夾點溫度合成換熱網(wǎng)絡(luò)的理解

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1、利用夾點溫度合成換熱網(wǎng)絡(luò)摘要：化工生產(chǎn)中存在著大量的需要換熱的工段，有些需要加熱，有些需要冷卻或冷凝。如果能夠合理地設(shè)計好換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就可以最大限度地減少公共供熱或供冷，而且還可能減少設(shè)備投資，達(dá)到節(jié)能的目的。夾點技術(shù)（PinchTechnology）是合成換熱網(wǎng)絡(luò)常用的綜合設(shè)計技術(shù)。利用該技術(shù)設(shè)計合成公共供熱或供冷最小的換熱網(wǎng)絡(luò)，在降低能耗，減少投資，保護(hù)環(huán)境等方面成效顯著。關(guān)鍵詞：夾點技術(shù)、夾點的確定及意義、換熱網(wǎng)絡(luò)合成1.夾點技術(shù)夾點技術(shù)是以熱力學(xué)為基礎(chǔ)，從宏觀的角度分析過程系統(tǒng)中能量流沿溫度的分布，從中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的用能“瓶頸”所在，并給以“解瓶頸”的一種方法。夾點限制了換熱

2、網(wǎng)絡(luò)可能達(dá)到的最大熱回收。用夾點技術(shù)設(shè)計合成的換熱網(wǎng)絡(luò)，可推廣應(yīng)用于整個過程系統(tǒng)的能量分析與調(diào)優(yōu)。目前，夾點技術(shù)在實際中應(yīng)用廣泛，取得較好的成效。我國高校，設(shè)計部也已將夾點分析方法用于原油預(yù)熱系統(tǒng)的節(jié)能改造，取得滿意效果。1.1溫焓圖用溫焓圖（T-H圖）能夠簡單明了地描述過程系統(tǒng)中換熱網(wǎng)絡(luò)中物流的熱特性。在溫焓圖上可以用一段線段或曲線描述物流的換熱過程。例如，當(dāng)某一工藝物流從供應(yīng)溫度Ts加熱或冷卻到目標(biāo)溫度Tt,其所需的熱量或冷量（該過程的焓差）為式中，W為質(zhì)量流率kg/h;Cp為比熱容,kJ/kg.K;由此，就可在溫焓圖中畫出表示物流溫度及熱量的變化的直線。若Q為負(fù)值，表示物流被

3、冷卻，需要冷量，在圖中的直線為有一條箭頭指向左下方的直線；若Q為正值，表示物流被加熱，需要熱量，在圖中的直線為有一條箭頭指向右上方的直線。若為一水平線，則表示為飽和物質(zhì)流體的焓變，過程中溫度保持不變。若為曲線，則表示為多組分物質(zhì)流體的熱量變化。1.2組合曲線在一個過程系統(tǒng)中，會有多股熱物流和冷物流，在研究過程中，常常把多股物流在溫焓圖中有機(jī)結(jié)合在一起，同時考慮冷熱物流的匹配換熱問題，這樣才更有意義。因此，即需在溫焓圖中畫出組合曲線。在溫焓圖中，可做出多股熱物流和多股冷物流的熱組合曲線和冷組合曲線。即把相同溫度間隔內(nèi)物流的熱負(fù)荷累加起來，然后在該溫度間隔中用一個具有累加熱負(fù)荷值的虛線

4、物流來代表即可。2、夾點的確定及意義2.1夾點的確定（1）作圖法夾點的位置可以在溫焓圖中直觀的確定出來。為確定夾點溫度，需知道最小傳熱溫差。在溫焓圖中先根據(jù)所給的溫度作出熱物流組合曲線和冷物流組合曲線，讓兩條物流曲線在水平方向上相互靠近，當(dāng)兩物流曲線在某處的垂直距離正好等于時，該處即為夾點。由此即可確定熱流體的夾點溫度和冷流體的夾點溫度，熱冷流體的夾點溫差剛好等于。確定夾點后，還可以在溫焓圖中確定過程系統(tǒng)中所需最小公用工程加熱量QH,min，最小公用工程冷卻量QC,min以及最大回收熱量QR,max。夾點把過程系統(tǒng)分隔成了兩部分，即夾點上方和夾點下方。夾點上方為熱端，只需用公用工程

5、加熱，夾點下方為冷端，只需用公用工程冷卻。（2）表格法①　確定區(qū)間溫度將所有冷流體的供應(yīng)溫度和目標(biāo)溫度上升/2,將所有熱流體的供應(yīng)溫度和目標(biāo)溫度下降/2，將調(diào)整后的溫度從高到低排列，得到若干溫度區(qū)間。②　計算所需熱量或冷量在每個溫度區(qū)間的熱平衡內(nèi)，計算各溫去所需熱量或冷量。公式為有正有負(fù)，一般，夾點就在小于0的區(qū)間。①　計算熱級聯(lián)找到最小的的外加熱量，使原來的輸出熱量為負(fù)值的區(qū)間變成輸出熱量為零的區(qū)間，該區(qū)間的下限溫度就是夾點的溫度。2.2夾點的意義夾點的意義有如下2點：（1）夾點出熱冷物流間傳熱溫差最小，為，它限制了過程系統(tǒng)能量的回收，成為了系統(tǒng)用能的“瓶頸”。為此，需要改善夾點

6、，以“解瓶頸”。（2）夾點處過程系統(tǒng)的熱流量為零。即夾點處沒有熱流流過。3、換熱網(wǎng)絡(luò)合成換熱網(wǎng)絡(luò)的合成就是利用夾點技術(shù)設(shè)計出能夠回收最大熱量的換熱網(wǎng)絡(luò)。而換熱網(wǎng)絡(luò)是有很多的，所以需要對換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。所謂的換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，是在完成規(guī)定換熱任務(wù)下可能換熱器數(shù)目最小，也有可能是公用工程消耗的能量最小，或是總操作費用最小。目前，最常用的是公用工程能量消耗最小及總操作費用最小兩個指標(biāo)。由上述已可確定夾點，由此即可設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)夾點的意義，在換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，應(yīng)遵循以下原則：（1）夾點上方不能引入任何冷工用工程；（2）夾點下方不能引入任何熱工用工程；（3）在夾點處不能有跨越夾點的傳熱。此

7、外，在進(jìn)行設(shè)計應(yīng)用時，還應(yīng)遵循換熱器的流股匹配法則：①　夾點之上的所有的熱流在夾點處只能和那些熱容流率比自己大或相等的冷流相匹配；即保證在傳熱過程中傳熱溫差大于最小傳熱溫差；即②　夾點之下的所有的冷流在夾點處只能和那些熱容流率比自己大或相等的熱流相匹配；即保證在傳熱過程中傳熱溫差大于最小傳熱溫差；即除此之外，還須滿足一個要求，即最大限度地滿足其中一個流股的換熱，使這一流股的熱量盡量用一臺換熱器用盡。如果在夾點之上，則先滿足熱流股；如果在夾點之下，則先滿足冷流股。根據(jù)所