、石油焦入口含水率或进料粒度改变时，冷却热源温度和汽液流量随之波动；化工专用炉的物料、助燃空气或工艺介质预热段与石油焦湿料预热又具有不同的供回温度和负荷需求。若仅按瞬时热源状态分配余热，容易出现换热端温差不足、第一用户回流剩余温位被弃用以及第二用户提前调用温度排序首位储热层的问题。与此同时，石油焦预热的实际除水量缺少以尾气含湿量测量和物料水分衡算相互校正的闭环，预热焦含水率易随热源波动而变化。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的石油焦煅烧冷却热能储存及换热方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种石油焦煅烧冷却热能储存及换热方法，针对冷却水套汽液余热间歇释放、双用户供热温位不匹配和石油焦预热除水量波动的问题，提出分级焓流储存、双用户负荷匹配、第一用户回流温位再利用及蒸发水量偏差校正相结合的技术方案。通过对汽液热流进行密闭汇集和汽液分离，按充热温差将汽相潜热送入稳温储热单元并将液相显热送入分层显热储热单元；依据两个用户的工况参数确定热负荷，执行直接余热优先、两类储热补充的放热调度；再以第一用户回流相对于第二用户冷侧入口的温差决定串接或回储，并根据尾气实测蒸发水量与物料衡算应蒸发水量的偏差修正串接流量、取热层位或停留时间，由阀门和循环泵执行闭环控制。

2、本发明提供了一种石油焦煅烧冷却热能储存及换热方法，包括：

3、s1、密闭汇集石油焦煅烧炉冷却水套排出的汽液热流，采集所述汽液热流的温度、压力和汽液流量并进行汽液分离，根据汽相潜热和液相显热确定分级焓流；

4、s2、根据所述分级焓流保留可直接供热部分，并以源侧温度与目标储热温度之间的充热温差为准入条件，使汽相向稳温储热单元充热、液相和汽相冷凝液向分层显热储热单元充热，形成直接供热、稳温储热和分层储热三类供热资源；

5、s3、根据化工专用炉预热工况和石油焦湿料预热工况确定第一热负荷和第二热负荷，将两类热负荷与所述三类供热资源匹配，得到直接供热优先且储热补充的双用户放热调度结果；

6、s4、按照所述双用户放热调度结果向化工专用炉预热段和石油焦预热换热器供热，当第一用户回流温度与第二用户冷侧入口温度之差不小于第二用户最小换热温差时，将第一用户回流串接至所述石油焦预热换热器，否则将所述第一用户回流送入匹配储热层，得到预热尾气状态和回流状态；

7、s5、根据所述预热尾气状态和物料水分衡算分别确定实际蒸发水量和应蒸发水量，根据二者的偏差及所述回流状态修正串接流量、取热层位或石油焦停留时间。

8、可选的，s1包括：按照所述压力确定汽相的饱和状态参数，利用汽相流量和所述饱和状态参数中的汽化潜热确定汽相焓流；

9、利用液相流量、液相比热容以及液相温度相对于回流水基准温度的温差确定液相焓流；

10、将汽相焓流和液相焓流分别与采集时刻关联，以形成所述分级焓流，并对温度、压力、汽相流量和液相流量执行量程校验及汽液质量流量一致性校验。

11、可选的，s2包括：将稳温储热单元的设定温度作为汽相对应的目标储热温度，将分层显热储热单元各高度进出口处的实测温度作为液相和汽相冷凝液对应的目标储热温度；

12、分别以源侧温度减去对应的目标储热温度得到充热温差，仅在所述充热温差不小于由第一充热换热器或第二充热换热器的传热端差确定的最小充热温差时开放相应充热通路；

13、根据各高度进出口处的实测温度由高到低建立储热层序列，将液相和汽相冷凝液送入所述储热层序列中满足最小充热温差且温差最小的储热层。

14、可选的，s3包括：所述第一热负荷由所述预热段中物料、助燃空气或工艺介质的质量流量、定压比热容以及供回温差确定；

15、所述第二热负荷包括石油焦由入口温度升至预热目标温度的显热负荷和由入口湿基含水率降至目标湿基含水率的水分蒸发负荷，并按照石油焦粒度对应的允许停留时间对所述第二热负荷的供热速率进行约束；

16、进一步的，先将当前时段的分级焓流与第一热负荷和第二热负荷匹配而形成直接供热支路；

17、直接供热支路不能覆盖第一热负荷时调用稳温储热单元，直接供热支路不能覆盖第二热负荷时调用分层显热储热单元；

18、稳温储热单元的放热量和分层显热储热单元各储热层的放热量均受对应储热单元的可用储热量下限以及用户侧最小换热温差约束。

19、可选的，s4包括：所述第二用户冷侧入口温度为石油焦预热换热器的循环介质回流温度，所述第二用户最小换热温差由石油焦预热换热器的设计传热端差确定；

20、当第一用户回流温度与所述循环介质回流温度之差不小于所述第二用户最小换热温差时开放串联阀并关闭旁路阀；

21、当所述温度之差小于所述第二用户最小换热温差时关闭串联阀并开放旁路阀，将第一用户回流送入温度不低于第一用户回流温度且温差最小的匹配储热层；

22、当不存在所述匹配储热层时，维持第一用户回流的旁路循环并停止第一用户回流进入分层显热储热单元，直至存在所述匹配储热层。

23、可选的，s5包括：将石油焦预热换热器出口尾气的干空气质量流量与尾气出口含湿量和尾气入口含湿量之差相乘，得到所述实际蒸发水量；

24、将入口含水率和目标含水率统一设为湿基含水率，根据石油焦湿料流量和入口湿基含水率确定干焦质量流量，并根据所述干焦质量流量、入口湿基含水率和目标湿基含水率进行物料水分衡算，得到所述应蒸发水量；

25、将所述实际蒸发水量减去所述应蒸发水量得到蒸发水量偏差；

26、进一步的，所述回流状态包括第一用户供回温度、第一用户换热温差、第二用户供回温度以及当前取热层的温度和可用储热量；

27、当所述蒸发水量偏差小于允许偏差带的下限时，依次执行增加第一用户回流的串接流量、选择温度大于当前取热层温度且温差最小的储热层以及延长石油焦停留时间，当所述蒸发水量偏差大于所述允许偏差带的上限时，依次执行减小所述串接流量、选择温度小于当前取热层温度且温差最小的储热层以及缩短石油焦停留时间，当所述蒸发水量偏差位于所述允许偏差带内时维持当前串接流量、取热层位和石油焦停留时间；

28、其中，所述串接流量的允许上限由第一用户供温下限和第一用户最小换热温差确定，仅在第一用户供温不低于所述第一用户供温下限、第一用户换热温差不小于所述第一用户最小换热温差且温度排序首位储热层的可用储热量大于其储热保留量下限时，允许第二用户选择温度排序首位储热层；

29、进一步的，依据所述串接流量和所述取热层位的修正结果控制串联阀、旁路阀、不同高度进出口的端口阀和循环泵；

30、对所述串联阀与所述旁路阀的切换以及所述端口阀的切换分别设置开启阈值和关闭阈值，所述关闭阈值等于所述开启阈值减去基于温度测量允许误差确定的滞回温差值，并在任一阀门完成切换后，于预设阀门保持时长阈值内维持该阀门状态；

31、所述开启阈值、所述关闭阈值和所述预设阀门保持时长阈值根据对应换热器从阀门动作至出口温度进入允许偏差带的响应时间确定；

32、进一步的，当源侧温度、压力、汽相流量或液相流量未通过量程校验或汽液质量流量一致性校验而形成源侧测量异常时，关闭与所述源侧测量异常对应的充热通路；

33、当尾气干空气质量流量或尾气含湿量未通过量程校验而形成尾气测量异常时，冻结蒸发水量偏差以及串接流量、取热层位和石油焦停留时间的修正量，并维持最近一次通过校验时的双用户放热调度结果；

34、当任一储热层的温度测量异常时，禁止第二充热换热器向该储热层充热，并禁止第一用户回流和第二用户调用该储热层，当全部储热层的温度测量异常时，关闭不同高度进出口的端口阀，维持第一用户回流的旁路循环并停止第一用户回流进入分层显热储热单元；

35、在连续取得预设数量的通过校验的采样结果后，解除对应异常处置，并按照串接流量、取热层位、石油焦停留时间的顺序恢复闭环调节。

36、本发明的有益效果是：

37、1、通过依据汽相潜热和液相显热形成分级焓流，并以充热温差作为汽相和液相进入对应储热单元的准入条件，可将间歇释放且温位变化的冷却余热转化为可按需调用的稳温储热资源和分层显热储热资源。

38、2、通过分别确定化工专用炉预热段和石油焦预热的热负荷，采用直接余热优先、储热补充的调度，并对第一用户回流执行串接第二用户或返回相匹配储热层的处理，可利用第一用户用后的剩余温位，同时减少第二用户对温度排序首位储热层的非必要调用。

39、3、通过比较尾气实测蒸发水量与物料水分衡算应蒸发水量，并以偏差修正串接流量、取热层位或石油焦停留时间，可使供热调度与石油焦实际除水结果形成闭环，抑制热源工况变化引起的预热焦含水率波动。