夹点技术分析与应用(2)

夹点技术分析与应用(二)关键词夹点技术换热（器）网络夹点设计法虚拟温度及虚拟温度法总组合曲线一、复习上节所讲内容二、什么是换热（器）网络？三、什么是总组合曲线？提纲一、复习上节所讲内容1、夹点是用来做什么的？夹点技术是用来优化综合换热网络，并且能对整个过程系统的能量进行分析与调优，实现过程系统的低能耗操作。THC1BAC2DCEF2、构造组合曲线(1a)冷物流C1、C2在T-H图上的标绘THC1(1b)冷物流C1、C2、C3在T-H图上的标绘C2C3ABCDEFABCDEFA、一过程系统含有的工艺物流为2个热物流及两个冷物流，数据见下表。冷热流股最小传热温差△Tmin=20℃，试确定过程系统的夹点位置。物流标号热熔流率Cp(kW/℃)初始温度Ts(℃)终了温度Tt(℃)热负荷Q(kW)H12.015060180H28.09060240C12.520125262.5C23.0251002253、实例求夹点T，℃50100H150150300450600720△T=20℃水平移动B、移动某一曲线使两曲线间最短距离等于20℃。此最短距离处即为夹点。Qc,minQr,maxQh,minPQC、从夹点图上可以得出如下信息：（a）该过程系统所需的最小公用工程加热负荷Qh,min，及所需最小公用工程冷却负荷Qc,min。（b）该过程系统所能达到的最大热回收Qr,max。（c）夹点PQ把过程系统分隔为两部分：一是夹点上方，称为热端（热阱），只需公用工程加热；另一是夹点下方，称冷端（热源），只需公用工程冷却。T，℃50100H150150300450600720△T=20℃PQ4、由温焓图确定冷热流股匹配方案。ⅠⅡⅢⅣⅤC1+C2C1C2H1+H2H1(2a)分区50100H150150300450600720ⅠⅡⅢⅣⅤC1-1H1-1C1-2C1-3C1-4C2-1C2-3C2-4H1-2H2-3H2-1H2-2H2-4C2-2(2b)分解组合曲线25606990100H1-3(2c)图示1E1C1E2E6HS1E3CWH2E5H2H1C2HS2C2H1E412.51101056077.542.562.517.512.5A、以上述例题用问题表格法来准确定位夹点。第一步，按△Tmin=20℃画出问题表格5、问题表格法准确定位夹点依此类推，六个子网络计算结果见下表：子网络序号赤字Dk(Kw)热量（kW）无外界输入热量IkOk热量（kW）有外界输入热量IkOkSN1-10010107.5117.5SN212.510-2.5117.5105.5SN3105-2.5-107.51050SN4-135-107.527.50135SN582.527.5-5513552.5SN612.5-55-67.552.540E1C1E2E6HS1E3CWH2E5H2H1C2HS2C2H1E412.51101056077.542.562.517.512.5二、什么是换热（器）网络？1、定义由多台换热器对多条热冷流股进行换热匹配的换热流程，叫换热（器）网络。夹点设计法夹点设计法的三条核心原则：（1）应避免有热流量流过夹点。（2）夹点上方应避免引入公用工程冷却物流；（3）夹点下方应避免引入公用工程加热物流；如违背上述三条原则，就会增大公用工程负荷及相应的设备投资。2、换热（器）网络的设计方法。Linhoff按照上述基本原则提出夹点设计法的可行性规则：规则一对于夹点上方，热工艺物流（包括其分支物流）NH不大于冷工艺物流（包括其分支物流）NC，即NH≤NC。对于夹点下方，热工艺物流（包括其分支物流）NH不小于冷工艺物流（包括其分支物流）NC，即NH≥NC。规则二对于夹点上方，每一夹点匹配（指冷热物流同时有一段直接与夹点相同，即同一段具有夹点出的温度）中热物流（包括其分支物流）的热容流率CPH不大于冷物流CPC,即CPH≤CPC。对于夹点下方，则CPH≥CPC。规则二保证了夹点匹配中的传热温差不小于允许传热温差△Tmin。这两条规则对于夹点匹配来说是必须遵循的。3、以上述例题设计一个换热网络。SN1:只有H1，（150-145）×2=10kW，需冷却器CW1。SN2：有C1和H1，用换热器E1，热负荷为（145-120）×2=50kW，C1剩下的热负荷(125-100)×2.5-50=12.5kW,用加热器HS1。SN3：该子网络紧挨着夹点，按规则一NH≤NC。满足！按规则二CPH≤CPC，满足！C1和H1，用换热器E2，热负荷为(120-90)×2=60kW；C1剩下的热负荷(100-70)×2.5-60=15kW,用加热器HS2。C2只能单独用HS3进行加热。SN4：该子网络也紧挨夹点，按规则一NH≥NC。满足！按规则二CPH≥CPC，满足！C1和H1，用换热器E3，热负荷为(90-60)×2=60kW；C2和H2，用换热器E4，热负荷为(70-40)×3=90kW；C1剩下的热负荷(70-40)×2.5-60=15kW,与H2换热，用换热器E5。H2剩下的热负荷(90-60)×8-90-15=135kW只能单独用CW2进行加热。SN5:只有C1和C2，C1的热负荷(40-25)×2.5=37.5kW，需加热器HS4。C2的热负荷(40-25)×3=45kW，需加热器HS5。SN6：只有C1，用加热器HS56，热负荷为(25-20)×2=50kW。我们得到了具有最大能量回收的换热网络结构，但换热设备数仍没有达到一个满意值。最小的换热设备单元数应为：Umin=热物流数+冷物流数+公用工程加热物流数+公用工程冷却物流数-1本案Umin=2+2+1+1-1=5，而上图有6台换热器。因此从整体来讲，换热网络还可以继续调优。采用能量松弛法调优。使用此法一般会增加操作费用，减少投资费用。三、什么是总组合曲线？1、简要介绍虚拟温度。物流间传热温差值，定义为相互匹配换热的热物流对传热温差的贡献值与冷物流对传热温差的贡献值之和。即：CcHcmTTT热、冷物流对传热温差的贡献值的大小可采用对现场数据进行统计的方法推算出来。由于物流间相符匹配换热的传热温差值各不相同，全过程系统不能采用单一的最小允许传热温差进行计算。为此，采用“虚拟温度法”进行夹点设计。值得注意的是：用虚拟温度法确定夹点位置时，△Tmin=0。Hi,cT实际初始温度热物流虚拟初始温度Hi,cT实际目标温度热物流虚拟目标温度Cj,cT实际初始温度冷物流虚拟初始温度Cj,cT实际目标温度冷物流虚拟目标温度2、总组合曲线的绘制绘制方法有两种：一是根据问题表格法计算的结果所提供的数据进行标绘。二是图解法，即在T-H图上把热冷组合曲线进一步合并成总组合曲线。3、例题：物流标号热熔流率Cp(kW/℃)初始温度Ts(℃)终了温度Tt(℃)传热温差贡献值H12.01506010H28.0906010C12.52012510C23.02510010表3.1（1）确定各物流的虚拟温度物流标号虚拟初始温度虚拟目标温度H1150-10=14060-10=50H290-10=8060-10=50C120+10=30125+10=135C225+10=35100+10=110表3.2（2）列出问题表格1子网络序号赤字Dk(Kw)热量（kW）无外界输入热量IkOk热量（kW）有外界输入热量IkOkSN1-10010107.5117.5SN212.510-2.5117.5105.5SN3105-2.5-107.51050SN4-135-107.527.50135SN582.527.5-5513552.5SN612.5-55-67.552.540表3.3（3）列出问题表格2（4）列出问题表格3子网络序号界面温度（虚拟温度）上界面下界面热负荷（kW）上界面下界面IkOkSN1140135107.5117.5SN2135110117.5105SN3110801050SN480500135SN5503513552.5SN6353052.540表3.4（5）标绘总组合曲线总组合曲线的意义：总组合曲线的实质是在T-H图上描述过程系统中热流量沿温度的分布，即它从宏观上形象地描述了过程系统中不同温位的能量流，提供出在什么温位需要补充外加能量，以及在什么温位可以回收能量的定量信息。夹点处热流量为0，夹点上方，只需公用工程加热，没有能量向系统外排出；夹点下方，只需公用工程冷却，不从系统外吸收热量。可应用于蒸馏，精馏，换热网络，公用工程等全过程系统的能量集成过程。