第2章　能量系统和水系统集成优化的基本原理与步骤

2.1　换热网络改造综合的基本原理与步骤

2.1.1　基本原理

在过程工业的生产系统中，通常总是有若干冷物流需要被加热，而又有另外若干热物流需要被冷却。对于多股热流，我们可将它们合并成一根热复合曲线；对于多股冷流，我们也可将它们合并成一根冷复合曲线，然后将两者一起表示在温焓图上。确定了夹点温差之后的冷热复合曲线图如图2-1所示。图中，冷、热曲线的重叠部分为过程内部冷、热流体的换热区，冷复合曲线上端剩余部分为在该夹点温差下所需的最小加热公用工程量QH，min；热复合曲线下端剩余部分为在该夹点温差下所需的最小冷却公用工程量QC，min。

图2-1　冷热复合温焓图

夹点是冷热复合温焓线中传热温差最小的地方。夹点的出现将整个换热网络分成了两部分，夹点之上是一个净热阱，夹点之下是一个净热源，在夹点处热通量为零。

因此，为达到最小加热和冷却公用工程量，夹点方法的设计原则是：

① 夹点之上不应设置任何公用工程冷却器；

② 夹点之下不应设置任何公用工程加热器；

③ 不应有跨越夹点的传热。

2.1.2　步骤

已有的换热网络的改造综合的步骤如下。

（1）冷热物流数据提取

提取所有流经换热器的物流的参数，包括温度、压力、组成、流量、热负荷。不能直接提取热负荷时，可根据其他参数，通过流程模拟软件，计算出热负荷。据此，确定所有冷热物流的供应温度、目标温度和热负荷。对于有相变的物流，要确定其相变点。根据公用工程物流数据，确定实际加热和冷却公用工程量。

（2）夹点计算

参考现行换热网络的最小温差，确定夹点温差。将物流数据输入夹点计算软件，可以求得夹点位置、最小加热和冷却公用工程量。

（3）换热网络分析

根据夹点位置和实际换热网络，分析有无夹点之上的冷却器，有无夹点之下的加热器，有无跨越夹点的传热。根据最小和实际公用工程量，确定换热网络的节能潜力。

（4）换热网络优化

维持现有换热网络的基本结构，考虑消除具有较大热负荷的夹点之上的冷却器，夹点之下的加热器，及跨越夹点的传热。