热交换网络及能量管理课件

化工设计第四章流程组织化工设计第四章流程组织本学时讲授内容

第五节能量管理及热交换网络

本学时讲授内容4.5能量管理及热交换网络能量集成与管理；对于一个工程，要细致考虑、合理安排进出每一个操作单元的每一个流股的顺序或流经的途径，也就是要仔细考虑各流股的能量搭配和综合利用问题，以最经济地完成由原料到产品的生产过程。因为对于每一种产品成本来讲，直接成本中最重要的内容之一是水、电、汽等公用工程的消耗指标，而这一消耗与过程流股的能量组合密切相关。4.5能量管理及热交换网络能量集成与管理；能量组合的基本原则尽量应用内部能源（流程内流股的能量或反应热、相变热等）代替外部能源（水、电、汽等公用工程提供），这是降低成本的基本途径之一。热交换网络、多效蒸发、多级结晶等多级过程就是一种节能的组合方案。

以海水淡化为例，使用精馏法分离海水：能量组合的基本原则以海水淡化为例，使用精馏法分离海水：热交换网络及能量管理课件一、热交换网络的提出一个化工生产过程的流程中，经常需要加热或冷却许多流股，最简单的方案是按各流股的质量流速、热负荷、进出口温度要求，分别引入外部热源或外部冷源，即用热水、蒸汽加热或用冷却水、冷冻液冷却。

这种设计虽简单，设备投资费较少，但热力学效率常常是很低，能耗较大，一般是不经济。一、热交换网络的提出一个化工生产过程的流程中同时可以看到，一个化工流程的内部，有一些较高温的流股需要被冷却，而一些较低温的流股需要被加热，所以可以考虑将这些流股搭配起来，在流程内部用需要被冷却的较高温的流股来加热需要热量的低温的流股，可以实现能量的有效利用，从而节约了能量源，降低成本。

减少流程对外界热源和冷源的需求，尽量使用流程内部的冷热流股互相搭配，以达到节约能源的目的。在流程内建立热交换网络的根本目的：但会相应增加换热器投资。同时可以看到，一个化工流程的内部，有一些较高温热交换网络的发展热交换网络的合成方法，早在20世纪70年代，Ponton和Nishia曾提出试探法；80年代末英国人（UMIST）Linnhoff又发明了窄点技术（PinchTechnique）；随着计算机应用的迅速发展，人工智能技术也被应用到热交换网络合成领域，如专家系统、神经网络模型等。热交换网络的发展热交换网络的合成方法，早在20世纪70年代，窄点技术是过程系统最优化的核心技术，针对过程系统的整体进行优化设计，包括冷热流股的匹配，公用工程的类型和能级选择等。因此，窄点技术代表了一种全新的，强有力的设计方法。窄点技术因方法简单、灵活、实用，易于理解和掌握，在世界范围内（包括赫斯特、拜尔、联碳、蒙山都、杜邦、ICI等）得到迅速推广，并取得令人瞩目的成果。窄点技术是过程系统最优化的核心技术，针对过程系统的整体进行优二、基本概念及热交换系统表示方法

1、换热网络的名词及假设热流：热交换网络内，那些需要由起始温度冷却到目标温度的流股。冷流：热交换网络内，那些需要由起始温度被加热到目标温度的流股。二、基本概念及热交换系统表示方法热流：热交换网络内，那些需要Th,i–热流出口Th,o–热流进口Tc,i–冷流进口

Tc,o–冷流出口

TTTh,iTh,oTc,oTc,iTh,iTh,oTc,oTc,i传热温差传热温差传热过程Th,i–热流出口TTTh,iTh,oTc,oTc,iQ=FhCp,h(Th,i-Th,o)=FcCp,c(Tc,o-Tc,i)

Q=UA(ΔT)L,M

根据热量平衡原理，热流放出的热量等于冷流吸收的热量：对于逆流换热，传热速率方程：式中Q—热负荷，kJ/h;

U—换热系数，kJ/(M2·h);

A—传热面积，m2；ΔTL,M—对数平均温度差，C。

h—热流；

c—冷流；

i—进；o—出。Q=FhCp,h(Th,i-Th,o)=FcCp,c(Tc,在换热器两端存在温差的情况下，才能在有限换热面积A上发生换热，也就是说必须维持热端和冷端温差以使才行。这里和；ΔTmin称换热流体的最小温差。在换热器两端存在温差的情况下，才能在有限换热面积A上发生换热随着最小传热温差的增加，投资成本降低，操作成本增加，总成本存在一个最小值。最小传热温差DTmin通常为10~20℃年固定投资费用年操作费用总年费用年费用用最小传热温差平衡投资和操作成本随着最小传热温差的增加，投资成本降低，操作成本增加，总成本存目标方程：根据限定条件使冷、热公用工程耗量最小

Minimize（QH+QC）

限定条件：各股物流的目标温度必须维持热端和冷端温差以使假设：◆冷热流股逆流换热，采用对数平均温差计算总传热量；◆各冷热流股的热容Cp值在换热温度范围内不随温度而变。热交换网络的最优化问题目标方程：假设：热交换网络的最优化问题2、热交换网络的表示方法线圈表示法矩阵表示法网络表示法热焓图表示法温度—焓图（T－H图）表示法2、热交换网络的表示方法线圈表示法（1）线、圈表示法1423C1C2H1H2H3（2）矩阵表示法（1）线、圈表示法1423C1C2H1H2H3（2）（3）网络图表示法13C21H23H1H2C1C2（3）网络图表示法13C21H23H1H2C1C213C2HC1C2H1H2与其等价的线、圈表示图13C2HC1C2H1H2与其等价的线、圈表示图（4）热焓图表示法（4）热焓图表示法单个流股的温度－热焓直线图多个流股的温度－热焓复合曲线（折线）图（流股组合曲线）（5）

温－焓图（T－H图）表示法单个流股的温度－热焓直线图（5）温－焓图（T－H图）表示法三、流股的温度－热焓复合曲线对于一个进口温度（Ti），目标温度（To）均已知。流量为F，热容为Cp（不随温度而变的恒值）的流股，其焓变可表示为：1、单个流股的温度－热焓直线图三、流股的温度－热焓复合曲线对于一个进口温度（△H△H△H△H2、多个流股的温度－热焓复合曲线（折线）图例如：A冷流股，热容流率CPA，温度从T5→T2B冷流股，热容流率CPB，温度从T3→T1C冷流股，热容流率CPC，温度从T4→T2THT1T2T3T4T5ABC2、多个流股的温度－热焓复合曲线（折线）图例如：A冷流股，热THT1T2T3T4T5ABCTHT1T2T3T4T5T5→T4区间，斜率：1/CPA;T4→T3区间，斜率：1/(CPA+CPC);T3→T2区间，斜率：1/(CPA+CPB+CPC);T2→T1区间，斜率：1/CPB;复合区间总焓变为：CPA（T4－T5）区间总焓变为：（CPA＋CPC）（T3－T4）区间总焓变为：（CPA＋CPB＋CPC）（T2－T3）区间总焓变为：CPB（T1－T2）这样就完成了多流股的温度－热焓复合曲线（折线）。THT1T2T3T4T5ABCTHT1T2T3T4T5T5→THΔTmin窄点窄点（Pinch）THΔTmin窄点窄点（Pinch）THΔTminQHminQCminQRmax窄点窄点（Pinch）THΔTminQHminQCminQRmax窄点窄点（Pin四、窄点、热交换网络的最小能耗、热交换网络的合成1、复合曲线法（CompositeCurves）例题：下表列出了冷、热各两股流的起始温度和目标温度，并给出了其热容流率。假设最小传热温差，△Tmin要求为20℃。1、根据窄点（Pinch）原理，请画出复合曲线（CompositeCurves），标出正确的Pinch点；2、计算出最大的回收能量（QREC）、外界最小输入冷量（QCmin）和外界最小加热量（QHmin）。四、窄点、热交换网络的最小能耗、热交换网络的合成1、复合曲线热交换网络及能量管理课件解：先在温度－热焓坐标图上画出两条热流股的复合曲线。其温度区间范围：40℃→80℃→200℃→250℃热流4热流3＋热流4热流4斜率1/0.15斜率1/0.4斜率1/0.15解：先在温度－热焓坐标图上画出两条热流股的复合曲线。其温度区再在温度－热焓坐标图上画出两条冷流股的复合曲线。其温度区间范围：20℃→140℃→180℃→230℃冷流1冷流1＋冷流2冷流2斜率1/0.2斜率1/0.5斜率1/0.3再在温度－热焓坐标图上画出两条冷流股的复合曲线。其温度区间范本学时讲授内容

4.5能量管理及热交换网络

本学时讲授内容四、窄点、热交换网络的最小能耗、热交换网络的合成1、复合曲线法（CompositeCurves）例题：下表列出了冷、热各两股流的起始温度和目标温度，并给出了其热容流率。假设最小传热温差，△Tmin要求为20℃。1、根据窄点（Pinch）原理，请画出复合曲线（CompositeCurves），标出正确的Pinch点；2、计算出最大的回收能量（QREC）、外界最小输入冷量（QCmin）和外界最小加热量（QHmin）。四、窄点、热交换网络的最小能耗、热交换网络的合成1、复合曲线热交换网络及能量管理课件解：先在温度－热焓坐标图上画出两条热流股的复合曲线。其温度区间范围：40℃→80℃→200℃→250℃热流4热流3＋热流4热流4斜率1/0.15斜率1/0.4斜率1/0.15解：先在温度－热焓坐标图上画出两条热流股的复合曲线。其温度区再在温度－热焓坐标图上画出两条冷流股的复合曲线。其温度区间范围：20℃→140℃→180℃→230℃冷流1冷流1＋冷流2冷流2斜率1/0.2斜率1/0.5斜率1/0.3再在温度－热焓坐标图上画出两条冷流股的复合曲线。其温度区间范

将热流股的复合曲线放在上方，冷流股的复合曲线放在下方，形成组合的复合曲线。△Tmin=20℃QCminQRECQHminQCmin≈14MWQREC≈47.5MWQHmin≈11.5MW窄点窄点温度＝150℃热流股窄点温度＝150℃＋△Tmin/2＝160℃（热窄点温度）冷流股窄点温度＝150℃－△Tmin/2＝140℃（冷窄点温度）将热流股的复合曲线放在上方，冷流股的复合曲线放2、问题列表法（Theproblemtablealgorithm

）2、问题列表法（Theproblemtablealgo解：①、首先根据△Tmin=20℃和各流股的进出口温度重新划分温度区间；温度区间划分原则：对冷流股：区间温度值＝原温度＋△Tmin/2对热流股：区间温度值＝原温度－△Tmin/2解：①、首先根据△Tmin=20℃和各流股的进出口温度重新划20.0540－16－0.28040.1407.50.1550⊿H（MW）∑CPC－∑CPH⊿T（℃）流股分配温度间隔12330701501902404其中：⊿H表示各温度区间热量衡算值（焓变），由于采用∑CPC－∑CPH，若⊿H﹥0，则表示该区间热量不足，反之逆然。②、计算各温度区间的焓变；20.0540－16－0.28040.1407.50.1552－1647.5⊿H（MW）温度间隔3070150190240③、画出理想的热阶流图热源240℃0MW△H＝7.5190℃－7.5MW△H＝4150℃－11.5MW△H＝－1670℃4.5MW△H＝230℃2.5MW冷源先假设无外界热源输入最大热量亏欠值假想最节能热阶流图2－1647.5⊿H（MW）温度间隔30701501902③、画出可行的热阶流图热源240℃0MW△H＝7.5190℃－7.5MW△H＝4150℃－11.5MW△H＝－1670℃4.5MW△H＝230℃2.5MW冷源先假设无外界热源输入热源240℃11.5MW△H＝7.5190℃4MW△H＝4150℃0MW△H＝－1670℃16MW△H＝230℃14MW

冷源最大热量亏欠值窄点为越过热力学瓶颈，需要最小外界热量多余的热量，需要外界冷源匹配假想最节能热阶流图可行的最节能热阶流图③、画出可行的热阶流图热源240℃0MW△H＝7.5190

问题列表方法的优点：准确可靠，简单问题可手工计算，复杂问题可借助专门的热交换网络计算软件进行计算。④、画出总复合曲线根据可行的最节能热阶流图数据例题热交换网络的总复合曲线问题列表方法的优点：准确可靠，简单问题可手3、窄点特性和热交换网络设计原则QCminQHmin在温度－热焓图中的总复合曲线中，直线段斜率为正，表示热量不足，斜率为负，表示热量多余。3、窄点特性和热交换网络设计原则QCminQHmin窄点以上，热交换网络只需要外界热源，是换热系统的“热阱”窄点以下，热交换网络只需要外界冷源，是换热系统的内部“热源”窄点之处无热量通过，窄点上、下之间无热量交换窄点以上，热交换网络只需要外界热源，是换热系统的“热阱”窄点THΔTminQHminQCminQRmax窄点“热阱”“热源”“热阱”和“热源”THΔTminQHminQCminQRmax窄点“热阱”“热通俗讲：1、窄点以上：热流股需要冷却时，只能是内部流股搭配，也就是说使用位于窄点以上冷流股提供的冷量而不能使用外界冷源；冷流股需要加热时，可以使用位于窄点以上热流股提供的热量，不足部分使用外界热源。2、窄点以下：冷流股需要加热时，只能是内部流股搭配，也就是说使用位于窄点以下热流股提供的热量而不能使用外界热源；热流股需要冷却时，可以使用位于窄点以下冷流股提供的冷量，不足部分使用外界冷源。通俗讲：2、窄点以下：最大回收能量（最节能）的热交换网络设计原则：㈠、换热网络内温度高于窄点的流股，只要其温度变化范围在窄点以上，就不能引入外界冷源来进行冷却，而应该用系统内流股与之搭配（或引入外界热源）；㈡、换热网络内温度低于窄点的流股，只要其温度变化范围在窄点以下，就不能引入外界热源来进行加热，而应该用系统内流股与之搭配（或引入外界冷源）；窄点之处无热量通过，窄点上、下之间无热量交换最大回收能量（最节能）的热交换网络设计原则：㈠、换热网络内温4、热交换网络合成（设计）还是针对上述例题：4、热交换网络合成（设计）还是针对上述例题：前面已经计算出窄点温度为150℃，热流股窄点温度为160℃，冷流股窄点温度为140℃（在△Tmin＝20℃）而且已经计算出，QHmin＝11.5MW，QCmin＝14MW。

那么，如何根据窄点技术的原则还在这4个流股之间进行换热网络的设计呢？前面已经计算出窄点温度为150℃，热流股窄点温40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃60℃20℃H1，CP=0.15H2，CP=0.25C1，CP=0.2QHminQCmin133.33℃191.67℃C2，CP=0.340℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃60℃20℃H1，CP=0.15H2，CP=0.25C1，CP=0.2C2，CP=0.3133.33℃191.67℃146.67℃13.5MW168℃40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃60℃20℃H1，CP=0.15H2，CP=0.25C1，CP=0.2C2，CP=0.3133.33℃191.67℃146.67℃13.5MW168℃20MW40℃40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃各换热器流股进出口温度、热负荷及逆流对数传热温差C211.5230191.67QHmin加热器H11440133.33QCmin冷却器28.85201404080160H2－C1116.644020133.33160H1－C129.828180140168200H2－C120.762146.67140160168H2－C260.613.5191.67146.67160250H1－C2对数温差（℃）热负荷（MW）冷流股出（℃）冷流股进（℃）热流股出（℃）热流股进（℃）各换热器流股进出口温度、热负荷及逆流对数传热温差C211.5HC优化设计的热交换网络H2H1C1C2H1－C2250℃160℃146.67℃191.67℃230℃180℃200℃168℃140℃140℃160℃80℃133.33℃40℃20℃40℃H2－C2H2－C1H2－C1H1－C1HC优化设计的热交换网络H2H1C1C2H1－C2250℃1有如下一个热流股和二个冷流股：要求△Tmin＝10℃；（1）、用Pinch原理的问题列表法计算该热交换网络的窄点、网络对外界的最小热量需求和最小冷量需求；（2）、设计该优化的热交换网络，用线圈图表示出来。有如下一个热流股和二个冷流股：要求△Tmin＝10℃；1、重新划分温度区间解：1、重新划分温度区间解：2、构筑温度区间图并计算区间焓变温度区间（℃）区间流股△T（℃）∑CPC－∑CPH

区间焓变(kW)

375305245145125706010020-500-100200-200-35000-600020000

-40005570-500

-35000H1C1C2

5003004002、构筑温度区间图并计算区间焓变375305245145123、构筑热阶流图热源375℃0

-35000305℃35000

-6000245℃41000

20000145℃21000

-400055℃60000冷源125℃25000

-35000

因为整个过程热量有余，无热力学亏空陷阱；

假想和实际可行的热阶流图相同。

3、构筑热阶流图热源375℃0-35000305℃350得到窄点温度为375℃；热流股窄点温度为380℃，冷流股窄点温度为370℃；QCmin＝60000kW，QHmin＝0

热交换网络中所有流股的温度变化范围都在窄点温度以下。窄点温度出现在热阶流图的最高点。得到窄点温度为375℃；热交换网络中所有流股的252℃38060280120200504013021029037036064000kW60000kW36000kW4、配置换热网络500300400180℃140℃300℃252℃3806028012020050401302102960℃180℃252℃300℃240℃H1380℃120℃140℃C60000kW64000kW36000kW5、用线圈法表示换热网络C1C260℃180℃252℃300℃240℃H1380℃120℃1有如下一个热流股和二个冷流股：要求△Tmin＝10℃；（1）、用Pinch原理的问题列表法计算该热交换网络的窄点、网络对外界的最小热量需求和最小冷量需求；（2）、设计该优化的热交换网络，用线圈图表示出来。有如下一个热流股和二个冷流股：要求△Tmin＝10℃；1、重新划分温度区间解：1、重新划分温度区间解：2、构筑温度区间图并计算区间焓变温度区间（℃）区间流股△T（℃）∑CPC－∑CPH

区间焓变（kW）305245195145125H1C1C2605050204001100

500700400600200240005500030000

40002、构筑温度区间图并计算区间焓变305245195145123、构筑热阶流图热源305℃0

24000245℃－24000

55000195℃－79000

30000145℃－109000

4000125℃－113000冷源假想最节能热阶流图热源305℃113000

24000245℃89000

55000195℃34000

30000145℃4000

4000125℃0冷源可行的最节能热阶流图3、构筑热阶流图热源305℃024000245℃－240得到窄点温度为125℃；热流股窄点温度为130℃，冷流股窄点温度为120℃；QCmin＝0，QHmin＝113000kW

热交换网络中所有流股的温度变化范围都在窄点温度以上。窄点温度出现在热阶流图的最低点。得到窄点温度为125℃；热交换网络中所有流股的30014020024016020013012017021025029028030049000kW64000kW35000kW1704、配置换热网络500700400300140200240160200130120170210170℃300℃240℃H1200℃120℃140℃HH130℃49000kW64000kW35000kW5、用线圈法表示换热网络C1C2170℃300℃240℃H1200℃120℃140℃HH131、进行物流匹配，注意穿过窄点没有热交换，并留心最小温差2、每一个匹配物流，决定换热器进出口温度：

Qex=FCp(T2–T1)=FCp(t2–t1)3、如果有包含焓变的物流数据表，则有助于我们决定匹配物流的最好办法建立热交换网络1、进行物流匹配，注意穿过窄点没有热交换，并留心最小温差建立5、几种热交换网络设计节能比较①、最简单的方法（最笨的方法）分别用二个加热器和二个冷却器对2个冷流股进行加热、对2个热流股进行冷却。这种方法的总能耗：120.5MW5、几种热交换网络设计节能比较①、最简单的方法（最笨的方法）△Tmin=20℃QCminQRECQHminQCmin≈14MWQREC≈47.5MWQHmin≈11.5MW窄点②、部分优化的方法30MW31.5MW27.5MW这种方法的总能耗：30＋27.5＝57.5MW△Tmin=20℃QCminQRECQHminQCmin≈1③、几种方法的节能比较表③、几种方法的节能比较表五、化工流程的能量管理在实际化工流程组织与设计时，掌握以下基本原则：化工过程能量管理的目的－－－节约有效能1、尽量利用流程中的反应热（放热反应）产生的热流股来对需要加热的冷流股和设备进行加热；2、在技术可行的前提下，尽量利用品位接近的流股相互搭配换热；3、流程中一些耗能设备，在工艺可行的前提下，可以考虑共用问题。五、化工流程的能量管理在实际化工流程组织与设计时，掌握以下基课外参考资料郑美玲,王文.应用夹点技术优化多能流企业的能源利用.节能技术,2010,28(1):81-86.魏艳艳,吴明.夹点理论及其在炼厂换热网络优化中的应用.西安石油大学学报(自然科学版),2009,24(5):71-74.李英团,韩效钊,陈敏等.夹点技术及其在化肥行业的应用前景.安徽化工,2008,12:42-45.程华农,孙杰,郑世清等．基于夹点分析的TDA合成装置节能改造．数字石油和化工,2007,11:44-47.廖祖维,阳永荣,张祖钧．运用夹点技术提升氯碱行业用能水平．化学工业,2007,25(10):41-45．易灵,何继辉,赵仕林等．夹点技术在稀土湿法冶金中的应用研究．稀土，2005，26(6):16-19.课外参考资料郑美玲,王文.应用夹点技术优化多能流企业的能本章小结本章内容，重点和难点

重点：流程组织的六个任务

难点：问题列表法求解热交换网络及优化热交换网络设计节能比较本章小结本章内容，重点和难点

换热网络不能同时达到能量最优和换热单元数最小时,能量最优可保证操作费用最低，单元数最少可使设备费用最低，因而存在着操作费用和设备费用之间的权衡。

对于夹点问题，不管△Tmin

为何值，总是即需要加热器又需要冷却器。为了满足系统最小换热设备数的要求，往往需要跨越夹点传热，这会使公用工程费用增加，此时可以找出一个跨越夹点的最佳换热量x，从而使总费用达到最小。可以用“能量松驰法”来恢复最小传热温度。

热量交换网络的“消融”与“松弛”（能量集成章节补充材料）换热网络不能同时达到能量最优和换热单元数所谓“能量松弛法”，就是把换热网络从最大能量回收的紧张状态“松弛”下来。通过调整参数，使能量回收减少，公用工程消耗加大，从而使传热温差加大（在T-H图上表现为冷、热组合曲线拉开距离）。因此，对于已满足最小公用工程消耗的换热网络，如果换热单元数不是最少，可以采用以下步骤进行调整：找出独立的热负荷回路；沿热负荷回路增加或减少热负荷来断开回路；检查合并后的换热单元是否违反最小传热温差△Tmin；若违反△Tmin，则利用能量松弛法求最小能量松弛量，恢复△Tmin。

所谓“能量松弛法”，就是把换热网络从最大能量回收的紧张状态“热量交换网络的“消融”与“松弛”（能量集成章节补充材料）问题:△Tmin要求为10℃，试设计优化换热网络。热量交换网络的“消融”与“松弛”（能量集成章节补充材料）问题解：①、首先根据△Tmin=10℃和各流股的进出口温度重新划分温度区间；温度区间划分原则：对冷流股：区间温度值＝原温度＋△Tmin/2对热流股：区间温度值＝原温度－△Tmin/2解：①、首先根据△Tmin=10℃和各流股的进出口温度重新划②、计算各温度区间的焓变；－102－3.430－28－0.470－30－3.010301.030303.010△H∑CPC－∑CPH区间温差流股温度变化区间区间温度边界值3565135145175185C1C2H1H2②、计算各温度区间的焓变；－102－3.430－28－0.4③、构筑假想（理想）的热阶流图185－－－－－－－－030175－－－－－－－－－3030145－－－－－－－－－60

－30135－－－－－－－－－30

－2865－－－－－－－－－2

－10235－－－－－－－－100④、构筑最小传热温差下可行的优化热阶流图185－－－－－－－－6030175－－－－－－－－3030145－－－－－－－－0

－30135－－－－－－－－30

－2865－－－－－－－－58

－10235－－－－－－－－160－102－3.430－28－0.470－30－3.010301.030303.0103565135145175185C1C2H1H2③、构筑假想（理想）的热阶流图185－－－－－－－－QHmin＝60KWQCmin＝160KW窄点温度（PinchPoint）：145℃热流股热窄点温度（PinchPoint）：150℃冷流股冷窄点温度（PinchPoint）：140℃在要求：△Tmin＝10℃情况下：⑤、Pinch理论计算结果QHmin＝60KWQCmin＝160KW窄点温度（Pi⑥、Pinch理论最节省能量的换热网络设计40℃130℃150℃180℃140℃180℃60℃30℃窄点温度（PinchPoint）：145℃热流股热窄点温度（PinchPoint）：150℃冷流股冷窄点温度（PinchPoint）：140℃⑥、Pinch理论最节省能量的换热网络设计40℃130℃1540℃130℃150℃180℃140℃180℃60℃30℃H1H2C1C240℃130℃150℃180℃140℃180℃60℃30℃H最节省能量换热网络集成过程：40℃130℃150℃180℃140℃180℃60℃30℃H1H2C1C2160℃QHmin＝60KWQCmin＝160KW80℃60kW110℃140kW83.85℃110℃100℃120kW140℃120kW126.67℃2.04.03.02.680kW最节省能量换热网络集成过程：40℃130℃150℃180℃1核算所有换热器的对数传热温差核算所有换热器的对数传热温差C1C2H1H2180℃150℃140℃160℃180℃100℃126.67℃150℃140℃60℃110℃110℃40℃30℃83.85℃130℃110℃110℃80℃40℃C1C2H1H2180℃150℃140℃160℃180℃10⑦、Pinch理论中换热网络的“松弛”与“消融”H12.0H24.0C13.0C22.6180℃150℃110℃40℃150℃140℃110℃80℃40℃60℃100℃126.67℃140℃160℃180℃130℃83.85℃30℃60kW60kW40kW80kW120kW160kW120kW140kW⑦、Pinch理论中换热网络的“松弛”与“消融”H1H2C1第一次‘‘消融”（firstheatloop）H12.0H24.0C13.0C22.6180℃110℃40℃150℃140℃110℃80℃40℃60℃100℃113.33℃160℃180℃130℃83.85℃30℃140kW60kW40kW120kW160kW120kW140kW违反（violation）△Tmin第一次‘‘消融”（firstheatloop）H1HH12.0H24.0C13.0C2180℃123.33℃40℃150℃140℃110℃80℃40℃60℃100℃113.33℃160℃180℃130℃83.85℃30℃140-x60+x40kW120kW160+x120-x140+x140－x＝2（180－123.33）＝113.33kWx=26.67kWShiftingheatloadsH1H2C1C2180℃123.33℃40℃150℃140℃H1H2C1C2180℃123.33℃40℃150℃140℃116.66℃86.66℃40℃60℃100℃113.33℃151.1℃180℃130℃94.1℃30℃113.33kW86.66kW40kW120kW186.66kW93.33kW166.66kW第一次‘‘消融”结果：H1H2C1C2180℃123.33℃40℃150℃140℃第二次‘‘消融”（secondheatloop）H1H2C1C2180℃123.33℃40℃150℃140℃116.66℃86.66℃40℃60℃100℃113.33℃151.1℃180℃130℃94.1℃30℃113.33kW86.66kW40kW120kW186.66kW93.33kW166.66kW第二次‘‘消融”（secondheatloop）H1H1H2C1C2180℃123.33℃40℃150℃126.66℃86.66℃40℃60℃113.33℃151.1℃180℃130℃94.1℃30℃113.33kW86.66kW160kW186.66kW93.33kW166.66kW第一次‘‘消融”结果：第二次“消融”过程不违反（violation）△TminH1H2C1C2180℃123.33℃40℃150℃126.H1H2C1C2180℃123.33℃40℃150℃126.66℃86.66℃40℃60℃113.33℃151.1℃180℃130℃94.1℃30℃113.33kW86.66kW160kW186.66kW93.33kW166.66kW“松弛”：以热负荷“集中”为基本原则，减少内部换热器数量H1H2C1C2180℃123.33℃40℃150℃126.H1H2C1C2180℃170℃40℃150℃86.66℃40℃60℃144.44℃151.1℃180℃130℃30℃20kW86.66kW253.33kW186.66kW260kW违反（violation）△TminH1H2C1C2180℃170℃40℃150℃86.66℃4H1H2C1C2180℃170℃40℃150℃90℃40℃60℃140℃146.67℃180℃130℃30℃20kW100kW240kW200kW260kW“松弛”调整：减少被“松弛”的换热器热负荷，使其满足最小推动力要求。H1H2C1C2180℃170℃40℃150℃90℃40℃6C1C2H1H2180℃60℃110℃30℃130℃40℃170℃20kW100kW260kW240kW200kW150℃90℃40℃140℃146.67℃180℃优化后的热交换网络图：C1C2H1H2180℃60℃110℃30℃130℃40℃140℃130℃150℃180℃140℃180℃60℃30℃H1H2C1C22.04.03.02.6170℃90℃146.67℃QH＝100KWQC＝200KW40℃130℃150℃180℃140℃180℃60℃30℃H

前面已经计算出窄点温度为150℃，热流股窄点温度为160℃，冷流股窄点温度为140℃（在△Tmin＝20℃）

而且已经计算出，QHmin＝11.5MW，QCmin＝14MW。例题：

那么，如何根据窄点技术的原则还在这4个流股之间进行换热网络的设计呢？热量交换网络的“消融”与“松弛”（能量集成章节补充材料）而且已经计算出，QHmin＝11.40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃60℃20℃H1，CP=0.15H2，CP=0.25C1，CP=0.2C2，CP=0.3133.33℃191.67℃146.67℃13.5MW168℃20MW40℃40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃各换热器流股进出口温度、热负荷及逆流对数传热温差C211.5230191.67QHmin加热器H11440133.33QCmin冷却器28.85201404080160H2－C1116.644020133.33160H1－C129.828180140168200H2－C119.762146.67140160168H2－C260.613.5191.67146.67160250H1－C2对数温差（℃）热负荷（MW）冷流股出（℃）冷流股进（℃）热流股出（℃）热流股进（℃）各换热器流股进出口温度、热负荷及逆流对数传热温差C211.5HC优化设计的热交换网络H2H1C1C2H1－C2250℃160℃146.67℃191.67℃230℃180℃200℃168℃140℃140℃160℃80℃133.33℃40℃20℃40℃H2－C2H2－C1H2－C1H1－C1HC优化设计的热交换网络H2H1C1C2H1－C2250℃1问题：这个复杂的热交换网络能否通过“消融”和“松弛”进行简化？简化前后，能量的节省情况如何变化？问题：上述热交换的网络图表示法：H10.15250℃160℃133.33℃40℃200℃168℃160℃80℃20℃40℃140℃180℃140℃146.67℃191.67℃230℃H20.25C10.2C20.313.5MW11.5MW14MW8MW2MW20MW4MW上述热交换的网络图表示法：H1250℃160℃133.33℃H10.15250℃160℃133.33℃40℃200℃168℃160℃80℃20℃40℃140℃180℃140℃146.67℃191.67℃230℃H20.25C10.2C20.313.5MW11.5MW14MW8MW2MW20MW4MW“消融”：去掉换热回路H1250℃160℃133.33℃40℃200℃168℃16H10.15250℃160℃133.33℃40℃200℃200℃192℃80℃20℃40℃180℃180℃140℃146.67℃191.67℃230℃H20.25C10.2C20.313.5MW11.5MW14MW2MW28MW4MW也遵循“小向大靠”的负荷集中原则但融合后的换热器违反推动力限制H1250℃160℃133.33℃40℃200℃200℃19H10.15250℃160℃133.33℃40℃200℃200℃200℃80℃20℃40℃180℃180℃140℃146.67℃191.67℃230℃H20.25C10.2C20.313.5MW11.5MW14MW2MW28MW4MW“消融”时热负荷转移调整：H1250℃160℃133.33℃40℃200℃200℃20H10.15250℃160℃146.67℃40℃200℃200℃80℃20℃30℃180℃180℃140℃140℃185℃230℃H20.25C10.2C20.313.5MW13.5MW16MW30MW2MW“消融”时热负荷转移调整并同时松弛：H1250℃160℃146.67℃40℃200℃200℃80上述消融和松弛后热交换的网络的线圈图表示法：HCH2H1C1C2H1－C2250℃160℃185℃230℃180℃200℃140℃80℃146.67℃30℃20℃40℃H2－C1H1－C1上述消融和松弛后热交换的网络的线圈图表示法：HCH2H1C1核算所有换热器的对数传热温差核算所有换热器的对数传热温差40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃60℃20℃H1，CP=0.15H2，CP=0.25C1，CP=0.2C2，CP=0.3133.33℃191.67℃146.67℃168℃20MW40℃13.5MW40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃60℃20℃H1，CP=0.15H2，CP=0.25C1，CP=0.2C2，CP=0.330℃185℃13.5MW30MW146.67℃2MW16MW13.5MW40℃80℃160℃140℃200℃250℃180℃230℃有如下二个热流股和二个冷流股：要求△Tmin＝10℃；（1）、用Pinch原理的问题列表法计算该热交换网络的窄点、网络对外界的最小热量需求和最小冷量需；（2）、设计该优化的热交换网络，用线圈图表示出来。有如下二个热流股和二个冷流股：要求△Tmin＝10℃；热交换网络及能量管理课件温度区间（℃）区间流股△T（℃）∑CPC－∑CPH区间焓变(kW)35530527524515550303090-300100-400300-150003000-1200027000145106006000H1H2C1C23005007004001252020040007550-500-25000温度区间（℃）区间流股△T（℃）∑3、构筑热阶流图热源355℃0-15000305℃150003000275℃12000-12000245℃240002700075℃12000

冷源155℃-3000-250006000145℃-90004000125℃-13000热源355℃13000-15000305℃280003000275℃25000-12000245℃370002700075℃25000

冷源155℃10000-250006000145℃40004000125℃03、构筑热阶流图热源355℃0-15000305℃150得到窄点温度为125℃；热流股窄点温度为130℃，冷流股窄点温度为120℃；QCmin＝25000kW，QHmin＝13000kW得到窄点温度为125℃；801001201401601802002202402602803003203403607090110130150170190210230250270290310330350300500700400130267.5QH＝13000KWQC＝25000KW227.1475000kW3308028036016024012014030051000kW9000kW801001201401601802002202402602C1C2H1H2HC140℃267.5℃300℃120℃227.14℃240℃360℃330℃160℃280℃130℃80℃51000kW75000kW13000kW9000kW25000kWC1C2H1H2HC140℃267.5℃300℃120℃225QHmin加热器H2500080130QCmin冷却器25.775000227.1412