过程系统节能—夹点技术.ppt

1巩固与复习节能的热力学原理化工设备节能化工单元操作节能过程系统节能24.1.1 4.1.1 过程系统节能的意义过程系统节能的意义1 1、节能历程、节能历程整体局部多个单个复杂简单34.1.1 4.1.1 过程系统节能的意义过程系统节能的意义1 1、节能历程、节能历程第一阶段，第一阶段，着眼于单个余热流，而非整个热回收系着眼于单个余热流，而非整个热回收系统；主要表现在回收余热；统；主要表现在回收余热；余热回收是节能的基本措施！44.1.1 4.1.1 过程系统节能的意义过程系统节能的意义1 1、节能历程、节能历程第二阶段，第二阶段，考虑单个设备的节能，例如流体机械、蒸考虑单个设备的节能，例如流体机械、蒸发设备（双效改为三效）、热泵装置，强发设备（双效改为三效）、热泵装置，强化换热器的传热等；化换热器的传热等；54.1.1 4.1.1 过程系统节能的意义过程系统节能的意义1 1、节能历程、节能历程第三阶段，第三阶段，也就是目前所处的阶段，考虑过程系统节也就是目前所处的阶段，考虑过程系统节能；过程系统工程学（有机结合的整体设能；过程系统工程学（有机结合的整体设计最优化）计最优化）系统机器设备工艺62 2、夹点技术、夹点技术整体性考虑：整体性考虑：节能要考虑整个系统，节能要考虑整个系统，全局考虑全局考虑。

否则效果会不好否则效果会不好夹点技术是英国曼彻斯待大学夹点技术是英国曼彻斯待大学B.LinnhoffB.Linnhoff教授提出的教授提出的一种热能回收利用的综合技术一种热能回收利用的综合技术，在欧美石油化工领，在欧美石油化工领域获得广泛的应用域获得广泛的应用74.1 4.1 绪绪 论论美国Profimatics公 司对20家炼油企业节 能工作进行分析，系 统节能约占50%4.1 4.1 绪绪 论论Profimatics公司开发了 基于线性规划的公用工 程优化软件PLUTO对 蒸汽动力公用工程10114.1 4.1 绪绪 论论4.1.2 4.1.2 夹点技术的应用范围及其发展夹点技术的应用范围及其发展1 1、适用场合、适用场合夹点技术适用于过程系统（新厂）设计和节能改造夹点技术适用于过程系统（新厂）设计和节能改造 所谓过程工业是指以处理物料流和能量流为目的的行所谓过程工业是指以处理物料流和能量流为目的的行业，如化工、冶金、炼油、造纸、水泥、食品、医药、业，如化工、冶金、炼油、造纸、水泥、食品、医药、电力等行业电力等行业过程装备与控制工程专业的新内涵）（过程装备与控制工程专业的新内涵）122 2、过程工业中的能量交换、过程工业中的能量交换冷物流和热物流：冷物流和热物流：在过程工业的生产装置中，总有若干物流被加热在过程工业的生产装置中，总有若干物流被加热( (称之称之为冷物流为冷物流) )，例如进入反应器的原料物流、分离设备的进，例如进入反应器的原料物流、分离设备的进料等，而又有另一些物流需被冷却或冷凝，例如反应产料等，而又有另一些物流需被冷却或冷凝，例如反应产物、分离严品等物、分离严品等( (称之为热物流称之为热物流) )。

认真区分这两个概念认真区分这两个概念13通常总是利用生产装置本身的热物流与冷物流进行通常总是利用生产装置本身的热物流与冷物流进行换热，回收一部分热量换热，回收一部分热量冷物流与热物流换热整个系统；B）换热单元数目对设备投资的影响很大1024.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 1、热负荷回路提出问题：A、换热网络中的何时存在需要断开的热负荷回路？B、什么是热负荷回路？热负荷回路：在网络中从一股物流出发，沿与其匹配的物流找下去，又回到此物流，则称在这些匹配的单元之间构成热负荷回路，如图所示1034.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 热负荷回路：在网络中从一股物流出发，沿与其匹配的物流找下去，又回到此物流，则称在这些匹配的单元之间构成热负荷回路，如图所示P174：4-231044.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 那么，如何断开热负荷回路？合并换热单元，回路中各单元的热负荷可以相互转移，而不影响回路之外其他单元的热负荷独立的热负荷回路数 ＝ 实际换热单元数 － 最小换热单元数如何识别热负荷回路的独立性？1054.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 如图所示网络，共有物流6股，在没有热负荷回路的条件下，可求得最小换热单元数目为5，而该网络中用了10个换热单元，说明回路数目L＝5。

1064.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 公用工程数目为公用工程数目为1 1：：不同的加热器、冷却器用的是同一个物流，可连接；不同的加热器、冷却器用的是同一个物流，可连接；1—2—4—31—2—4—33—4—7—63—4—7—62—52—53—63—6C1C1－－6 6－－7 7－－C2C25 5个独立的热负荷回路：个独立的热负荷回路：1074.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 2、合并换热器1)保证各换热单元热负荷不小于零（1）从要合并的单元开始，按回路所经的顺序排出换热单元次序，然后从各奇数位置的单元设备的热负荷中减去所要合并的单元的热负荷；（2）在各偶数位置的单元中加上所要合并的单元的热负荷3）产生负的热负荷是不可行的合并方案，应该放弃总是合并回路中热负荷最小的换热器，可以保证合并后回路各单元的热负荷不小于零1084.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 例如：要合并单元例如：要合并单元4 4时，从单元时，从单元4 4开始，将回路中各单开始，将回路中各单元按回路所经顺序排列为：元按回路所经顺序排列为：4(1) 4(1) －－ 3(2) 3(2) －－ 1(3) 1(3) －－ 2(4)2(4)4(1) 4(1) －－ 2(2) 2(2) －－ l(3) l(3) －－ 3(4)3(4)？1094.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 奇减偶加，则有：单元4: 零(等于零即为合并了的换热单元)单元2：135十22＝157kW 单元l：60一22＝38Kw，单元3：90十22＝112KW4(1) 4(1) －－ 2(2) 2(2) －－ l(3) l(3) －－ 3(4)3(4)4(1) 4(1) －－ 3(2) 3(2) －－ 1(3) 1(3) －－ 2(4)2(4)合并换热3呢？1104.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 奇减偶加，则有：单元3: 零(等于零即为合并了的换热单元)单元4：22+90＝112Kw，单元2：135-90＝45kW 单元1：60十90＝150KW1114.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 奇减偶加规则1124.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 2)传热温差的考虑与适当增加公用工程用量图中有两个热负荷回路，1－4和H1－3－2－H2。

为打破1，4回路，合并热负荷较小的换热器4图中有几个热负荷回路？如何合并换热器更合理？1134.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 (20131226)(20131226) 合并换热器后，使局部传热温差减小，合并换热 器后应检验传热温差，看是否满足最小传热温差 合并后有一端传热温差为80-62＝18℃，而夹点温差值为 20℃温差18℃小于夹点温差，但技术上是允许的，只是换 热面积要增加要维持最小温差20℃不变，则可当采用适当 增加公用工程用量 121144.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 认识两个新概念：路径 热负荷转移路径路径：网络中连接一个加热器和一个冷却器的一条热流路网络中连接一个加热器和一个冷却器的一条热流路线它包括沿线路线的所有换热器它包括沿线路线的所有换热器1154.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 认识两个新概念：路径 热负荷转移路径热负荷转移路径：给加热器中增加热负荷X，则该加热器所在物流的另一换热器中减少热负荷X；以维持物流的总热负荷不变；而在负荷减少的换热器中与该物流匹配的另一股物流同时减少热负荷X，必须在这股物流的另一个加热器或冷却器中再加上热负荷X，当冷却器增加了热负荷X后，热负荷的转移结束。

1164.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 加热器加热器H1H1负荷增加负荷增加X X，换热器，换热器(1(1十十4)4)负荷减少负荷减少x x，冷却，冷却 器负荷增加器负荷增加X XH1H1－－(1(1十十4)4)－－C C可找到该路径：可找到该路径：150 150 －－(140 (140 －－ X X）／）／2 2．．0 0＝＝82 X82 X＝＝4kw4kw1174.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 温差恢复以付出温差恢复以付出4kW4kW的加热公用工程和的加热公用工程和4kW4kW的的冷却公用工程为代价冷却公用工程为代价1184.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合(1008)(1008) 能量松弛：采用适当增加公用工程用量来维持最小传热温差的方法，就是把换热网络从最大能量回收的紧张状态下“松弛”下来，调整参数，使能量回收减少，公用工程消耗加大，传热温差也加大1194.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 3)采用分支维持最小传热温差121204.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 两换热器合并成一台，放在换热器两换热器合并成一台，放在换热器4 4的上游或下游。

的上游或下游 检验温差时发现换热器检验温差时发现换热器4 4一端的温差为一端的温差为这在热力学上显然是不可行的需将这在热力学上显然是不可行的需将2 2号热物流分支号热物流分支 3)采用分支维持最小传热温差9090－－95.3895.38＝－＝－5.585.58℃℃1214.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 最小分流率计算：CP＝热负荷／最大允许温降(或温升)1224.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 出现的问题：虽然合并换热器使得换热单元数目减少，进一步降低了换热网络的投资费用，但要付出代价三种可能性： þ或者是换热温差减小，使换热面积增加； þ或者是增加公用工程用量，使能量费用增加； þ或者是采用分支等方式，使网络结构复杂化以总费用为目标的全面考虑1234.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 夹点之上物流匹配流程：1244.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 夹点之下物流匹配流程：1254.4 换热网络优化综合 4.4.4 阈值问题夹点问题的特点，什么是阈值问题？夹点问题的公用工程用量随最小传热温差的减小而减少阈值问题 并非所有的换热网络问题都存在夹点，只有那些既需要加热公用工程、又需要冷却公用工程的换热网络问题才存在夹点。

只需要一种公用工程的问题，称为阈值问题 阈值问题 蒸汽THTH冷却水阈值问题 有些系统，当冷、热复合曲线距离较远时，既需要加热公用工程又需要冷却公用工程，是夹点问题；向左平移冷复合曲线到一定情形时，一种公用工程消失，成为阈值问题，此时的最小传热温差称为阈值温差，记作ΔTTHR 阈值问题 阈值问题这样的系统属于阈值问题还是属于夹点问题，取决于夹点温差和阈值温差 谁大谁小若ΔTTHR 阈值温差时，公用工程用量随最小传热温差的减小而减少， :当最小传热温差 < 阈值温差时，公用工程用量将保持不变1344.4 4.4 换热网络优化综合换热网络优化综合 对于阈值问题，虽然继续减小传热温差，公用工程用量不变，但这并不意味就不存在能源费用与投资费用之间的权衡因为传热温差的进一步降低，使一部分加热公用工程的需求温度降低，加热公用工程量的数量不变、温度降低，使其费用降低但此时由于传热温差的降低，使换热面积增加、投资费用增加所以，仍然存在一个优化的问题能量费用投资费用1354.。