[发明专利]蒸汽直接接触加热法分离系统的热负荷分配装置的分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及火电、钢铁、制药、冶金、水泥和石油化工等行业多相传质与分离技术领域中多相介质接触、换热、反应及分离的工艺及其设备，具体地涉及一种蒸汽直接接触加热法分离系统换热设备的热负荷分配装置的分配方法。

背景技术

蒸汽直接接触加热法简称蒸汽直接加热法，蒸汽直接接触加热法的分离技术是一类通过蒸汽与介质直接接触、持续提供反应热或改变气液平衡来推动分离过程有效进行、从而实现分离目的产物或维持系统物料平衡等目标的常规技术，该方法具备原理清晰，设备制造、运行经验充足等优点。通过在蒸汽直接加热法分离系统中加入蒸汽压缩机等设备，经过机械再压缩提升分离系统乏汽的品质，能大幅减少系统所需生蒸汽量，降低运行成本，使此项分离技术具备在更多领域推广应用的前景。

但具体蒸汽直接加热分离系统中换热设备的热负荷分配也是核算经济生产成本的一大重要关键因素，此分离技术如果热负荷分配不当，会导致乏汽品质较低，所需消耗蒸汽量较大，分离同样产量和质量的产品消耗的生产成本也会相应大幅提升，难以进行大规模工业化生产。另外，如果分离的多相产品要求汽液分离度较高，液相产品深度反应的变质可能引发系统设备事故的隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种带蒸汽再压缩设备的蒸汽直接接触加热法分离系统中各级换热设备热负荷分配装置，该分离系统换热设备的热负荷分配装置包括分离器、初级再沸器、次级再沸器、蒸汽再压缩设备及其旁路、冷却器，各设备间通过管路和阀门连接；蒸汽再压缩设备为蒸汽压缩机，其设有旁路，用来通过分离器顶部剩余的不凝蒸汽；初级再沸器的热侧介质入口连接生蒸汽通入管路，初级再沸器的热侧介质出口连接冷凝水排出管路，分离器左侧连接初级再沸器的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器右侧连接次级再沸器的冷侧介质入口和冷侧介质出口，分离器底部连接液相出口，分离器顶部的气相出口连接蒸汽压缩机及其旁路的入口，蒸汽压缩机的出口连接次级再沸器的热侧介质入口，旁路的出口和次级再沸器的热侧介质出口都连接到冷却器的入口，分离器通过旁路与冷却器的入口连接；冷却器的出口连接分离产物的产品出口。

其中，分离器与蒸汽压缩机连接的管路以及与冷却器连接的旁路上连接有控制开闭的控制阀门；次级再沸器与冷却器连接的管路上连接有控制开闭的控制阀门。

其中，初级再沸器可以是一台或者多台，优选为两台；次级再沸器可以是一台、两台或者三台以上，优选为两台；蒸汽压缩机可以是一台、两台或者三台以上，优选为两台；与蒸汽压缩机对应的旁路可以是一条、两条或者三条以上，优选为两条；冷却器可以是一台、两台或者三台以上，优选为两台。

其中，分离器是多相物流直接接触并反应分离的场所，只要控制好分离器的温度、压力等操作参数，就可以达到理想的分离效果。分离器内反应后的不凝蒸汽经由蒸汽再压缩设备进入次级再沸器而成为次级再沸器的热源。

其中，该分离系统的换热核心设备是初级再沸器和次级再沸器；初级再沸器和次级再沸器通过加热分离器内的液相而生成蒸汽，是分离器中反应蒸汽的来源，既是分离器正常运行的前提，也是控制分离出的液相产品浓度的主要设备。初级再沸器的热侧介质为生蒸汽，冷侧介质为分离器内经分离后产出的液相；次级再沸器的热侧介质为分离器顶部的内含分离产物的不凝蒸汽经蒸汽再压缩设备产生的再压缩蒸汽，冷侧介质也是分离器内经分离后产出的液相。如果初级再沸器、次级再沸器运行失常或是换热效果不达标，就会直接影响到产品的质量和产量，所以，初级再沸器和次级再沸器的重要性甚至超过分离器。

各级再沸器有换热量和热侧流量的要求。当初级再沸器、次级再沸器、蒸汽压缩机及其旁路、冷却器的数量都为两个时，优选第一初级再沸器、第二初级再沸器和第一次级再沸器、第二次级再沸器的换热量均相同，流量由换热量决定。蒸汽再压缩设备需根据上述流量及换热量设计压比等参数。由于设备布置及调控的需要，优选与初级再沸器和次级再沸器连接的管道规格、长度和布置均相同，使得初级再沸器和次级再沸器的冷侧流量一致。优选热侧输入的换热量相同并达到设计要求，以保证每台再沸器产出的液相产品浓度一致并生成足够多的蒸汽供分离器使用。

为了解决各再沸器的热负荷如何分配以及能否有效达到额定要求这一关键问题，本发明进一步提供了一种带蒸汽再压缩设备的蒸汽直接接触加热法分离系统中各级换热设备热负荷分配方法。不同系统运行负荷下，各设备热负荷分配方法不同：

当系统满负荷时，所有的初级再沸器和次级再沸器的热负荷均匀分配，冷侧经分离反应后的液相产物获得的换热量相同，各再沸器产生的蒸汽量也相同。