ТОПЛИННА ИНТЕГРАЦИЯ (ПИНЧ ТЕХНОЛОГИЯ) УЧЕБНА ТЕТРАДКА
2
3 1. ОСНОВНИ ПРИНЦИПИ НА ИНТЕГРАЦИЯТА НА ТОПЛИННИ ПРОЦЕСИ 1.1. ВЪВЕДЕНИЕ Фиг. 1.1. Условно представяне на ТС и основните групи параметри.
4
5 1.2. МЕТОДИКА НА ПРОЕКТИРАНЕ НА ЕНЕРГОИКИНОМИЧНИ ТЕХНОЛОГИЧНИ СИСТЕМИ Фиг. 1.2. Проектирането на ТС започва с реактора, който формира вътрешния кръг на концентричната диаграма. Фиг. 1.3. ТС и концентрична диаграма.
6
7 Фиг. 1.4. Концентрична диаграма от реактор, система за разделяне и система от топлообменници, която се проектира последна. Фиг. 1.5. Схема и концентрична диаграма на процеса за определяне на външните енергоносители
8
9 Фиг. 1.6. Актуализирана система на процеса преди началото на проектиране на топлообменната система. Фиг. 1.7. Проектно взаимодействие между слоевете на концентричната диаграма
10
11 Фиг. 1.8. Етапи на проектната интеграция и взаимодействието между тях. Фиг. 1.9. Начална схема на технологичния процес и топлообменниците.
12
13 Фиг. 1.10. Начална и подобрена схема на технологичния процес и топлообменниците. Фиг. 1.11. Начална схема и цели за подобряване на технологичния процес и топлообменниците.
14
15 2. ВЪВЕДЕНИЕ В ПРИНЦИПИТЕ НА ИНТЕГРАЦИЯТА НА ТОПЛИННИТЕ ПРОЦЕСИ 2.1. ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНИ В ТЕОРИЯТА НА ИНТЕГРИРАНЕ НА ТОПЛИННИТЕ ПРОЦЕСИ Фиг. 2.1. Условно представяне на технологичните потоци на температурно-енталпийна диаграма: а) представяне на горещите потоци: 1- кондезация, 2- охлаждане; б) студени потоци: 1- нагряване, 2- изпарение където: с р - M- T H dh = c p MdT (2.1)
16
17 Фиг. 2.2. Функционална зависимост между изменението на температурата и изменението на енталпията. ΔH = T2 T c p MdT 1 (2.2) ΔH = c pm ( T 1 T2 ) (2.3) CP = c p M (2.4) ΔH = Q ΔT = T 2 T 1 CP( T ) = ΔH lim ΔT ΔT 0 Фиг. 2.3. Потокова топлоемкост.
18
19 СР=ΔН/(Т 2 -Т 1 ). Фиг. 2.4. Схеми на топлинни потоци в два топлообменни апарата. Фиг. 2.5. Температурно-енталпийни диаграми за определяне на ΔT min : а) изменение на топлосъдържанието на потоците в топлообменник 1; б) изменение на топлосъдържанието на потоците в топлообменник 2, 1- горещ поток ;2- студен поток.
20
21 Фиг. 2.6.Технологична схема с два реактора Р1 и Р2 и система за разделяне С1. С-охлаждане, Н нагряване. ΔH CP = Ts Tt (2.5) Табл. 2.1. Потокови стойности за процеса, представен на фиг. 2.6 поток Ts, O С Tt, O С СР, kw/ O С ΔН, kw 1 горещ 180 80 20 2000 2 горещ 130 40 40 3600 3 студен 60 100 80-3200 4 студен 30 120 36-3240
22
23 Рис. 2.7. Енталпиен баланс на ТС. QH топлина, приемана от външните енергоизточници; QС топлина, отвеждана от ТС с външните охлаждащи агенти; СТ система на топлообмена. На линиите на технологичните потоци са представени началните и крайни температури и топлинните натоварвания.
24
25 Рис. 2.8. Изменение на енергията, усвоявана от ТС и изменение на енергията отвеждана от ТС. Табл. 2.2. Потокови стойности за двупотокова схема на рекуперация. поток Тип Ts, O С Tt, O С ΔН, МW 1 студен 30 100 14 2 горещ 150 30-12
26
27 2.2. ПОСТРОЯВАНЕ НА СЪСТАВНИТЕ КРИВИ НА ТЕХНОЛОГИЧНИТЕ ПОТОЦИ И ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ЕНЕРГЕТИЧЕСКИТЕ ЦЕЛИ Фиг. 2.9. Двупотокова схема на рекуперация на топлината: а) температурно-енталпийна диаграма на технологическите потоци; б) технологична схема на процеса. Фиг. 2.10. Двупотокова схема на рекуперация на топлината след корекция на горещия и студения поток: а) температурно-енталпийна диаграма на технологическите потоци; б) технологична схема на процеса.
28
29 Фиг. 2.11.Технологична схема с два горещи и два студени потока. Табл.2.3. Потокови данни на технологическата схема Поток Тип Ts, Tt, Δ H 10-3, CP, O C O C kw kw/ O C 1. Реактор 1 - вход студен 20 180 32,0 200 2. Реактор 1 - продукт горещ 250 40-31,5 150 3. Реактор 2 - вход студен 140 230 27,0 300 4. Реактор 2 - продукт горещ 200 80-30,0 250 Фиг. 2.12. Температурно-енталпийна диаграма на двата горещи потока.
30
31 Фиг. 2.13. Температурно-енталпийна диаграма на двата студени потока. Фиг. 2.14. Температурно-енталпийна диаграма на горещите и студени потоци, представени с техните съставни криви, позволяваща да бъдат определени целевите енергетични стойности на горещите и студени енергоносители.
32
33 Фиг. 2.15. Температурно-енталпийна диаграма на горещите и студени потоци, представени с техните съставни криви ΔT min =20 О С. Фиг. 2.16. Зависимостта на общата стойност на топлообменната система в зависимост от стойността на оборудването, стойността на външните утилати и от стойността на ΔT min.
34
35 2.3. ТАБЛИЧЕН МЕТОД ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ НА ТЕХНОЛОГИЧНИТЕ ПОТОЦИ И ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ЕНЕРГЕТИЧЕСКИТЕ ЦЕЛИ Фиг. 2.17. Разделяне на температурно-енталпийната диаграма на температурни интервали. ΔT min е недостижимо в границите на всеки температурен интервал. Фиг. 2.18. Придвижени съставни криви по оста на температурата, което позволява да се осъществи пълна рекуперация на топлината в границата на всеки температурен интервал. ΔH i = CPC CPH ΔTi, (2.6) Всички студени Всички горещи потоци потоци
36
37 Фиг. 2.19. Целеви енергетически стойности, като максимално разстояние между придвижените криви по енталпийната ос.
38
39 Табл. 2.4. Придвижени температури на потоците на базата на табл. 2.3. Поток Тип Ts, C Tt, C Ts *, C Tt *, C 1 Студен 20 180 25 185 2 Горещ 250 40 245 35 3 Студен 140 230 145 235 4 Горещ 200 80 195 75 Температури на границите на интервала, О С 245 O 250 O 235 O 240 O 230 O 195 O 200 O 190 O 200 O 185 O 180 O 190 O 180 O 190 O 145 O 140 O 150 O 140 O 150 O 75 O 70 O 80 O 35 O 30 O 40 O 25 O 20 O 80 O Фиг. 2.20. Разположение на придвижените температурни интервали и технологически потоци по температурната ос.
40
41 Табл. 2.5 Топлинен баланс в граници на температурните интервали. Температури на границите на интервала Разпределение на потоците 245 О C ΔT на интервала О C ΣCP C -ΣCP H kw/ O C ΔH на Излишък/ интервала недостиг kw 235 О C 10-150 - 1500 излишък 195 О C =300 40 150 6000 недостиг 185 О C =150 СР =250 10-100 - 1000 излишък 145 О C 75 О C =200 СР СР 40 100 4000 недостиг 70-200 - 14000 излишък 35 О C СР 40 50 2000 недостиг 25 О C 10 200 2000 недостиг
42
43 Фиг.2.21. Каскада на табличния алгоритъм: (а) каскада на излишъците на топлина при нулеви горещи утилати; (б) при целевите стойности на горещите утилати; ΔН топлинен баланс на температурния интервал, kw.
44
45 Фиг. 2.22. Резултати, получени при разработване на каскада на топлинните потоци.
46
47 2.4. ОСНОВНИ СЪСТАВНИ ЧАСТИ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКАТА СИСТЕМА И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ТЯХ фиг. 2.23. Съставни линии и точка на пинча.
48
49 Фиг. 2.24. Пинч температура на горещите и студени потоци. фиг. 2.25 Технологическата система като съставна от източник на топлина и част, отвеждаща топлината.
50
51 Фиг. 2.26. Топлоотвеждаща част и топлинен източник в термично равновесие със своите целеви енергетически стойности при нулев топлинен поток през пинча. Фиг. 2.27. Предаване на топлина от подсистемата, намираща се над пинча към подсистемата, намираща се под пинча.
52
53 Фиг. 2.28. Предаване на топлина от подсистемата, намираща се под пинча към подсистемата, намираща се над пинча. Фиг. 2.29. Предаване на ХР единици топлинна енергия през пинча, увеличаващо целевите енергетически стойности с ХР. [ Реално изразходвано] = [ Целеви стойности] + [ Предадено през пинча] или като израз: QRe = Q XP, (2.7) al T +
54
55 Фиг. 2.30 Предаване на топлина от горещите утилати над пинча към процеса под пинча. Фиг. 2.31 Предаване на топлина от процеса над пинча към студените утилати под пинча.
56
57 Фиг. 2.32 Основни части на топлинния поток през пинча. Фиг. 2.33. Разделяне на ТС при проектиране.
58