Деление тепловых потоков ХТС

В предыдущем разделе были рассмотрены принципы построения, перемещения составных кривых технологических процессов ХТС и определена точка пинча, которая находится в точке касания составных кривых.

В этой точке движущие силы теплопередачи равны нулю, поэтому такая ситуация физически не осуществима. Однако это построение имеет большое значение, так как определяет абсолютный предел для количества рекуперируемой энергии в каждом конкретном случае.

Составные кривые, построенные для реального процесса, будут находиться в области наибольшего сближения по температурной оси на расстоянии DТmin. Поэтому температура пинч горячих потоков будет отличаться от температуры пинча холодных потоков (рис. 9.19).

Предположение, что величина экономически корректного значения DТmin известна, позволяет зафиксировать относительное положение составных кривых, определить целевые энергетические значения , и возможную рекуперацию тепловой энергии. Поскольку значение DТmin должно быть минимальной разностью температур в системе, то, очевидно, минимальная разность температур между теплоносителями на отдельных аппаратах не должна быть меньше, чем DТmin между составными кривыми.

Из рисунка 9.19 видно, что пинч делит рисунок на две части, расположение которых обладает определенной симметрией относительно пинча. Такая симметрия имеет глубокий физический смысл. Действительно, в области ниже пинча по температурной или левее его по энтальпийной оси тепловая энергия, потребляемая холодными потоками ХТС, полностью обеспечивается рекуперацией энергии горячих потоков. Оставшаяся часть тепловой энергии горячих потоков отводится к холодным теплоносителям, например, холодной воде. Следовательно, ниже точки пинча процесс находится в тепловом балансе с минимальным значением холодных теплоносителей (рис. 9.20). Тепловая энергия при этом отводится к холодным теплоносителям и не поступает сюда извне, т.е. процесс ниже пинча работает как источник тепловой энергии.

  Рисунок 9.19 – Диаграмма составных кривых реального процесса Рисунок 9.20 – Диаграмма разделения ХТС на тепловой источник и тепловой сток
Рисунок 9.21 – Диаграмма составных кривых в отсутствие переноса теплоты через пинч

Процесс выше пинча по температурной оси (см. рис. 9.20) находится в тепловом балансе с минимальным значением горячих теплоносителей . Здесь холодные потоки используют всю теплоту горячих потоков и дополнительную теплоту внешних источников, т.е. процесс выше пинча работает как тепловой сток. Таким образом, пинч делит ХТС или рассматриваемый процесс на две энергетически независимые подсистемы: тепловой сток и тепловой источник. Тепловой поток между этими системами равен нулю, если они находятся в тепловом балансе со своими целевыми энергетическими значениями, (рис. 9.21).

Следует отметить, что в некоторых случаях возможна передача теплоты между подсистемами, на которые пинч делит ХТС, от горячих потоков, находящихся выше пинча, к тепловым потокам, находящимся ниже пинча. Однако передача теплоты от горячих потоков из подсистемы, находящейся ниже пинча, холодным потокам из подсистемы, находящейся выше пинча, без нарушения DТmin невозможна. Более подробно вопросы переноса теплоты через пинч рассмотрены в специальной литературе.