Использование энергосберегающей Pinchтехнологии проектировании и расчёте теплообменных

«Использование энергосберегающей Pinchтехнологии проектировании и расчёте теплообменных сетей»

ение Изобретённая в середине 1980 -х годов, Pinch технология представляет системный подход к анализу энергетических сетей и улучшению энергосбережения промышленных процессов. Первоначальное применение Pinch технологии принесло отличные результаты – потребление энергии сократилось в среднем на 1525%. Через несколько лет методика была опробована почти во всех отраслях промышленности.

Сегодня Pinch -технология хорошо продумана и успешно применяется в тысячах проектов во всём мире каждый раз, когда требуется создать тепловую сеть с минимальным расходом энергии. Pinch -технология использует графические изображения энергетических потоков процесса, и использование потоков, определяющие минимальные энергетические затраты. В технике для характеристики горячих и холодных тепловых потоков используются диаграммы “температура-энтальпия”. Сумма горячих и холодных потоков может быть изображена на такой же диаграмме, из которой можно определить минимальную температурную разность.

Кривые отображают поток энергии внутри аппарата. Верхняя кривая, характеризующая горячий поток – это сумма всего доступного тепла процесса в аппарате. Оно может быть передано другому потоку или направлено на холодное потребление, например передать тепло холодной воде. Нижняя кривая характеризует холодный поток и также представляет сумму всех теплот, требующихся процессу. Этот поток может быть нагрет другими способами (в теплообменнике или может пойти на горячее потребление, например, в печь). Проблема восстановления тепла включает в себя горячий и холодный потоки и может быть решена с использованием диаграммы ”температура-изменение энтальпии”.

Пример использования энергосберегающей Pinchтехнологии проектировании и расчёте теплообменных сетей n Рассчитать и спроектировать теплообменную сеть, используя энергосберегающую Pinch-технологию. Минимальная разность температур ∆Tмин =10 С. n Определить: 1. Место положения Pinch; 2. Горячее потребление теплоты; 3. Холодное потребление теплоты; 4. Необходимое число теплообменников и их тепловые нагрузки.

60 0 1 80 180 0 0 3 130 0 100 0 2 40 0 120 0 4 30 0

№ Наименов Началь Конечн Массов по ная ая ый ание то темпер расход потока ка атура потока G, Tн С Tк С кг/c 1 Горячий 180 80 0, 5 Теплое мкость c, к. Дж/ (кг ∙ К) Поток Изменени овая е энталь тепло пии емкос ∆H, к. Вт ть CP к. Вт/ К 2, 0 100 280 2 Горячий 130 40 1, 0 2, 0 180 3 Холодный 60 100 2, 0 4, 0 160 322 4 Холодный 30 120 1. 0 1, 8 162

v Изменение энтальпии для горячих потоков определяется по формуле: ∆H v =Gi∙ci∙(Tн i – Tк i) Изменение энтальпии для холодных потоков вычисляется по формуле: ∆H =Gi∙ci∙(Tк i – Tн i)

1 Способ 100 к. Вт 180 С 0 80 C 0 ∆H, к. Вт ∆H=100 1 160 к. Вт 0 130 С вода 40 0 С ∆H=180 2 100 0 С 20 к. Вт 60 0 С ∆H=160 3 пар 160 к. Вт 120 С 0 0 30 С ∆H=162 4 62 к. Вт 100 к. Вт Q г =62 к. Вт Q х =20 к. Вт

2 Способ 100 к. Вт 180 0 С 80 0 C ∆H, к. Вт ∆H 1=100 162 к. Вт 0 130 С вода 40 0 С ∆H 2=180 60 к. Вт 0 100 С 0 120 С пар 18 к. Вт 60 0 С ∆H 3=160 100 к. Вт 0 30 С ∆H 4=162 к. Вт Q г =60 к. Вт Q х =18 к. Вт

Пар, к. Вт Количество тепло-ов 60 60 Холодная Вода, к. Вт 18 4 0 180 80 0 100 0 130 1 0 85 0 3 пар 130 0 60 2 вода 18 40 0 100 0 49 120 162 0 30 0 0 4

Изображение горячих потоков T - H диаграмме и построение композитной линии T, 0 C 180 / ∆H =G 1·C 1·(T 1 k-T 2 k)= 0, 5· 2·(180 -130)= 50 к. Вт 130 1 // ∆H =(G 1·C 1 + G 2 C 2)· (T 2 k. T 1 н)= (0, 5· 2 + 1· 2)·(13080)=150 к. Вт 80 2 /// ∆H = G 2·C 2·(T 1 k. T 2 k)= 1· 2·(80 -40) =80 к. Вт 40 80 к. Вт 150 к. Вт 180 к. Вт 100 к. Вт H, к. Вт

Изображение холодных потоков T - H диаграмме и построение композитной линии T, 0 C 120 / ∆H =G 4·C 4·(T 4 k-T 3 k)= 1· 1, 8·(120 -100)= 36 к. Вт 100 4 3 ∆H =(G 3·C 3 + G 4·C 4)·(T 3 k-T 3 н)= (2· 2 + 1· 1, 8)·(100 -60)=232 к. Вт // 60 /// ∆H = G 4·C 4·(T 3 k. T 4 k)= 1· 1, 8·(60 -30) =54 к. Вт 30 232 к. Вт 54 к. Вт 162 к. Вт 36 к. Вт H, к. Вт 160 к. Вт 10 к. Вт

T, 0 C Q г = 48 к. Вт 180 130 120 100 P 80 60 40 TГ= 70 C Pinch P Tх = 60 C 30 Q х = 6 к. Вт Q восст =274 к. Вт H, к. Вт 10 к. Вт

n Потоки над Pinch и под Pinch рассматриваются отдельно. n 3 золотых правила Pinch-технологии: 1. 2. 3. Нельзя устанавливать холодильники в системе над Pinch. Нельзя устанавливать нагреватели в системе под Pinch. Нельзя передавать тепло через Pinch.

CP 1 Над 100 к. Вт 180 С 0 ∆H 1=100 120 к. Вт 130 С ∆H 2=120 0 4, 0 100 С 1, 8 пар 60 0 С ∆H 3=160 пар 0 4 70 0 С 2, 0 40 к. Вт 3 80 0 C 1, 0 0 2 ∆H, к. Вт 120 С 120 к. Вт 0 60 С ∆H 4=108 8 к. Вт 100 к. Вт

Под CP 2 4 70 0 С 54 к. Вт 2, 0 40 0 С ∆H 2=60 · вода 60 0 С 6 к. Вт 1, 8 54 к. Вт ∆H, к. Вт 30 0 С ∆H 4=54

Совмещаем сеть теплообменников над и под Pinch в одну

CP 1 100 к. Вт 180 0 С 1, 0 120 к. Вт 130 С 54 к. Вт 40 0 С ∆H 2=180 0 6 к. Вт 60 С 0 4, 0 100 С ∆H 3=160 пар 120 к. Вт 0 30 С 0 4 вода 2, 0 40 к. Вт пар 3 1, 8 ∆H, к. Вт ∆H 1=100 0 2 80 C 0 120 С ∆H 4=162 8 к. Вт 100 к. Вт 54 к. Вт

Пар Количество тепло-ов 48 к. Вт 60 Холодная вода 6 к. Вт 6 0 80 0 1 100 3 120 40 130 0 2 90 0 пар 70 хол. вода 6 40 0 0 43 100 0120 0 пар 8 0 115 0 0 60 54 30 0 4

n Табличный способ определения места положения Pinch, а также горячего и холодного потребления.

T, 0 C Pinch H, к. Вт

1 2 3 4 1 0 T, C 175 2 125 1 3 105 1, 2, 4 4 75 1, 2, 3, 4 65 2, 3, 4 5 35 2, 4

№ интерва ла Интервал температур Потоки ∑ CPх - ∑ CPг Теплота 1 175 -125 1 -1, 0 -50 2 125 -105 1, 2, 4 -1, 2 -24 3 105 -75 1, 2, 3, 4 2, 8 84 4 75 -65 2, 3, 4 3, 8 38 5 65 -35 2, 4 -0, 2 -6 ΔQ, к. Вт

175 0 50 105 75 0 Pinch -42 84 38 -48 -24 122 -10 125 98 74 -50 48 Q гор 6 Q хол 38 65 35 р -6 0 T г = 65 + (ΔT )/2= 70 C min р 0 T х = 65 - (ΔT )/2= 60 C min

v Тепло, которое отдают горячие потоки определяются по формуле: ∆ v H=Gi∙ci∙(Tн i – Tк i) Тепло, которое потребляют холодные потоки вычисляется по формуле: ∆ H=Gi∙ci∙(Tк i – Tн i)

N П tкон t нач G, кг/c c, к. Дж/кг∙с G·C, к. Вт/K Q, к. Вт 1 гор 180 80 0, 5 2 1, 0 100 2 гор 130 40 1 2 2, 0 180 3 хол 60 100 2 2 4, 0 160 4 хол 30 120 1 1, 8 162 280 322