Методичні вказівки для вивчення учбових матеріалів по розділу «Вступ до пінч-аналізу» за курсом «Вступ до спеціальності», страница 9

На працюючих промислових підприємствах може не існувати системи рекуперації теплової енергії, і виробництво не буде інтегрованою теплоенергетичною системою. У той же самий час існує велике число підприємств що мають системи рекуперації теплової енергії, але ці системи можуть працювати не кращим чином, з погляду споживання енергії.

За допомогою методів пінч-аналізу можна визначити недоліки систем рекуперації теплової енергії, і, застосовуючи методи пінч-проектування, їх усунути.

Система рекуперації теплової енергії на промисловому підприємстві багато в чому аналогічна одному теплообмінному апарату. Через неї теплова енергія гарячих технологічних потоків (тих потоків, які необхідно охолодити) передається холодним технологічним потокам. Таку рекуперативну систему можна розглядати, як один узагальнений теплообмінник, в якому частина теплової енергії гарячих потоків передається холодним технологічним потокам.

Основні ідеї пінч-аналізу

Підсумовуючи зміни потокового тепловмісту гарячих технологічних потоків в інтервалах температур, в яких ці потоки знаходяться, ми одержуємо кусково-лінійну залежність сумарної зміни потокового тепловмісту всіх гарячих потоків процесу, що розглядається, від температури [4–7] на ентальпійно-температурному графіку (рис. 15). У пінч-аналізі дана залежність називається гарячою складеною кривою. Аналогічно будується і холодна складена крива для сумарної зміни тепловмісту холодних технологічних потоків.

І знову, гарячу складову криву ми можемо інтерпретувати, як зміну тепловмісту одного узагальненого гарячого потоку в узагальненому рекуперативному теплообміннику. На відміну від представлення одиночного гарячого потоку на ентальпійно-температурної діаграмі вона представляє вже не пряму, а ламану лінію.

Аналогічно, холодну складову криву ми можемо інтерпретувати як уявлення узагальненого холодного технологічного потоку в узагальненому теплообмінному апараті.

Якщо в проектованому промисловому процесі планується рекуперація теплової енергії, або при обстеженні процесу, що діє, виявлена система рекуперації теплоти, то складові криві на ентальпійно-температурній діаграмі перекриватимуть одна одну за віссю потокової ентальпії (рис. 15).

Величина інтервалу перекриття складених кривих за ентальпійною віссю показує потужність рекуперації в теплообмінній системі процесу – Q_REC (рис. 15).

Рисунок 15 – Ентальпійно-температурна діаграма складених кривих технологічних потоків: 1 – складена крива гарячих технологічних потоків; 2 – складена крива холодних технологічних потоків; зафарбована область між складеними кривими – область, де відбувається рекуперація теплової енергії. DТ_min– мінімальна різниця температур між теплоносіями в теплообмінному устаткуванні процесу; Q_Hmin– цільова величина гарячих утиліт; Q_Cmin– цільова величина холодних утиліт; Q_REC– значення потужності рекуперації

Величина ентальпійного інтервалу, на якому залишається відкритою холодна складова крива, показує величину гарячих утиліт, тобто додаткову потужність, яку необхідно підвести до процесу, щоб холодні потоки досягли своїх цільових (кінцевих) температур. Ентальпійний інтервал, на якому залишається відкритою гаряча складова крива, показує величину холодних утиліт, тобто значення потужності, яку необхідно відвести від процесу для досягнення гарячими потоками своїх цільових температур (рис. 15).

Область найбільшого зближення між складеними кривими за температурною віссю називається пінчем. Аналогічно тому, як ми розглядали розташування пінча для одиночного теплообмінника, але на діаграмі складених кривих пінч може розташовуватися в будь-якому місці їх перекриття, а не тільки на початку або закінченні профілю потоку, як це було для одиночного теплообмінника (рис. 13). Температурна різниця між кривими в цьому місці відповідає найменшій температурній різниці між теплоносіями в теплообмінному устаткуванні процесу – DT_min (рис. 15), величина, що має ключове значення в пінч-анализі процесів і пінч-технології проектування [4–7].

Область пінчу ділить загальну систему технологічних потоків промислового процесу на дві підсистеми: підсистему потоків вище пінчу і підсистему потоків нижче пінчу (рис. 15).