污水换热器
热泵换热器
换热器维修
新闻动态
最大能量回收为目标的多股流换热器运行工作点优化点击：1699 日期：[ 2014-04-26 21:54:09 ] |
| 最大能量回收为目标的多股流换热器运行工作点优化 周艳钧1，崔国民1，赵永芹2 （1上海理工大学热工程研究所，上海200093；2空调国际（上海）有限公司，上海200001） 摘要：多股流换热器的运行优化直接影响到能量回收水平和整体性能。本文从多股流换热器的热回收效率入手，通过不同工况条件下的计算分析，获得了流体组织方式与其最佳运行工作点之间的关系，从而为多股流换热器提供了一种在线运行优化的调节方法。 关键词：能量回收；多股流换热器；运行优化 由于具有结构紧凑、传热效率高、适应性强、经济性好、传热温差小等一系列优点，多股流板翅式换热器广泛地应用于空气分离、石油化工、航天航空等领域。与其他换热设备一样，多股流换热器的性能提升也依赖于结构优化和运行优化两部分。鉴于其结构的特殊性，多种流体存在复杂的耦合关系，其运行优化对于高效地发挥其性能具有更重要的作用。 多股流换热器的运行优化包括两部分内容，一是运行工作点的优化，二是控制过程中过渡过程的优化。所谓运行工作点的优化，即是寻找一个最佳工况点，使得在此工作点处能够发挥换热器的最佳性能。对于多股流换热器，控制优化则是指，为了保证目标流体的出口工艺参数，在扰动作用下如何组合调节辅助流体才能达到控制过程最优化。但是，任何换热设备在正常工作时，在一定时期内其工况一般都是相对稳定的，其运行工况点选取的好坏将直接影响到其总体的性能水平，这种长效的性能差异将远大于控制所带来的能效降低。因此运行工况点的优化是多股流换热器运行优化的基础，是首先必须解决的问题[1-2]。 基于此，本文以能量回收为应用背景，以多股流换热器为能量回收设备，考察了不同工况条件下，流体组织与其最佳运行工况点之间的关系，从而为在线最佳运行工况点调节提供了理论基础。 1·两股流体进口温度相等情况下的最佳运行工况点 1.1两股冷流体进口温度相等 针对于热回收的多股流换热器，如果两股冷流体入口温度相同，用以回收一股热流体的热量，其等效结构如图1所示。换热器的结构参数以及流体参数如表1、表2所示。 参数如表1、表2所示。 冷流体总流量为一定值，在进入换热器之前被分为两部分即冷流体A和冷流体B，但是两者的流量怎样分配才能使换热器的热回收效率最高？根据这个思想，计算两股冷流体所占总流量比例不同情况下的热回收效率，结果示于表3。 从表3可以看出，当换热器具有最大热回收效率时并不是冷流体A和冷流体C的流量相等时，而是两者为一定比值时。对两股流换热器来说，同一流体在不同通道中有着相同的流量，因此换热器总运行在非最佳状态。而多股流换热器通过合理匹配不同通道中流体的流量可以实现最佳静态工作点下的运行。 为了更好地观察两股冷流体进口温度相等时冷流体的进口温度改变时，两股冷流体流量比值不温度的变化而改变，不管冷流体的进口温度是多少，佳静态工作点的位置总是在冷流体C的流量比值为0.6左右。这种现象表明，静态工作点的位置是由两股冷流体各自的换热量比例决定的而不是由总的换热量决定。 1.2两股热流体进口温度相等 对图1所示的系统，我们不妨把流体温度改变一下，变为一股冷流体回收两股热流体的热量，然后再进行热回收效率的计算，这样能得到什么结论呢？基于此，给出换热器的流体参数如表4所示，同时的热回收效率，如图2所示。 从图中可以清楚地看出，最佳静态工作点的位置并不随冷流体进口温度别为10℃、15℃、25℃时的热回收效率。即当静态工作点的位置，本文又进一步计算了冷流体的把热流体A、C的流量按一定的比例组合进行计算，热回收效率ε表示为： 式中，p1C，p2C分别为两股热流体的定压比热容。计算结果如表5所示。 为了更直观地看出热回收效率与热流体C流量所占热流体总流量比例不同时的关系，作图3。从图3中可以看出，当热流体C流量与总流量的比值为某一定值时，换热器具有最大的热回收效率，这与冷流体温度相等的情况得到的结果相一致。从表中可以精确计算出热回收效率的最大值与最小值之间的差值?ε=0.01048，也就是说，寻找到最佳静态工作点以后，与最小值相比，热回收效率可提高1％。 综合上述，可以得出这样的结论：对图1所示的系统，当冷（热）流体进口温度相同时，多股流换热器的最佳静态工作点是由冷（热）流体间流量的合理匹配决定的。此结论为热交换系统怎样获得最大热回收效率下的运行优化和如何实现高效运行提供了充分的理论依据。 2·两股流体进口温度不等情况下的运行工况点 2.1两股冷流体进口温度不相等 如上面所说的流体具有相同进口温度的情况通常发生在换热器网络中，对多股流换热器来说，不同通道流体的温度往往是不同的，这时，等效换热器系统如图4所示。 为了分析此系统最大热回收效率和静态工作点之间的关系，先把冷流体A的进口温度固定在20℃，冷流体C的进口温度在20～34℃变化，间隔为2℃。流体的流量为定值，冷流体A的流量为0.224 kg/s，冷流体C的流量为0.096 kg/s，热流体B的流量为0.256 kg/s。计算此种情况下的热回收效率。然后，再把冷流体C的进口温度固定在20℃，冷流体A的进口温度在20～34℃变化，间隔为2℃，计算这种情况下的热回收效率。两次计算结果如表6所示。 为了更清楚地观察换热器效率随温度变化时的趋势，作图5。从图5中可以看出：当一股冷流体的温度一定时，随着另一股冷流体的温度升高，换热器的效率下降；在不同的流体组织方式下，换热器的效率是不同的：通道1、5为较低温度的冷流体，通道3为较高温度的冷流体的布置方式，其换热器效率要高于相反的布置；另外，随着两股冷流体进口温差的增大，两者热回收效率之间的差异也越来越大。 2.2两股热流体进口温度不相等 在一股冷流体回收两股热流体的情况下，为了分析此系统最大热回收效率和静态工作点之间的关系，先把热流体A的进口温度固定在60℃，热流体C的进口温度在60～48℃变化，间隔为3℃。同时，我们赋予流体的流量为定值，A的流量为0.16kg/s，B的流量为0.14 kg/s，热流体C的流量为0.24kg/s。计算此种情况下的热回收效率。然后，再把热流体C的进口温度固定在60℃，热流体A的进口温度在60～48℃之间变化，间隔为3℃，再计算这种情况下的热回收效率，两次计算结果如表7所示。 为了更好地比较表7中两种不同的流体组织下热回收效率之间的关系及其各自的趋势，作图6所示。 从图6中可以看出，随着热流体的温度升高，热回收效率单调增大；在不同的流体组织方式下，热回收效率是不同的：通道1、5为较低温度的热流体，通道3为较高温度的热流体的布置方式，其换热器效率要高于相反的布置；另外，随着两股热流体进口温差的增大，两种流体组织下的热回收效率之间的差异也越来越大。这与冷流体温度不等时的情况得到的结果是一致的。因此，可以得到这样的结论：对图4所示的系统，当冷（热）流体进口温度不相同时，最佳静态工作点是由多股流换热器合理的温度匹配决定的。 3·结论 通过对多股流换热器不同进口参数情况下静态工作点的研究，为多股流换热器的运行优化提出了新的内容，得出如下结论： （1）当冷（热）流体温度相等时，最佳静态工作点是由冷（热）流体间合理的流量匹配决定的； （2）当冷（热）流体温度不相等时，最佳静态工作点是由多股流换热器合理的温度匹配决定的。 总之，对于多股流换热器的运行优化问题，从流体组织的角度着手进行合理地优化，可以实现热交换系统的节能和能量的高效利用。 参考文献 [1]卢洪波.多股流换热器优化运行和控制研究[J].工程热物理学报，2003，24（3），505-507. [2]郭佳，崔国民，吕岩岩，等.变工况下多股流换热器通道排列设计工况点研究[J].石油化工（增刊），2008，37：609-611. [3]崔国民，高孝忠，郭佳，等.多股流换热器网络的衍生网络法优化研究[J].工程热物理学报，2008，29（8）：1403-1406. |
| 上一篇：四平市工信局采取措施推进换热器产业发展 | 下一篇：中空纤维膜换热器传热传质特性的实验和理论研究 |