B

图6.13使用低压蒸汽代替高压蒸汽

^ ^间隔时间间隔

^ ^间隔时间间隔

图6.14大综合曲线的构造。

图6.15多个公用事业目标的综合曲线。

稍后将讨论，当引入夹点规则时，理想的过程不通过夹点传递热量。正因如此，大复合曲线，代表热量流动，具有在夹点处接触y轴的特征形状。

在将复合曲线转换为大复合曲线之前，需要对其进行一个小的数学调整。分开的热和冷复合材料通过向下移动(热曲线)和向上移动(冷曲线)来“移动”，每个移动一半的ATmin，直到它们在夹点接触。由此产生的复合曲线被称为移位曲线，没有真正的物理意义，而仅仅是构造大复合曲线的一个步骤。这确保了所产生的大复合显示所需的零热流在夹点。

图6.15a显示了高压蒸汽用于加热和制冷用于冷却过程的情况下的大型复合曲线。为了降低公用事业成本，引入了中间公用事业:低压蒸汽、中压蒸汽和冷却水。

LP蒸汽(成本最低的热公用事业)的目标首先是在LP蒸汽温度处绘制一条横线，从y轴开始，直到与大综合曲线接触(图6.15b)。然后MP蒸汽目标以类似的方式跟随。剩余的加热负荷最后由高压蒸汽来满足。这最大限度地减少了HP消耗，有利于LP和MP蒸汽，从而最大限度地降低了总公用事业成本。一个类似的结构在夹下最大限度地使用冷却水之前制冷。

LP、MP和CW水平与大综合曲线接触的点被称为“效用夹点”。与过程挤压类似，效用挤压的存在对特定效用和过程之间可以交换的热量设置了限制。

整体站点集成

化工厂的总体工艺设计是一项复杂的任务，可能从设计反应器和分离系统开始，然后是换热器网络，最后是公用系统的设计。

在“全站”方法中，设计师寻求利用系统这四个部分之间的交互，特别是在选择最适合其余过程系统的实用程序时。

在适当的情况下，可以使用全站分析，通过公用事业系统将夹点分析扩展到多个过程的全站集成。

两个甚至三个流程的直接集成是常见的。然而，对更多的单元进行热集成，或在整个场地进行热集成，虽然在大多数情况下可能是有益的，但在大多数情况下是不切实际的。更广泛的整合可能会带来操作上的问题，而且考虑到单元之间的物理距离，在大多数情况下是不可行的。然而，通过使用公用事业系统作为中介，可以实现间接的站点范围内的集成。例如，蒸汽可以在有多余热量的装置中产生，然后蒸汽可以用于需要加热的装置。匹配这些热源和散热器是整个场地分析的核心。它的应用如下:

•在基层设计中，效用等级的选择，如蒸汽头压力，几乎是无限的。全站技术用于匹配整个站点的源和汇，并确定最合适的效用级别。站点概况是通过使用每个过程的大复合曲线来开发的。设计者总结了所有在节点以上的进程的效用需求，从而创建了站点的“接收器概要文件”，在节点以下的进程创建了站点的“源概要文件”(图6.16)。源和汇配置文件用于确定过程之间可以交换多少热量和在什么温度下，通过使用蒸汽网络作为场地的能量传输系统。

处理“大合成曲线”

网站配置文件

网站配置文件

图6.16开发站点概要文件。

在改造-全站点技术中，可以识别整个站点中公用设施使用的低效率，并找到利用那里的潜力的机会。在许多情况下，在利用现有蒸汽轮机发电的同时，有可能平衡对消费者的蒸汽供应。

蒸汽动力系统与高效发电“，

在过程工业中，蒸汽和电力系统往往是庞大而复杂的。它们消耗大量的燃料，因此需要进行广泛的研究和优化。对提高蒸汽系统效率的良好理解，有助于深入了解其在有效的“全站”集成中的使用。

动力可以通过各种循环和动力发动机从热量中产生。由于这一过程的性质，一些热量总是会作为低等级的能量被拒绝，不会转化为动力。

任何消耗热量或蒸汽的工业设施都提供了一个能够高效发电的散热器。虽然使用冷凝蒸汽轮机循环(“兰金”循环)的传统发电厂可以实现不超过40%的发电效率，但背压涡轮机基本上可以发电(即90%或更高)。这是因为冷凝循环将涡轮出口的废热转化为废热，而背压涡轮出口的蒸汽则被工业过程所利用(图6.17)。最大限度地提高背压发电将是一个具有能源意识的工艺设计人员的明确目标。

因此，节能工业工厂的蒸汽系统应包括高压蒸汽锅炉，通常为>40bar。在较低压力下的蒸汽需求将通过高效背压汽轮发电机来满足。以下附加规则将进一步指导高效设计:

冷凝循环背压循环r| = 25 ~ 40% n = 90%

LP消费者

图6.17发电周期。

LP消费者

图6.17发电周期。

•在用户温度剖面允许的最小压力下消耗蒸汽。

•最大限度地减少使用小型工艺涡轮驱动器，并最大限度地使用电动机。

•在可能的情况下，避免从废热中产生LP蒸汽，而是使用任何可用的废热来预热工艺装置的饲料，或预热炉膛燃烧空气。

•对于高功率消耗的场所，考虑使用燃气轮机及其余热回收锅炉。

高效蒸汽系统的上述特征也将指导整个站点的整合。例如，设计师将需要确保源剖面用于产生尽可能高的压力蒸汽，因为这将最大化发电。将会有动力将HP蒸汽消费者替换为低压消费者，并节省相关成本等。

低品位热使用的选择

通过全站方法，整个工厂变得热集成。然而，无论这种整合的程度如何，几乎总是会有一些多余的低品位热量被闲置，也就是说，浪费在空气或冷却水中。浪费的数量可能是巨大的，自然会产生如何利用这种“免费”能源的问题。显然，必须找到一个额外的有用的散热器。它可以位于产生多余热量的设施内部或外部。一个“有用”的汇要么是一个现有的消费者，其能源需求会产生成本(例如，使用蒸汽的低温消费者)，要么是一个新的消费者，以实际能源价格运行是无利可图的(例如，为额外的工艺冷却而制冷)。

低品位热量的潜在用途是:

•安装热水回路作为一个新的公用设施级别。它将从温度过低而不能产生低压蒸汽的废热源中回收热量。这些热水可作以下用途:

-加热低温散热器，节省LP蒸汽

-驱动吸收式制冷装置生产冷冻水。这可以用来减少传统制冷机组或空调机组的电力需求。

•集中供暖。将热量“隔着栅栏”出口给市政供暖或邻近的工业消费者。这将在第6.7.1节中进一步讨论。

此外，还有两种利用废热发电的技术:有机技术郎肯循环以及卡丽娜循环。然而，由于投资成本相对较高，并且在110-140°C范围内的热电转换效率非常低(不到10%)，这将被考虑用于热水回路或LP蒸汽，因此它们的应用范围都有限。

合成过程

夹点技术的目标程序在设计之前设定能耗目标。人们可以明智地质疑，是否总有可能设计出满足这些预定目标的过程。答案是，正夹技术为设计热交换器网络提供了一种方法，这种方法总是会产生具有目标效用消耗的配置。

这个配置热交换器网络的过程被称为“合成”。在捏捏技术的形成时期，使用了手动操作。这是有据可查的[5,6]，感兴趣的读者可能会发现熟悉这种方法很有用。然而，今天，换热器网络设计几乎是完全自动化的，并且结合了流分析、目标定位和网络设计的先进软件工具被广泛使用。

无论是手动的还是自动的，合成方法都是围绕几个基本的夹点规则构建的。

捏捏法则

夹点的存在将复合曲线定义的热回收区域划分为热段和冷段。它们与各自的公用事业处于热平衡状态。

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Cross-Pinch传热是可能的

交叉夹点传热是可能的

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继续阅读:蒸馏

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