夾點技術(shù)在建材工業(yè)的運用

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舉個例子，在一個比較簡單的熱物流公用工程中有四個數(shù)據(jù)流，包括兩個熱物流和兩個冷物流，相關(guān)的數(shù)據(jù)見表1所示，冷熱組合曲線就可以用來確定它的夾點溫度。如果ΔT－min在這種情況下是10°C，圖1給出了最佳的熱和冷物流的夾點溫度之間的溫差和冷熱組合曲線。

由于問題表格算法是使用溫度區(qū)間為單位，所以要建立一個統(tǒng)一的溫度規(guī)模來做計算。但是，如果使用的實際溫度流，由于有一些熱量不能及時收回，會造成數(shù)據(jù)誤差，因此，為了避免此問題，建立一個移位溫度T*來重新建立溫度標(biāo)示。當(dāng)ΔTmin確定后，為了執(zhí)行能量定位，熱和冷物流相應(yīng)移位?？梢酝ㄟ^移位溫度T*減去(ΔTmin)/2為熱物流使其冷卻，而添加(ΔTmin)/2為冷物流以使其更熱。例如，在表2的最后兩列顯示移位后物流的溫度，當(dāng)ΔTmin的=10℃。列出所有轉(zhuǎn)移溫度升降溫度形成的溫度區(qū)間。在此步驟中，先計算出在每個溫度區(qū)間的熱容量流速的總和。在乘以熱容量流率的區(qū)間溫差，就可以得到ΔH平衡。此外，當(dāng)ΔH是向上的，這意味著熱物流占主導(dǎo)地位，這時可以向外提供熱量，相反，當(dāng)ΔH向下時，這意味著冷物流占主導(dǎo)地位，需要外界提供熱量。圖2所示的的ΔH平衡圖示例子。圖3是一個比較典型的熱級聯(lián)(子網(wǎng)絡(luò))圖表，在熱級聯(lián)的第一列是指移位的溫度，第二列是千焦耳/小時的焓值，第三列是指以kJ/小時的熱負(fù)荷。開始的熱級聯(lián)為零。按溫位將系統(tǒng)中的物流劃分為若干個熱級聯(lián)(子網(wǎng)絡(luò))，求出熱級聯(lián)的輸入和輸出熱負(fù)荷，在負(fù)荷為零處，如表3中可以計算出夾點為85，這樣，熱物流的夾點溫度就為90℃，熱物流的夾點溫度就為80℃。

綜合復(fù)合曲線(GCC)

綜合復(fù)合曲線是用于設(shè)置多個能量程序目標(biāo)的工具，，圖3就是比較典型的綜合復(fù)合曲線。建立一個綜合復(fù)合曲線，首先我們要將熱物流的溫度進(jìn)行調(diào)整。該曲線是通過減去的一部分從熱氣流溫度的允許溫度的方法和加入剩余部分的容許溫度的方法向冷物流溫度偏移，然后根據(jù)所得的工藝溫度繪制一個綜合復(fù)合曲線，然后根據(jù)曲線顯示的整體的熱物流過程中消耗溫度繪制出從焓(水平)在不同溫度下的移位的復(fù)合曲線之間的差異。在圖3中，此曲線顯示一個焓等于零，此點就是夾點溫度。另外，在該曲線上，還可以看到一個過程的熱物流的能量交換到另一個區(qū)域。這個區(qū)域被稱為“熱口袋”?？诖械那€代表的區(qū)域中冷熱物流的熱交換是足以自由交換的，而不需要外界給予能量。所以在這個區(qū)域，嚴(yán)格來說是沒有任何能量程序和熱交換器的。此外，GCC是用于選擇所需的冷卻和加熱公用工程的基本方法之一。GCC表示出的熱和冷物流的焓和溫度可以區(qū)分在不同溫度水平的工程處理方面的要求。在不同的溫度下，選用不同的工程設(shè)備，以最大限度的降低設(shè)備成本．就像在圖5中的，MP蒸汽選用的從高壓蒸汽排出的富余蒸汽，而不是直接使用高壓蒸汽，這樣成本可大大降低?？傊C合復(fù)合曲線是用于選擇適當(dāng)?shù)男в盟胶歪槍σ粋€給定集合的多個效用水平中使用的夾點分析的最基本的工具之一。它針對涉及到的各種能效水平設(shè)置適當(dāng)?shù)呢?fù)載，使效能最大化和成本最小化。

換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(HEN)

根據(jù)夾點技術(shù)設(shè)計換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，由于其簡單，高效而被廣泛采用。換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計分別采用上下兩個夾點進(jìn)行設(shè)計。首先，該區(qū)域被劃分成上面和下面的夾點網(wǎng)格圖。通過充分回收熱量和添加額外的熱量來進(jìn)行熱和冷的物流工程設(shè)計，最終可以得到換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的上、下夾點網(wǎng)格圖見圖6和圖7所示。

小結(jié)

夾點的兩個特征:一是該處的冷熱物流間的熱流溫差最小，在該處可以得到ΔTmin;二是該處的工程系統(tǒng)的熱流量為零。這也就說明夾點限制了工程系統(tǒng)能量的進(jìn)一步回收，形成了該處的系統(tǒng)能量回收的“瓶頸”，如果要想進(jìn)一步回收能量，就必須解開“瓶頸”，這就需要“優(yōu)化”夾點，夾點技術(shù)的意義就在于如何“優(yōu)化”夾點。另外，夾點把工程系統(tǒng)分成上下兩個系統(tǒng)，夾點的上方為熱網(wǎng)絡(luò)，需要公用工程進(jìn)行加熱，而夾點下方為冷網(wǎng)絡(luò)，需要公用工程進(jìn)行冷卻。另外，為了保證系統(tǒng)能量的回收做到最大化，應(yīng)遵守三條基本原則:(1)夾點處不能有熱流量流過;(2)夾點上方不能導(dǎo)入冷公用工程;(3)夾點下方不能導(dǎo)入熱公用工程。

成本目標(biāo)

對于不同的值ΔTmin，夾點溫度也會隨著改變，當(dāng)選擇較低的值ΔTmin，使用的能量將減少，但將增加換熱面積。使用的能源量會影響經(jīng)營成本，而換熱器的面積會影響投資成本。因此，如何在建設(shè)成本和運營成本之間找到了平衡也是一個非常重要的工作。使用成本目標(biāo)法就可以獲得最佳的總成本目標(biāo)．建設(shè)成本和運營成本之間的平衡取決于每單位面積的換熱器，加熱和冷卻的成本，投資成本，投資回收期等多方面的因素。另外建設(shè)成本是一次性的投資。而能源和工程運營成本，是多年累積的。因此，要計算總成本時，資本成本和運行成本必須建立在一個相同的基礎(chǔ)。常用的方法，是評估在一個固定的期間內(nèi)，經(jīng)營成本和資本成本的回報期通常是用來作為那個時期來考慮。圖8顯示根據(jù)增加ΔTmin的資本成本，經(jīng)營成本和總成本之間的關(guān)系。

結(jié)論

目前，夾點技術(shù)在國外得到了越來越多的企業(yè)的重視，許多國際知名的大公司都在開始采用夾點技術(shù)，雖然我國的建材行業(yè)仍然還在快速的發(fā)展，但由于國家對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，建材行業(yè)也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，許多企業(yè)由于能源消耗，環(huán)境污染等一系列問題無法解決，面臨著轉(zhuǎn)產(chǎn)搬遷的問題．為了解決此問題，利用夾點技術(shù)來進(jìn)行企業(yè)的技術(shù)改造以降低能耗，減少廢氣，污水排放，凈化環(huán)境和優(yōu)化投資將會給建材行業(yè)帶來受益匪淺的好處．近幾年，夾點技術(shù)的研究已經(jīng)延伸到水系統(tǒng)的設(shè)計，水夾點技術(shù)的應(yīng)用對于節(jié)約工業(yè)系統(tǒng)的水量，減少廢水的排放有著明顯的優(yōu)勢，所以如果能綜合全面的在企業(yè)的技術(shù)改造方面應(yīng)用夾點技術(shù)那節(jié)能減耗的效果就更明顯了。（本文作者：趙婉霞、趙小蔚 單位：浙江省建筑材料科學(xué)研究所）