夹点技术在建材工业生产上的应用和研究.pdf

2013年第1期(总第124期)
江西建材
应用研究
夹点技术在建材工业生产上的应用和研究
赵蜿霞',赵小蔚
1、 Curtin University( Australia),浙江杭州310012;2、浙江省建筑材料科学研究所,浙江杭州310012)
摘要:建材行业是我国国民经济发展的一个重要的基础材料产业,但同时也是高能耗的产业。所以如何对建材行业进行节能降耗
也是如何保障建材行业可持续发展一项非常重要且迫切的工作。本文介绍了如何使用夹点技术以及相关的图表对工业系
统和换热网络进行分析和改造,从而达到节能降耗的目的
关键词:夹点技术组合曲线问题表格算法热交换网络设计
引言
Stream upply temp, Target temp
Heat capacity
夹点技术是一种使工业工程系统的能源消耗整体优化的
Ts(℃
Tr(℃
Alow rate, CP(kw/t) AH(kw)
210
设计方法。夹点技术的特点就是把整个系统作为一个集成的
整体,这样就可以在设计上做到使整体设计最优化,也就是说
80
140
30
达到能耗最低、费用最小和环境污染最少。该方法具有物理意
义清晰的特点,方法灵活简便,所以易于被工程技术人员掌握
Composite Curve
的特点。夹点技术最早是由英国曼彻斯特科技大学的B.Iinr
hof教授及其同事率先提出的,此法一经推出,即得到广泛的
重视和采用,以后又在实践中不断得到发展和完善。目前欧美
等国已有大型工程的新设计和改造采用了该方法,而且都取得
了巨大的经济效益。一般改造项目的投资费用回收年限均在
两年以内。采用这种技术对于新装置设计而言,比传统方法节
80
r
能30%-50%;近几年夹点技术也逐渐应用于老装置和老设
备的节能技术改造中,并且也能取得较好的节能目的。
2夹点技术的典型方法
在本文中,将重点介绍如何使用夹点技术的几种典型的方
法和工具,如冷热组合曲线问题表格算法综合复合曲线和
图1冷热组合曲线
热交换网络设计,进行优化能源分布和配置,从而达到最大限
2.2问题表格算法
度地降低能耗成本。
表2移位的物流的温度
2.1冷热组合曲线
冷热组合曲线是用作图的方法,在温一焓图上作出热物流
Stream
rs(℃)Tr(℃)「T?s(℃)「T*r(℃
和冷物流的组合曲线,热物流组合曲线应在冷物流组合曲线的
175
55
上方,当两条曲线垂直距离最近时,也就是达到最小的最佳温
25
度差△T-min,此处的温度就是夹点温度。此外,右侧为的最
小加热效能 2hmin,左側为最小冷却效能 Admin。
008
02
140
举个例子,在一个比较简单的热物流公用工程中有四个数
据流,包括两个热物流和两个冷物流,相关的数据见表1所示,
问题表格算法的建立步骤可分为如下几步:
冷热组合曲线就可以用来确定它的夹点温度。如果AT-mi2.,21建立移位温度T
在这种情况下是10°C,图1给出了最佳的热和冷物流的夹点
由于问题表格算法是使用温度区间为单位,所以要建立
温度之间的温差和冷热组合曲线。
个统一的温度规模来做计算。但是,如果使用的实际温度流,
表1热物流公用工程数据
由于有一些热量不能及时收回,会造成数据误差,因此,为了避
Supply temp, Target temp
Stream
Tr(C) fow rate, CP(kw/c) AH(kw)
免此问题,建立一个移位温度T*来重新建立温度标示。当
Ts(℃
△Tmi确定后,为了执行能量定位,热和冷物流相应移位。可
HI
180
3
360
以通过移位温度T*减去( At'min)/2为热物流使其冷却,而添
A2
150
加(△Tmin)/2为冷物流以使其更热。例如,在表2的最后两列
显示移位后物流的温度,当△Tmin的=10℃。列出所有转移
万方数据
温度升降温度形成的温度区问。
和热交换器的。
2.2.2△H平衡
Grand Composite Curve
在此步骤中,先计算出在每个温度区间的热容量流速的总
和。在乘以热容量流率的区间温差,就可以得到△H平衡。此
Q
Sok\V
外,当△H是向上的,这意味着热物流占主导地位,这时可以向
外提供热量,相反,当△H向下时,这意味着冷物流占主导地
位,需要外界提供热量。图2所示的的△H平衡图示例子。
heatpocket
Stream Population
△TCP- CPE AH SD
30
D
20
5
D
QC min= 50KW
0
120140
30
260
Enthaply(20·-20D
图4综合复合曲线
10
此外,CC是用于选择所需的冷却和加热公用工程的基
本方法之一。CCC表示出的热和冷物流的焓和温度可以区分
图2△H平衡
在不同温度水平的工程处理方面的要求。在不同的温度下,选
2.2.3热级联(子网络)
用不同的工程设备,以最大限度的降低设备成本就像在图5
图3是一个比较典型的热级联(子网络)图表,在热级联中的,MP蒸汽选用的从高压蒸汽排出的富余蒸汽,而不是直
的第一列是指移位的温度,第二列是千焦耳/小时的炲值,第三接使用高压蒸汽,这样成本可大大降低
列是指以k/小时的热负荷。开始的热级联为零。按温位将
T(?
系统中的物流划分为若干个热级联(子网络),求出热级联的
HP steam
HP
输人和输出热负荷,在负荷为零处,如表3中可以计算出夹点
为85,这样,热物流的夹点温度就为90℃,热物流的夹点温度
PINCH
PINCH
就为80℃。
Hot Unity
Hot Uality
Cooling Water
170kw
okwi
- 9o kw
50010001500
85 kw
140
16s kw
Single steam level
Multiple steam levels
-165
-80 kw (urgest beat deficit)
图5使用CCC单个和多个蒸汽水平
-20kw
总之,综合复合曲线是用于选择适当的效用水平和针对
-40kW
40 kw
个给定集合的多个效用水平中使用的夹点分析的最基本的工
-30 kw
具之一。它针对涉及到的各种能效水平设置适当的负载,使效
Pinch tem
Cold Hilty
hot stream =85+5=90C
能最大化和成本最小化。
cold stream =85-5=80C
2.4换热网络设计(HEN)
图3热级联(子网络
根据夹点技术设计换热网络设计,由于其简单,高效而被