考慮間接換熱額外換熱溫差的間歇過(guò)程儲(chǔ)熱集成

劉昶，李士雨，，謝曉蘭

（1 天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300350；2 泉州師范學(xué)院化工與材料學(xué)院，福建泉州362000）

間歇過(guò)程具有動(dòng)態(tài)性、間斷性和靈活性的特點(diǎn)，大量的精細(xì)化工、制藥、食品等過(guò)程均采用間歇過(guò)程[1]。由于需要考慮時(shí)間的因素，間歇過(guò)程的能量匹配比較困難，因此間歇過(guò)程往往缺乏有效的節(jié)能措施，節(jié)能潛力很大。

儲(chǔ)熱技術(shù)對(duì)間歇過(guò)程節(jié)能優(yōu)化是非常重要的，是不同時(shí)間段流股換熱的橋梁。通過(guò)儲(chǔ)熱介質(zhì)進(jìn)行間接換熱與只通過(guò)換熱器進(jìn)行的直接換熱相比，可以克服冷、熱流股的時(shí)間不一致性，增加節(jié)能機(jī)會(huì)[2]。間歇過(guò)程儲(chǔ)熱集成后，熱流股首先將熱量傳遞給儲(chǔ)熱介質(zhì)并儲(chǔ)存于儲(chǔ)熱單元中，然后再由儲(chǔ)熱介質(zhì)將熱量傳遞給冷流股。儲(chǔ)熱單元一般選擇能夠與流股逆流換熱的多個(gè)恒溫儲(chǔ)罐或分層儲(chǔ)罐[3]，且傳熱溫差大、傳熱效率高。儲(chǔ)熱介質(zhì)可以根據(jù)溫度的需要選擇熱水或?qū)嵊蚚4]。

目前，間歇過(guò)程熱集成主要有兩類方法：基于熱力學(xué)概念的夾點(diǎn)分析法和基于數(shù)學(xué)建模的最優(yōu)化方法。通過(guò)夾點(diǎn)分析法進(jìn)行間歇過(guò)程能量系統(tǒng)優(yōu)化一般采用時(shí)間平均模型[5]或時(shí)間分段模型[6]。時(shí)間平均模型將所有熱負(fù)荷平均分配到整個(gè)過(guò)程，而沒(méi)有考慮時(shí)間對(duì)流股匹配的影響。時(shí)間分段模型依據(jù)流股的起止時(shí)間將間歇過(guò)程劃分為不同的時(shí)間段，在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)按照連續(xù)過(guò)程計(jì)算。

在時(shí)間平均模型的基礎(chǔ)上，Krummenacher 等[7]引入儲(chǔ)熱單元，并通過(guò)組合曲線確定僅間接換熱時(shí)最小儲(chǔ)熱單元數(shù)及其溫度范圍，Olsen 等[8]在Pinch軟件中將這種方法用算法實(shí)現(xiàn)。……