考虑非等温混合的能量集成水网络设计方法研究

摘要

本文针对用水网络中流股的非等温混合对用水网络系统用能特性的影响规律展开研究,建立了有效的能量集成水网络流股混合规则和调控方法,提出了具有简单网络结构、优异能量特性的能量集成水网络概念设计方法。
　　 非等温混合具有一般混合的特点,能减少系统流股数目,简化网络结构。更为重要的是,它作为一种直接换热方式,不需要提供换热面积。而且它对流股问的传热温差没有要求,能使对间接换热不可行的传热过程变得可行,从而增大了系统热回收的潜力。但是,不适当的非等温混合也会造成能量惩罚,使系统能耗增加。本研究在深入分析不同性质非等温混合与系统用能关系的基础上,得到了非等温混合规则。同性混合不会使系统公用工程用量减少；异性混合既可以使系统公用工程用量增加,也可以使其减少或保持不变；当非等温混合造成能量惩罚时,可以先对混合流股进行间接换热,降低其温差,然后再混合。非等温混合规则可以准确判断混合对系统能量特性的影响,当能量惩罚出现时还可以利用它对混合过程进行设计避免惩罚。本研究还从两个方面改进了“分离系统”法设计网络结构。分离系统的构建,既可以固定冷组合曲线,也可以固定热组合曲线,而且在分离系统中换热的冷、热流股不必保持最小传热温差,可以尽量利用大的传热推动力以减少传热面积,同时不造成系统能量惩罚。在非等温混合规则与改进的分离系统法的基础上,提出了一种系统化的能量集成水网络设计方法,即首先根据“二维格子图”设计初始用水网络结构,再利用非等温混合规则分析网络中的非等温混合流股,判断它是否造成能量惩罚并避免惩罚。最后通过改进的分离系统法完成能量集成水网络的设计。该方法不仅利用了非等温混合简化网络结构,还避免了能量惩罚的出现,保持了最小的用水与用能目标。