换热网络与夹点技术.ppt

能量的集成优化 研究小组： 节能研究背景 能源与人类文明和社会的发展一直紧密地联系在一起。在当今的世界上,能源问题更是渗透到社会生活的各个方面, 直接关系到整个社会经济发展和人们物质文化生活水平的提高。我国国内生产总值约占世界的8.6%，但能源消耗占世界的19.3%，单位国内生产总值能耗仍是世界平均水平的2倍以上。 十二五节能规划 到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤(按2005年价格计算)，比2010年的1.034吨标准煤下降16%(比2005年的1.276吨标准煤下降32%)。“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。 具体节能目标 指标 单位 2010 2015 变化率 单位工业增加值（规模以上）能耗 % -21%左右 原油加工综合能耗 千克标准煤/吨 99 86 -13 乙烯综合能耗 千克标准煤/吨 886 857 -29 合成氨综合能耗 千克标准煤/吨 1402 1350 -52 “十二五”节能减排规划投资需求 工程名称 投资需求（亿元） 节能减排能力（万吨） 节能重点工程 9820 30000（标准煤） 减排重点工程 8160 420（化学需氧量）、277（二氧化硫）、40（氨氮）、358（氮氧化物） 循环经济重点工程 5680 支撑实现上述节能减排能力 总计 23660   夹点技术提出 夹点技术(Pinch Technoloy)始创于 20 世纪 70年代末, 是由英国学者 Linnhoff B 提出的。由英国帝国化学公司( ICI)率先在工程设计中采用这种全新的设计方法, 取得了令人瞩目的节能效果。在新建工厂的设计中, 每个工程项目比常规设计平均节能30%, 并且还节省了设备投资; 在现场装置技术改造的应用中, 投资回收期一般为 12 个月左右。 夹点技术的基本方法 1给定初始夹点温差，或根据要求确定温差，确定夹点温差； 2在夹点处将网络分为两个独立子网络； 3从夹点开始，采用可行性规则分别设计子网络； 4两个子网络想加，形成一个总体初始网络，该网络完成预定的能量回收目标； 5采用能量松弛； 6剩余问题分析(RpA一Remaining Problem Analysis)和驱动力图(DFP一Driving Foree Plot) 7改变夹点温差，进行迭代，直至找到最优。 1在没有特殊说明情况下，常规夹点温差，一般取10~20℃ a首先要考虑的是物流选取： 任何需要加热或冷却的但其组成保持保持不变的流动成为称为物流。 反应过程不是物流，因为它在组成上发生了变化；补充物不是物流，因为他不需要加热或冷却。 物流热容流率随温度存在变化，需要分段。 物流分割不宜太多，增加网络复杂性。 a. 根据 $Tmin= HRAT 采用问题表格法或者温焓图确定能量回收量, 进而计算网络的年运行费用; b. 采用垂直换热模型确定网络的面积, 采用图论中的欧拉定律确定夹点两边的子网络的最小单元数, 并按照每一单元分配相等面积的规则计算出网络的投资, 进而计算相应的年费用; c. 费用相加得到总的年费用。不同的 $T min对应不同的年费用 ΔTmin 的权衡 低ΔTmin 1公用工程能量降低，能量费用↓ 2换热量增大，投资↑ 3推动力变小，换热器变大，投资↑ 4热负荷减小，加热器，冷却器减小，投资↓ 5依照回收期限，总费用估计 最终平衡将取决于换热器面积费用、加热和冷却费用以及回收投资的回报期。 最优ΔTmin 经济最优对小的变化不敏感。 对大多典型的充分发展流体流动，20℃； 对高产量或连续三班倒的操作，取10℃。对低温系统，制冷费用极高， ΔTmin 在2~3K，且常采用板式换热器。 b列出所有物流，并根据温差调整温度，即位移温度。 以热物流温度表示所有温度，所有冷物流温度增加ΔTmin; 以冷物流温度表示所有温度，所有热物流温度减少ΔTmin; 用位移温度，它是一种平均值，所有热物流温度减少ΔTmin/2,所有热物流温度减少ΔTmin/2. 热容流率CP=质量流率W(kg/s) ×比热容Cp[kJ/(kg·K)] c温度排序划分子区间，各自区间热量换算，确定夹点，确定区间Qi ΔHi=(Si-Si-1)(Σ CPh-ΣCPc)i d取出工艺夹点位置，及QHmin及Qcmin，从而确定公用工程的最小值，方便后续设定能量目标 e得出温度区间图 建立能量目标，经济目标，单元设备目标和换热面积目标 能量目标 通过温焓图的组合曲线，根据温差确定最小热、冷公用工程得到H2414kW，C1231kW 面积目标 单元设备目标 在换热网络中，对于换热设备存在欧拉广义网络理论： U=N+L-S U为单位数，N为物流数，L为回路数，S为独立的子网络； 通常使L=0，不存在子集同等S=1，（但为了减少单元数