1、第第8 8章章 換熱換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H圖圖)與組合曲線與組合曲線 二、夾點位置及其特性二、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間-調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運

2、輸問題模型設(shè)計法 四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 400K 160 450K 280 400 390K 140 455K 260 420 380K 120 460K 240 440 370K 100 465K 220 460 360K 80 470K 200 480 350K 60 475K 180 500續(xù)續(xù)600 K320 K350 K520 KE560kW負(fù)荷負(fù)荷680kWCH傳熱溫差傳

3、熱溫差太小了太小了!0100對對數(shù)數(shù)平平均均溫溫差差換熱負(fù)荷換熱負(fù)荷400500換熱負(fù)荷換熱負(fù)荷： Q = K A tm A = Q / K tm能量回收能量回收T1T2t2t1 t1 t2 t 傳熱溫差傳熱溫差1212lnmttttt tm 對數(shù)平均傳熱溫差對數(shù)平均傳熱溫差傳熱溫差為零！傳熱溫差為零！傳熱的熱力學(xué)極限！傳熱的熱力學(xué)極限！熱量回收達(dá)到理論最大值熱量回收達(dá)到理論最大值工程上必須考慮傳熱速率，保證工程上必須考慮傳熱速率，保證min( t1, t2)0500350K換換熱熱面面積積第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 回收熱量最大回收熱量最大 換熱器數(shù)

4、目最少換熱器數(shù)目最少設(shè)備投資最少設(shè)備投資最少(總換熱面積最小總換熱面積最小)換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目標(biāo)：換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目標(biāo)：傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K與設(shè)備類型有關(guān)與設(shè)備類型有關(guān)換熱負(fù)荷：換熱負(fù)荷： Q = K A tmA 與投資成本有關(guān)與投資成本有關(guān)Q 與操作成本有關(guān)與操作成本有關(guān)投資投資 !能量回收能量回收 !K 不變時，不變時，Q tm A 降低降低 tm，需要設(shè)備傳熱效率高，需要設(shè)備傳熱效率高第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-

5、H圖圖)與組合曲線與組合曲線 二、夾點位置及其特性二、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間-調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法 四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)

6、合成與裝置用能分析簡單網(wǎng)絡(luò)簡單網(wǎng)絡(luò) ： 沒有流股分割器；沒有流股分割器； 一個熱流與一個冷流只匯合一次一個熱流與一個冷流只匯合一次 第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析2股冷流與股冷流與2股熱流的換熱方案組合股熱流的換熱方案組合窮舉法分析不可行！窮舉法分析不可行！( (圖中無箭頭線段表示流圖中無箭頭線段表示流股可雙向流動；加熱器股可雙向流動；加熱器及冷卻器未標(biāo)出及冷卻器未標(biāo)出) )第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對能量回收的影響換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對能量回收的影響物流代號物流代號入口溫度入口溫度, 出口溫度出口溫度, 熱容

7、流率，熱容流率，Mw/KH1360908.0H2180906.0C14030012.0最小允許傳熱溫差最小允許傳熱溫差T min = 20 min = min ( T1, T2 )dQW C dTp整個換熱網(wǎng)絡(luò)溫差不能低于此值整個換熱網(wǎng)絡(luò)溫差不能低于此值！Cp變化不太大時可取平均值變化不太大時可取平均值也也可分段線性化可分段線性化同樣的同樣的Q下，下，Cp越大，溫度變化？越大，溫度變化？第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析方案一方案一 方案二方案二 方方 案案換熱設(shè)備數(shù)換熱設(shè)備數(shù)熱公用工程負(fù)荷熱公用工程負(fù)荷冷公用工程負(fù)荷冷公用工程負(fù)荷方案一方案一3960540方

8、案二方案二4540120差差 值值1420420第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H圖圖)與組合曲線與組合曲線 二、夾點位置及其特性二、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間-調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法 四

9、、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 Pinch Point TechnologyWhistler, 1948提出提出T-H圖圖Hoffmann, 1971在在T-H圖上進(jìn)行流股的熱復(fù)合，找圖上進(jìn)行流股的熱復(fù)合，找到能量最優(yōu)解到能量最優(yōu)解Linnhoff, 1978通過劃分溫度區(qū)間和熱量衡算通過代通過劃分溫度區(qū)間和熱量衡算通過代數(shù)找到最優(yōu)解，提出數(shù)找到最優(yōu)解，提出T

10、I-ED法法Linnhoff, 1979提出夾點概念提出夾點概念20世紀(jì)世紀(jì)70年代末至年代末至80年代初年代初Linnhoff在在BP和和UC核算核算了上百個現(xiàn)有、新建和待建工程項目，效果明顯。了上百個現(xiàn)有、新建和待建工程項目，效果明顯。投資回收期普遍低于半年，許多項目還節(jié)省了投資投資回收期普遍低于半年，許多項目還節(jié)省了投資第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H(T-H圖圖) )與組合曲線與組合曲線 二、夾點位置及

11、其特性二、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間- -調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-EDTI-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法 四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H(T-H圖圖) )與組合曲線與組合曲線第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用

12、能分析(一一) T - H 圖圖 工藝物流熱量工藝物流熱量dQ與溫度與溫度dT的關(guān)系：的關(guān)系： dQW C dTpTS加熱到目標(biāo)溫度加熱到目標(biāo)溫度TT :QW CdTPTTST在在TS到到TT內(nèi)內(nèi)Cp為常數(shù)為常數(shù), 令令WCp = CP QCP TTHTS()第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析figureTHTSTT傳熱溫差傳熱溫差交叉交叉tStEQE,maxQH,minQC,min最小傳熱溫差最小傳熱溫差工程傳熱極限工程傳熱極限傳熱溫差為零傳熱溫差為零熱力學(xué)極限熱力學(xué)極限 Tmin投影長度為熱負(fù)荷投影長度為熱負(fù)荷斜率為斜率為1/CP線段水平移動不會影響熱負(fù)荷

13、線段水平移動不會影響熱負(fù)荷T 熱流溫度，熱流溫度，t 冷流溫度冷流溫度下標(biāo)下標(biāo) S 進(jìn)入溫度，下標(biāo)進(jìn)入溫度，下標(biāo)E出口溫度出口溫度傳熱溫差上升傳熱溫差上升，QE下降下降T-H曲線曲線第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析不同物流在不同物流在 T-H T-H 圖上的標(biāo)繪：圖上的標(biāo)繪：冷物流冷物流熱物流熱物流純組分氣化純組分氣化純組分冷凝純組分冷凝多組分氣化多組分氣化多組分冷凝多組分冷凝第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析(二二) 組合曲線組合曲線(Compositive CurveTH幾何幾何畫法：（畫法：（3股同類型物流）股同類型物

14、流）(CP1+CP2+CP3)(CP1+CP3)以端點溫度劃分溫度區(qū)，將每個溫區(qū)內(nèi)的物以端點溫度劃分溫度區(qū)，將每個溫區(qū)內(nèi)的物流熱負(fù)荷相加流熱負(fù)荷相加(溫區(qū)內(nèi)熱負(fù)荷視為一體溫區(qū)內(nèi)熱負(fù)荷視為一體)，各溫，各溫區(qū)之間熱負(fù)荷從低到高相累加區(qū)之間熱負(fù)荷從低到高相累加(1)(2)(3)(4)CP2CP3123第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析將冷流與熱流分別對待將冷流與熱流分別對待按照端點溫度排序，形成溫度區(qū)間按照端點溫度排序，形成溫度區(qū)間計算各溫度區(qū)間內(nèi)同類物流的總熱負(fù)荷計算各溫度區(qū)間內(nèi)同類物流的總熱負(fù)荷 以最低溫度點為基準(zhǔn)，在以最低溫度點為基準(zhǔn)，在T-H坐標(biāo)圖上劃出溫

15、度與熱負(fù)荷曲坐標(biāo)圖上劃出溫度與熱負(fù)荷曲線線組合曲線數(shù)學(xué)畫法組合曲線數(shù)學(xué)畫法()jjiQTCP T1T2T3T5T4T6123Cp2Cp1+Cp2Cp1+Cp2+Cp3Cp2+Cp3Cp3總總Cp區(qū)間總熱負(fù)荷區(qū)間總熱負(fù)荷 = 區(qū)間總區(qū)間總CP 區(qū)間長度區(qū)間長度第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H(T-H圖圖) )與組合曲線與組合曲線 二、夾點位置及其特性二、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)

16、絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間- -調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-EDTI-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法 四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能 二、夾點位置及其特性二、夾點位置及其特性第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析夾點位置夾點位置THDTmin1. 夾點位置與夾點位置與DTmin相關(guān)相關(guān),應(yīng)根據(jù)應(yīng)根據(jù)過

17、程特點過程特點取取DTmin Tmin2. 斜率下降，有物流加入斜率下降，有物流加入 斜率變大，有物流退出斜率變大，有物流退出3. 夾點只能在端點或進(jìn)料夾點只能在端點或進(jìn)料能量成本較低，可取較大的能量成本較低，可取較大的DTmin，如常減壓，如常減壓20能量能量成本高，成本高，可取可取較較小小的的DTmin，如深冷分離如深冷分離Tmin非夾點匹配非夾點匹配=Tmin夾點之上熱流必有夾點之上熱流必有夾點匹配夾點匹配夾點夾點第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析夾點匹配（續(xù)）夾點匹配（續(xù)）夾點之下子系統(tǒng)夾點之下子系統(tǒng)12夾點夾點3約束最多約束最多首先設(shè)計首先設(shè)計有一定

18、自由度有一定自由度靈活優(yōu)化設(shè)計靈活優(yōu)化設(shè)計夾點之下冷流必有夾點之下冷流必有夾點匹配夾點匹配夾點匹配夾點匹配第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析夾點上方，熱物流數(shù)目夾點上方，熱物流數(shù)目NH(包括分支數(shù)目包括分支數(shù)目)要小于或要小于或等于冷物流數(shù)目等于冷物流數(shù)目NC(包括分支數(shù)目包括分支數(shù)目)，即，即 NH NC在夾點下方，熱物流數(shù)目在夾點下方，熱物流數(shù)目NH (包括分支數(shù)目包括分支數(shù)目)要大于要大于或等于冷物流數(shù)目或等于冷物流數(shù)目NC (包括分支數(shù)目包括分支數(shù)目) ，即，即 NH NC夾點匹配可行性原則（夾點匹配可行性原則（1）：）：第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與

19、裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析不滿足時的處理不滿足時的處理分支分支夾點之上子系統(tǒng)夾點之上子系統(tǒng)TC + TminTCTC + TminTCC TminTi max-Tmin，則刪去該，則刪去該塊中溫度在塊中溫度在Ti min-Tmin以上的部分以上的部分 （冷流（冷流此部分此部分熱量任何熱流都無法滿足）熱量任何熱流都無法滿足）2) 物流間最大換熱量與公用工程用量的確定物流間最大換熱量與公用工程用量的確定 第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析可交換的熱量可交換的熱量（ Tmin=10） QEQHQC min,Qw確定無法與冷流換熱確定無法與冷流換熱Qs確定

20、無法確定無法與熱流與熱流換熱換熱可交換的最大熱負(fù)荷：可交換的最大熱負(fù)荷：第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析若若QCQH，則，則QE=QH，冷公用工程負(fù)荷，冷公用工程負(fù)荷QW=QW，熱公用工程負(fù)荷，熱公用工程負(fù)荷QS=QS+Q|CHQQQ第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 熱塊和冷塊按熱塊和冷塊按Ti和和to從高到低的順序逐一匹配。從高到低的順序逐一匹配。 當(dāng)溫?zé)釄D上熱塊按當(dāng)溫?zé)釄D上熱塊按Ti、冷塊按、冷塊按to遞減的順序排列時，第遞減的順序排列時，第i個熱塊的出口溫度不能低于第個熱塊的出口溫度不能低于第i+1個熱塊的進(jìn)口溫度。

21、同樣，個熱塊的進(jìn)口溫度。同樣，第第j個冷塊的進(jìn)口溫度不能低于第個冷塊的進(jìn)口溫度不能低于第j+1個冷塊的出口溫度。也個冷塊的出口溫度。也就是說，當(dāng)某一溫度水平上有多個塊同時存在時，需將有關(guān)就是說，當(dāng)某一溫度水平上有多個塊同時存在時，需將有關(guān)的塊作水平分割的塊作水平分割(串聯(lián)串聯(lián))，而將具有相同溫度水平的部分作為，而將具有相同溫度水平的部分作為一個塊處理。一個塊處理。 配對的熱塊和冷塊的面積必須相等。若待配對的某一對熱配對的熱塊和冷塊的面積必須相等。若待配對的某一對熱塊與冷塊的面積不相等，則需將大塊作水平分割，劃出與小塊與冷塊的面積不相等，則需將大塊作水平分割，劃出與小塊面積相等的部分與小塊匹配。

22、大塊的剩余部分與與后面的塊面積相等的部分與小塊匹配。大塊的剩余部分與與后面的塊進(jìn)行匹配。塊進(jìn)行匹配。 若某一塊中包含有不同的物流，應(yīng)將與其匹配的塊作垂直若某一塊中包含有不同的物流，應(yīng)將與其匹配的塊作垂直分割分割(并聯(lián)并聯(lián))，以滿足不同物流的換熱需要。，以滿足不同物流的換熱需要。 若網(wǎng)絡(luò)中需設(shè)置加熱器，應(yīng)置于網(wǎng)絡(luò)的末端；需設(shè)置冷卻若網(wǎng)絡(luò)中需設(shè)置加熱器，應(yīng)置于網(wǎng)絡(luò)的末端；需設(shè)置冷卻器時，也應(yīng)置于網(wǎng)絡(luò)的末端。器時，也應(yīng)置于網(wǎng)絡(luò)的末端。3) 冷熱物流間的匹配冷熱物流間的匹配 第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析物物 流流Ti，To，CP，kW/Sh13604010Sh2

23、30018010Sc9029015W301）畫溫?zé)釄D）畫溫?zé)釄D Tmin=10熱流溫度，熱流溫度，冷流溫度，冷流溫度，第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析物物 流流Ti，To，CP，kW/Sh13604010Sh230018010Sc9029015W302）確定必須使）確定必須使用的公用工程量用的公用工程量必須冷卻必須冷卻熱流溫度，熱流溫度，冷流溫度，冷流溫度，第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析3）冷熱流各自切割溫區(qū)）冷熱流各自切割溫區(qū)區(qū)間區(qū)間 I區(qū)間區(qū)間 II區(qū)間區(qū)間 III區(qū)間區(qū)間 I物物 流流Ti，To，CP，kW/Sh1

24、3604010Sh230018010Sc9029015W30熱流溫度，熱流溫度，冷流溫度，冷流溫度，第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析4）分塊垂直溫差匹配）分塊垂直溫差匹配區(qū)間區(qū)間 I從冷塊最高溫度切去相同面積從冷塊最高溫度切去相同面積切到哪里？切到哪里？t = 290-(360-300)*10/15 = 250熱流塊熱流塊II有兩個流股，合起來與冷流切塊！有兩個流股，合起來與冷流切塊！t = 250-(300-180)*10*2/15 = 90從冷塊最高溫度切去相同總面積從冷塊最高溫度切去相同總面積剛好將冷塊所有熱負(fù)荷用光！熱塊有剛好將冷塊所有熱負(fù)荷用光！熱

25、塊有2個！個！出力相同，但封賞差別大！出力相同，但封賞差別大！E1E2熱負(fù)荷富裕，必須用冷公用工程熱負(fù)荷富裕，必須用冷公用工程總冷卻負(fù)荷：總冷卻負(fù)荷：(180-40)*10=1400熱流溫度，熱流溫度，冷流溫度，冷流溫度，第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析5）最終換熱方案）最終換熱方案第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H(T-H圖圖) )與組合曲線與組合曲線 二、夾點位置及其特性二

26、、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間- -調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-EDTI-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法 四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析某公司有三個分散的工廠某

27、公司有三個分散的工廠A，B，C。公司的主顧分。公司的主顧分散在四個地區(qū)散在四個地區(qū)a，b，c，d。從各工廠將產(chǎn)品運往各。從各工廠將產(chǎn)品運往各主顧的運輸費用及產(chǎn)品批此間的供求關(guān)系如表所示。主顧的運輸費用及產(chǎn)品批此間的供求關(guān)系如表所示。試制訂一個運輸，使總運輸費用最小。試制訂一個運輸，使總運輸費用最小。 運輸問題運輸問題第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析運費表運費表產(chǎn)量產(chǎn)量需求量需求量工廠至客戶的運費工廠至客戶的運費運輸方案的制定？運輸方案的制定？直觀做法：去哪兒便宜，首先運足！直觀做法：去哪兒便宜，首先運足！第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成

28、與裝置用能分析第一次運輸計劃第一次運輸計劃0505 07 016011 00121057511總運費：總運費：3 10+4 5+2 12+5 7+12 5+16 11 = 345是否最優(yōu)？是否最優(yōu)？運費已經(jīng)很高！運費已經(jīng)很高！第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析特有常數(shù)特有常數(shù): (某工廠的特有常數(shù)某工廠的特有常數(shù))+(和它對應(yīng)的主顧的特有常數(shù)和它對應(yīng)的主顧的特有常數(shù))= (從該工廠到該主顧間的運費從該工廠到該主顧間的運費)3特有常數(shù)特有常數(shù)+ +特有常數(shù)特有常數(shù)= =運費運費4251216第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析-6

29、814-60(從該工廠到該主顧間的運費從該工廠到該主顧間的運費) = (某工廠的特有常數(shù)某工廠的特有常數(shù))+(和它對應(yīng)的主顧的特有常數(shù)和它對應(yīng)的主顧的特有常數(shù))計算運費計算運費 實際運費實際運費 = 運費差運費差（單純形判別值單純形判別值）-67-13412-8-515-20311741215105-668-2存在大于零的運費差，說明方案還沒有達(dá)到最優(yōu)存在大于零的運費差，說明方案還沒有達(dá)到最優(yōu)找到判別值最大的單元找到判別值最大的單元+5最大限度往此單元格輸送貨物最大限度往此單元格輸送貨物 + + 第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析踏石路徑踏石路徑+ - + -

30、 踏石路徑踏石路徑 =5在路徑中找到數(shù)值在路徑中找到數(shù)值最小者，消去最小者，消去05612第二次運輸計劃！第二次運輸計劃！第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析新特有常數(shù)新特有常數(shù)3特有常數(shù)特有常數(shù)+特有常數(shù)特有常數(shù)=運費運費10251216第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析-13-49-10第二次運輸計劃檢驗第二次運輸計劃檢驗-17-8912-3-515-203-14-5767-1-168-2 所有所有判別值的數(shù)值均小于判別值的數(shù)值均小于0，為，為最優(yōu)方案最優(yōu)方案。最小最小運輸費用為運輸費用為320。-43第第8 8章章 換熱網(wǎng)

31、絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析運輸問題用于換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計運輸問題用于換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計物物 流流熱容流率熱容流率(kw/)入口溫入口溫度，度，出口溫出口溫度，度，交換熱交換熱量量(kw)C18.4593205946C28.44382211545H312.53310149-2017C419.651492051100H58.3224493-1256C615.50661381116H76.9623866-1198第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析1. 以熱流入口端點溫度以熱流入口端點溫度TminTmin、最低熱流出口端、最低熱流出口端點溫度點溫度TminTm

32、in、冷流入口端點溫度、最低冷流冷流入口端點溫度、最低冷流出口端點溫度一起從大到小排序出口端點溫度一起從大到小排序2. 計算系統(tǒng)的夾點溫度及最小公用工程負(fù)荷計算系統(tǒng)的夾點溫度及最小公用工程負(fù)荷3. 生成運輸問題初始方案生成運輸問題初始方案4. 可以進(jìn)行換熱的區(qū)間運費為可以進(jìn)行換熱的區(qū)間運費為0, 不可換熱區(qū)間運費不可換熱區(qū)間運費取值極大（如取值極大（如108）5. 進(jìn)行運費問題優(yōu)化計算進(jìn)行運費問題優(yōu)化計算6. 合并臨近的相同冷、熱換熱匹配合并臨近的相同冷、熱換熱匹配7. 調(diào)優(yōu)網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)網(wǎng)絡(luò)運輸問題換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計步驟運輸問題換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計步驟第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置

33、用能分析初始換熱方案初始換熱方案chh34h54h74h33h53h733h52h72h711H421892 7075501254663908318870c441100c24608c14473c23473c13473c63697c22228c62419c21236432186460842053418181292258125314152763148322236166236hIIIIIIII70IIIIIIIIIIIIIIIIIIIII產(chǎn)生初值的方法稱為西北角法產(chǎn)生初值的方法稱為西北角法I 很大的運費，表示可不匹配很大的運費，表示可不匹配第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置

34、用能分析計算換熱方案計算換熱方案chh34h54h74h33h53h733h52h72h711H421892 7075501254663908318870c441100c24608c14473c23473c13473c63697c22228c62419c212364321864608420473234125381597215623183188236236hIIIIIIII70IIIIIIIIIIIIIIIIIIIII5322783第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱器合并換熱器合并115393411161232286470第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用

35、能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析合并后的初始網(wǎng)絡(luò)合并后的初始網(wǎng)絡(luò)熱量回路熱量回路第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析熱量遷移后的最終網(wǎng)絡(luò)熱量遷移后的最終網(wǎng)絡(luò)第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析易腐蝕物流與易燃易爆物流的換熱匹配易腐蝕物流與易燃易爆物流的換熱匹配將禁止匹配物流間的運費系統(tǒng)取值很大將禁止匹配物流間的運費系統(tǒng)取值很大禁止換熱匹配物流的處理禁止換熱匹配物流的處理第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱器的合并主觀性強換熱器的合并主觀性強不能切割流股不能切割流股不易編程不易編程運輸問題設(shè)計法的

36、不足運輸問題設(shè)計法的不足第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H(T-H圖圖) )與組合曲線與組合曲線 二、夾點位置及其特性二、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間- -調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-EDTI-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法

37、四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能 四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析轉(zhuǎn)運問題轉(zhuǎn)運問題產(chǎn)品產(chǎn)品 中間中間倉庫倉庫目的地目的地?zé)嵛锪鳠崃繜嵛锪鳠崃繙囟葴囟葏^(qū)間區(qū)間冷物流熱量冷物流熱量第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析模型要點模型要點：(1) 熱量從包含在某一溫度區(qū)間中的所有熱工藝物流熱量從包含在某一溫度區(qū)間中的所有熱工藝物流和公用工程加熱物流流入該溫度區(qū)間

38、；和公用工程加熱物流流入該溫度區(qū)間；(2) 熱量從該溫度間隔流出到包含在該溫度區(qū)間中的熱量從該溫度間隔流出到包含在該溫度區(qū)間中的所有冷工藝物流和冷公用工程冷卻物流；所有冷工藝物流和冷公用工程冷卻物流；(3) 該間隔中余下的熱量流入到下一個較低溫位的溫該間隔中余下的熱量流入到下一個較低溫位的溫度區(qū)間中去；度區(qū)間中去；(4) 熱量只能從溫位較高的溫度區(qū)間流入到溫位較低熱量只能從溫位較高的溫度區(qū)間流入到溫位較低的溫度區(qū)間的溫度區(qū)間 第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析目標(biāo)函數(shù)：目標(biāo)函數(shù)：最小的公用工程用量最小的公用工程用量 網(wǎng)絡(luò)的最大熱回收和最小的網(wǎng)絡(luò)的最大熱回收和最

39、小的操作費；操作費；最少的換熱設(shè)備數(shù)最少的換熱設(shè)備數(shù) 即最小的投資費用即最小的投資費用第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型：換熱網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型： 求解最小公用工程費用的換熱網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型求解最小公用工程費用的換熱網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型 LP 求解最少換熱器數(shù)的換熱網(wǎng)絡(luò)模型求解最少換熱器數(shù)的換熱網(wǎng)絡(luò)模型 MILP 約束條件：約束條件： 等式約束等式約束 平衡方程平衡方程 不等式約束不等式約束 邊界條件邊界條件 非負(fù)要求非負(fù)要求 適宜或不適宜匹配適宜或不適宜匹配 決策變量：決策變量： 二元變量二元變量 yij= 0、1 （可匹配為（可匹配為1，不可匹配為，

40、不可匹配為0） 連續(xù)變量連續(xù)變量 匹配熱負(fù)荷匹配熱負(fù)荷 溫度溫度 流量流量 溫度間隔間的熱流量等溫度間隔間的熱流量等第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H(T-H圖圖) )與組合曲線與組合曲線 二、夾點位置及其特性二、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間- -調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-EDTI

41、-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法 四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析熱力學(xué)分析熱力學(xué)分析 量：量： 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 能能量量 質(zhì)：質(zhì)： 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 有效有效能能質(zhì)：能量做功的能力！質(zhì)：能量做功的能力！第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)

42、絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H(T-H圖圖) )與組合曲線與組合曲線 二、夾點位置及其特性二、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間- -調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-EDTI-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法 四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡

43、及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 ：sysoutinEEEEin進(jìn)入體系的能量進(jìn)入體系的能量Eout從體系輸出的能量從體系輸出的能量 Esys體系內(nèi)能的變化體系內(nèi)能的變化 體系輸入能量體系輸入能量 = 輸出能量輸出能量 + 體系儲存能量增加體系儲存能量增加系統(tǒng)的能量平衡系統(tǒng)的能量平衡第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析穩(wěn)定流動體系的能量平衡穩(wěn)定流動體系的能量平衡 HH

44、QWoutinTHin進(jìn)入進(jìn)入體系的能量；體系的能量；Hout從從體系輸出的能量；體系輸出的能量；Q外界外界輸入的熱量；輸入的熱量；WT體系體系對外所作的功對外所作的功 在忽略體系進(jìn)出口動能和勢能變化的條件下：在忽略體系進(jìn)出口動能和勢能變化的條件下：進(jìn)出口焓差進(jìn)出口焓差 = 外界輸入熱量外界輸入熱量 - 體系對外所作功體系對外所作功第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析設(shè)備和工藝系統(tǒng)的能量平衡計算設(shè)備和工藝系統(tǒng)的能量平衡計算 EiESEeEwER工藝物流帶入工藝物流帶入外界提供：外界提供：燃料燃料, 電力電力, 蒸汽蒸汽,反應(yīng)熱反應(yīng)熱, 溶解熱等溶解熱等工藝物流帶

45、走工藝物流帶走外供熱排向環(huán)境部分外供熱排向環(huán)境部分:冷卻水冷卻水, 空氣空氣, 煙道氣煙道氣,不完全燃燒不完全燃燒, 散熱散熱, 物物料的逸損等料的逸損等換熱系統(tǒng)換熱系統(tǒng)回收回收環(huán)境環(huán)境有效能量有效能量EeEw無效能量無效能量盡可能提高有效能量盡可能提高有效能量第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析系統(tǒng)能量平衡：系統(tǒng)能量平衡： iseWEEEE僅能得到能量利用和損失的具體數(shù)值，不僅能得到能量利用和損失的具體數(shù)值，不能全面反映能量的利用程度能全面反映能量的利用程度 引入引入設(shè)備效率設(shè)備效率：利益與代利益與代價價sWsieEEEEE1供給能量有效吸納能量設(shè)備效率外界提

46、外界提供的能供的能量量系統(tǒng)總能量：系統(tǒng)總能量： EEEEEEisReWR工藝工藝物流物流實際獲得實際獲得的能量的能量第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析常用指標(biāo)：常用指標(biāo)：能量利用率 EEEEEEEEEeRisRWisR1RsiREEEE能量回收率RsieEEEE能量輸出率通常情況下，系統(tǒng)輸出物流的能量變化很小，通常情況下，系統(tǒng)輸出物流的能量變化很小，提高提高ER可降低可降低ES、減少、減少EW，從而提高效率，從而提高效率第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析由能量平衡表考核能量利用率由能量平衡表考核能量利用率 流流 入入 熱熱 量

47、量 流流 出出 熱熱 量量 No.項項 目目量量, 106kJ/h%No.項項 目目量量,106kJ/h%1工藝物流輸入能量工藝物流輸入能量22.20.41工藝物流帶走能量工藝物流帶走能量149.72.52燃料產(chǎn)生熱量燃料產(chǎn)生熱量221336.82反應(yīng)吸熱反應(yīng)吸熱2544.23反應(yīng)放熱反應(yīng)放熱384.96.43對外提供蒸汽對外提供蒸汽125.42.24動力能量動力能量111.71.94冷卻水取熱冷卻水取熱191231.85回收熱量回收熱量327654.55煙氣帶熱煙氣帶熱211.73.5 6工藝物流排放帶熱工藝物流排放帶熱791.5 7回收熱回收熱327654.5 合計合計6007.8100

48、合計合計6007.8100有效能量有效能量無無效能量效能量回收能量回收能量回收能量回收能量輸入能量輸入能量第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析解：解：RsiReEEEEE能量利用率%5 .548 .60073276RsiREEEE能量回收率 149.7 + 254 + 125.4 + 3276= = 63.3% 6007.8第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析第一節(jié)第一節(jié) 換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念換熱網(wǎng)絡(luò)的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)夾點技術(shù)及夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò) 一、溫焓圖一、溫焓圖(T-H(T-H圖圖) )與組合

49、曲線與組合曲線 二、夾點位置及其特性二、夾點位置及其特性 三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)三、夾點法設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)第三節(jié) 常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介常用的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法簡介 一、溫度區(qū)間一、溫度區(qū)間- -調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（調(diào)優(yōu)改進(jìn)設(shè)計法（TI-EDTI-ED法）法） 二、最小面積法二、最小面積法 三、運輸問題模型設(shè)計法三、運輸問題模型設(shè)計法 四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法四、轉(zhuǎn)運問題模型設(shè)計法第四節(jié)第四節(jié) 裝置的能量平衡及用能分析裝置的能量平衡及用能分析 一、體系的能量平衡一、體系的能量平衡 二、有效能二、有效能 二、有效能二、有效能第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析有效能有效

50、能(Available Energy) (exergy)無效能無效能能量做功的能力能量做功的能力排放到環(huán)境的能量排放到環(huán)境的能量第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析例：例：能量與功能量與功0.2MPa1801.0MPa蒸汽蒸汽熱負(fù)荷熱負(fù)荷47.0MJ/kmol發(fā)電發(fā)電5.2MJ/kmol效率效率:11%40水水第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析例：例：能量與功能量與功0.2MPa2504.0MPa蒸汽蒸汽熱負(fù)荷熱負(fù)荷47.2MJ/kmol發(fā)電發(fā)電9.2MJ/kmol效率效率:19.5%40水水能量在數(shù)量上沒有太大變化，但做功能能

51、量在數(shù)量上沒有太大變化，但做功能量增加很多量增加很多第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 1) 功和熱量的有效能功和熱量的有效能 有用功有用功 W : Ex=W 熱量熱量Q：1. 有效能的計算有效能的計算 WQTTExQ()10熱源,T環(huán)境,T0卡諾機QQTT()10QTT()0第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析變溫?zé)嵩吹挠行茏儨責(zé)嵩吹挠行?()1 ()1 (2121122100SSTQESSTQQTTEQTTdEoxQxQxQT0123456TS有效能有效能無效能無效能O熱量的有效能是熱量本身熱量的有效能是熱量本身固有的特

52、性固有的特性，是系統(tǒng)，是系統(tǒng)對外作功對外作功能力能力的體現(xiàn)，與實現(xiàn)作功的方式?jīng)]有關(guān)系。系統(tǒng)只要吸的體現(xiàn)，與實現(xiàn)作功的方式?jīng)]有關(guān)系。系統(tǒng)只要吸收了熱量，及增加了這部分熱量所具有的有效能。收了熱量，及增加了這部分熱量所具有的有效能。 溫度變化所發(fā)生溫度變化所發(fā)生的能量變化的能量變化第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 任一封閉系統(tǒng)以可逆方式從給定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到環(huán)任一封閉系統(tǒng)以可逆方式從給定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到環(huán)境狀態(tài)，且只與環(huán)境有熱量交換時所作出的最大有境狀態(tài)，且只與環(huán)境有熱量交換時所作出的最大有用功，稱為給定狀態(tài)下封閉系統(tǒng)的有效能。用功，稱為給定狀態(tài)下封閉系統(tǒng)的有效能。 2)

53、封閉系統(tǒng)的有效能封閉系統(tǒng)的有效能 P, T, UP0, T0P0, T0, U0Q0WMAX第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 過程可逆過程可逆: 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 UUQWMAX00SSQT000WT SSUUMAX000()()克服大氣阻力，對外膨脹作功克服大氣阻力，對外膨脹作功Wa: WP VVa00()最大有用功，即有效能為最大有用功，即有效能為 )()()(00000VVPUUSSTExQ狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析3) 穩(wěn)定流動體系的有效能穩(wěn)定流動體系的有效能 對外作功對外作功 T

54、,P,H,ST0,P0,H0,S0穩(wěn)定流動開口體系Q0WQHHWAX00()可逆過程，系統(tǒng)熵增：可逆過程，系統(tǒng)熵增：)()()()(0000000STHSTHHHSSTWEMAXx實際使用的有效能：實際使用的有效能： 物理有效能、化學(xué)有效能和擴(kuò)散有效能物理有效能、化學(xué)有效能和擴(kuò)散有效能一般使用至于溫度、壓力有關(guān)的物理有效能。一般使用至于溫度、壓力有關(guān)的物理有效能。 環(huán)境環(huán)境第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析2. 有效能的損失及有效能平衡方程有效能的損失及有效能平衡方程 能量中能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪遣糠帜芰磕芰恐心苻D(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪遣糠帜芰靠赡孢^程，沒有有效能的損失可逆過程，

55、沒有有效能的損失 第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 有限溫差下傳熱過程引起的有效能損失有限溫差下傳熱過程引起的有效能損失 THTLT0高溫?zé)嵩从行埽焊邷責(zé)嵩从行埽?1 (0HHxTTQE Q低溫?zé)嵩从行埽旱蜏責(zé)嵩从行埽?1 (0LxLTTQE損失：損失：)11(0HLxLxHxTTQTEEdETH-TLdEx第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 絕熱節(jié)流過程的有效能損失絕熱節(jié)流過程的有效能損失 P1, T1, H1, P2, T2, H2, HHHoutin 0)()(210210,SSTSSTHHEEEoutinou

56、txinxx穩(wěn)定流動體系穩(wěn)定流動體系第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 穩(wěn)定流動體系的有效能平衡穩(wěn)定流動體系的有效能平衡 H1TWS1H2S2Q0T0Q熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 HHQQW1200SQTQTSS1020增熵平衡方程熵平衡方程 增STQSSTQ2100()()()HT SHT STTQTSW1012020010增進(jìn)出口物流有效能之差進(jìn)出口物流有效能之差 熱量帶來的有效能熱量帶來的有效能 有效能損失有效能損失 控制體控制體Control Volume第第8 8章章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成與裝置用能分析 輸入系統(tǒng)的有效能輸入系統(tǒng)的有效能 輸出系統(tǒng)的有效能輸出系統(tǒng)的有效能 系統(tǒng)的有效能損失系統(tǒng)的有效能損失 = 系統(tǒng)有效能的增量系統(tǒng)有效能的增量 有效能平衡的一般方程：有效能平衡的一般方程：第第8