Использование энергосберегающей Pinch-технологии при проектировании и расчёте теплообменных сетей

1. «Использование энергосберегающей Pinch-технологии при проектировании и расчёте теплообменных сетей»

«Использование
энергосберегающей Pinchтехнологии при проектировании и
расчёте теплообменных сетей»

2.

Введение
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.

3.

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.

4.

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-количество теплоты”.

5.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ «Pinch –технологии»
1. «Pinch –анализ» направлен на решение задачи
минимизации потребления энергии системы путем
оптимизации процессов рекуперации тепла, методов
подвода энергии и условий эксплуатации.
2. Согласно основному уравнению теплопередачи
поверхность теплообмена равна
Q
S
K t СР
Стремяться
Тогда
t СР создать как можно меньше.
возрастает.
S

6.

Увеличиваются капитальные затраты.
Но происходит экономия эксплуатационных
затрат – затрат энергии.
Происходит
энергии.
постоянная
экономия

7. Пример использования энергосберегающей Pinch-технологии при проектировании и расчёте теплообменных сетей

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

8.

60
0
1
80
180
0
0
3
130
0
1000
2
40
0
120
0
4
30 0

9.

№ Наименов
по
ание
то
потока
ка
1
Горячий
Началь
ная
темпер
атура
tн С
Конечн
ая
темпер
атура
tк С
Массов
ый
расход
потока
G,
кг/c
Теплое
мкость
c,
кДж/
(кг ∙ К)
180
80
0,5
2,0
G∙c
Теплота
кВт/ Q, кВт
К
1,0
100
280
2
Горячий
130
40
1,0
2,0
2,0
180
3
Холодный
60
100
2,0
2,0
4,0
160
322
4
Холодный
30
120
1.0
1,8
1,8
162

10.

Тепло, которое отдают горячие потоки
определяются по формуле:
Qi=Gi∙ci∙(tн i – tк i)
Тепло, которое потребляют холодные
потоки вычисляется по формуле:
Qi=Gi∙ci∙(tк i – tн i)

11.

100 кВт
180 С
0
80 0 C
Q1 =100
160 кВт
0
130 С
вода
40 0 С
Q2 =180
1000 С
20 кВт
60 0 С
Q3 =160
пар
160 кВт
1200 С
0
30 С
Q4 =162
62 кВт
100 кВт
Q г =62 кВт
Q х =20 кВт

12.

2 Способ
100 кВт
1800 С
80 0 C
Q1 =100
162 кВт
0
130 С
вода
40 0 С
Q2 =180
60 кВт
0
100 С
0
120 С
пар
18 кВт
60 0 С
Q3 =160
100 кВт
0
30 С
Q4 =162
162 кВт
Q г =60 кВт Q х =18 кВт

13.

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

14.

Изображение горячих потоков на t - Q диаграмме и построение
композитной линии
200
t, 0 C
180
/
Q =G1·C1·(t1k-t2k)=
0,5·2·(180-130)= 50 кВт
160
1
140
120
//
Q =(G1·C1 + G2C2)· (T2k-T1н)=
(0,5·2 + 1·2)·(130-80)=150 кВт
100
2
80
///
Q = G2·C2·(t1k-t2k)=
1·2·(80-40) =80 кВт
60
40
20
0
80 кВт
80 кВт
150 кВт
50 кВт
Q, кВт
0 1 2 3 4 5 6 7 8 91011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950
180 кВт
100 кВт
10 кВт

15.

Изображение холодных потоков t - Q диаграмме и построение
композитной линии
130
t, 0 C
120
/
Q =G4·C4·(t4k-t3k)=
1·1,8·(120-100)= 36 кВт
110
100
90
4
3
80
//
Q =(G3·C3 + G4C4)·(T3k-T3н)=
(2·2 + 1·1,8)·(100-60)=232
70
60
///
Q = G4·C4·(t3k-t4k)=
1·1,8·(60-30) =54 кВт
50
40
30
20
54 кВт
10
0
232 кВт
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950
Q, кВт
162 кВт
160 кВт
10 кВт

16.

200
t, 0 C
Q г = 48 кВт
180
160
140
120
100
80
60
t Pг= 70 C
Pinch
P
t х= 60 C
40
20
0
Q х = 6 кВт
Q восст
=274 кВт
Q, кВт
0 1 2 3 4 5 6 7 8 91011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950
10 кВт

17.

Потоки над Pinch и под Pinch
рассматриваются отдельно.
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.

18.

G ·c
1
Над
100 кВт
180 С
0
1,0
Q1 =100
120 кВт
0
130 С
2
Q2 =120
пар
0
4,0
100 С
1,8
пар
120 С
8 кВт
70 С
0
4
120 кВт
0
60 С
Q4 =108
Под
2
60 0 С
Q3 =160
0
4
70 0 С
2,0
40 кВт
3
80 0 C
100 кВт
54 кВт
2,0
40 0 С
Q2 =60
вода
60 0 С
6 кВт
1,8
54 кВт
30 0 С
Q4 =54

19.

Совмещаем сеть
теплообменников над и под
Pinch в одну

20.

60
Пар
Холодная
вода
Количество
тепло-ов
48 кВт
6кВт
6
0
115
80 0
0
1800
1
100
3
120
40
1300
2
50
0
пар
1000120 0
пар 8
хол.вода
6
40
0
70
0
43
0
1150
0
60
54
30
4

21.

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

22.

t, 0 C
Q, кВт

23.

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

24.

№
интерва
ла
Интервал
температур
Потоки
∑(G х·c х) - ∑(G г·cг )
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, кВт

25.

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

26.

Тепло, которое отдают горячие потоки
определяются по формуле:
Qi=Gi∙ci∙(tн i – tк i)
Тепло, которое потребляют холодные
потоки вычисляется по формуле:
Qi=Gi∙ci∙(tк i – tн i)

27.

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