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换热网络优化技术

换热网络优化是指设计一个由热交换器、辅助加热器和辅助冷却器组成的换热器网络,使系统中需要加热或冷却的物流都达到预定的出口温度,并使系统的投资费用和运行费用最小。

优化设计主要包括两个方面:(1)尽可能的匹配冷、热物流使全过程系统能量得到进一步合理应用,最大化的回收能量,提高能量的利用效率;(2)尽可能的减少换热器的数目,减少设备投资费用,减少年度总费用,提高换热器网络的弹性,使企业能够拥有最大的经济效益。

换热网络优化的方法可以分为三类:第一类是基于热力学的试探调优法,以Linnhoff等提出的夹点分析法为代表,这是目前在工程技术中应用最广泛的方法;第二类是数学规划法,以Grossmann等提出的分层优化法为代表,目前应用于理论研究中;第三类是基于人工智能的专家系统方法,目前尚处于研制开发阶段。

换热网络设计的主要原则:(1)最小外部损失原则。在设计和生产过程中,应力求使排除系统中未利用的余热降到最低的限度,做到能量的充分利用。(2)最佳推动力原则。任何热力学势差都是不可逆因素,都会导致过程的有效能损失。在技术和经济条件允许的前提下,寻求过程进行的最佳推动力,以提高能量的有效利用率。(3)能量优化利用原则。化工过程具有复杂的用能系统:一次能源和二次能源、热量与冷量、电能、高压流体的机械能等。因此,各种形式的能量的相互匹配、综合利用具有特别重要的意义。