Improvement of pinch technology for the possibility of integration of non-stationary thermal processes, taken into account of their localization

D. S. Agapov, A. P. Kartoshkin, A. A. Kalutik, A. V. Kondrashov
{"title":"Improvement of pinch technology for the possibility of integration of non-stationary thermal processes, taken into account of their localization","authors":"D. S. Agapov, A. P. Kartoshkin, A. A. Kalutik, A. V. Kondrashov","doi":"10.30724/1998-9903-2023-25-5-115-125","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"RELEVANCE.  Designing  a  network  of  heat  exchangers  for  heat  recovery  and integration  of  thermal  processes  in  general  is  a  very  urgent  task  of  energy  saving.  Such  a powerful and  widely  used  tool  for  the  synthesis  and design of a network of  heat exchangers  as pinch  technology  has  a  number  of  limitations,  and  this  study  is  aimed  at  expanding  its capabilities. Pinch technology can only work effectively with stationary heat flows. In practice, cyclic  and  periodic  processes  are  encountered,  which  limits  the  possibilities  of  using  pinch technology.  This  was  the  reason  for  this  study  with  the  aim of  expanding  the  boundaries  of application  of  pinch  technology.  THE  PURPOSE.  Improving  the  pinch  technology  method  to expand the possibilities for integrating cyclic and periodic thermal processes, as well as taking into  account  their  localization.  METHODS.  When  solving  the  problem,  the  principle  of determining heat exchange connections was analyzed, other algorithms for their selection were proposed,  and  new  optimization  criteria  were  synthesized.  RESULTS.  A  criterion  for  the structural  perfection  of  a  system  is  proposed,  which  is  the  ratio  of  the  heat  regenerated  in  the system  to  its  theoretically  possible  value.  The  theoretical  results  are  the  proposed  criterion  of structural  perfection and  a  generalized  indicator  of  the  structural-parametric  perfection of  the system.  The  practical  result  of  the  study  was  the  proposed  technical  device  for  converting  an unsteady  flow  into  a  series  of  stationary  flows.  Also,  the  practical  result  of  this  scientific research  is  a  program  for  the  synthesis  of  heat  exchange  networks.  The  proposed  conversion device  expands  the  capabilities  of  pinch  technology,  and  the  introduced  criteria  will  make  it possible to synthesize or design a system based on new target indicators. The program created during  the  work  allows  for  the  synthesis  of  a  heat  exchange  network  in  automatic  and  semi-automatic  modes.  CONCLUSION.  Thanks  to  the  research  carried  out,  it  was  possible  to improve  such a  powerful  tool  as  pinch  technology and  significantly expand  its  capabilities.  An improvement of pinch technology has been proposed to enable the integration of non-stationary thermal  processes  and  take  into  account  their  localization.  To  enable  the  integration  of  non-stationary  thermal  processes,  a  technical  device  has  been  proposed  that  allows  converting  a non-stationary  flow  into  several  stationary  ones,  and  to  take  into  account  the  localization  of heat  flows,  a  software  product  has  been  proposed  that  allows  for  the  synthesis  of  a  heat exchange  network  in  automatic  and  semi-automatic  modes.  In  addition,  two indicators  have been  introduced  that  characterize  the  structural  and  structural-parametric  perfection  of  the system.","PeriodicalId":222237,"journal":{"name":"Power engineering: research, equipment, technology","volume":" 35","pages":""},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2024-01-13","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Power engineering: research, equipment, technology","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.30724/1998-9903-2023-25-5-115-125","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
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Abstract

RELEVANCE.  Designing  a  network  of  heat  exchangers  for  heat  recovery  and integration  of  thermal  processes  in  general  is  a  very  urgent  task  of  energy  saving.  Such  a powerful and  widely  used  tool  for  the  synthesis  and design of a network of  heat exchangers  as pinch  technology  has  a  number  of  limitations,  and  this  study  is  aimed  at  expanding  its capabilities. Pinch technology can only work effectively with stationary heat flows. In practice, cyclic  and  periodic  processes  are  encountered,  which  limits  the  possibilities  of  using  pinch technology.  This  was  the  reason  for  this  study  with  the  aim of  expanding  the  boundaries  of application  of  pinch  technology.  THE  PURPOSE.  Improving  the  pinch  technology  method  to expand the possibilities for integrating cyclic and periodic thermal processes, as well as taking into  account  their  localization.  METHODS.  When  solving  the  problem,  the  principle  of determining heat exchange connections was analyzed, other algorithms for their selection were proposed,  and  new  optimization  criteria  were  synthesized.  RESULTS.  A  criterion  for  the structural  perfection  of  a  system  is  proposed,  which  is  the  ratio  of  the  heat  regenerated  in  the system  to  its  theoretically  possible  value.  The  theoretical  results  are  the  proposed  criterion  of structural  perfection and  a  generalized  indicator  of  the  structural-parametric  perfection of  the system.  The  practical  result  of  the  study  was  the  proposed  technical  device  for  converting  an unsteady  flow  into  a  series  of  stationary  flows.  Also,  the  practical  result  of  this  scientific research  is  a  program  for  the  synthesis  of  heat  exchange  networks.  The  proposed  conversion device  expands  the  capabilities  of  pinch  technology,  and  the  introduced  criteria  will  make  it possible to synthesize or design a system based on new target indicators. The program created during  the  work  allows  for  the  synthesis  of  a  heat  exchange  network  in  automatic  and  semi-automatic  modes.  CONCLUSION.  Thanks  to  the  research  carried  out,  it  was  possible  to improve  such a  powerful  tool  as  pinch  technology and  significantly expand  its  capabilities.  An improvement of pinch technology has been proposed to enable the integration of non-stationary thermal  processes  and  take  into  account  their  localization.  To  enable  the  integration  of  non-stationary  thermal  processes,  a  technical  device  has  been  proposed  that  allows  converting  a non-stationary  flow  into  several  stationary  ones,  and  to  take  into  account  the  localization  of heat  flows,  a  software  product  has  been  proposed  that  allows  for  the  synthesis  of  a  heat exchange  network  in  automatic  and  semi-automatic  modes.  In  addition,  two indicators  have been  introduced  that  characterize  the  structural  and  structural-parametric  perfection  of  the system.
考虑到非稳态热工过程的局部性,改进夹持技术,使其有可能与非稳态热工过程相结合
意义。 设计热交换器网络进行热回收和热过程集成是一项非常紧迫的节能任务。 夹持技术是一种用于合成和设计热交换器网络的功能强大且广泛使用的工具,但它也有一些局限性,本研究旨在扩展其功能。夹持技术只能对静止的热流有效。在实际应用中,会遇到周期性的循环过程,这就限制了夹持技术的应用。 因此,本研究旨在扩大夹持技术的应用范围。 目的 改进夹持技术方法,扩大整合周期性和周期性热过程的可能性,并考虑其局部性。 方法: 在解决问题时,分析了确定热交换连接的原则,提出了选择热交换连接的其他算法,并综合了新的优化标准。 结果。 提出了系统结构完美性的标准,即系统再生热量与其理论可能值的比率。 理论成果是提出的结构完美性标准和系统结构参数完美性的通用指标。 研究的实际成果是提出了将非稳定流转换为一系列稳定流的技术装置。 此外,这项科学研究的实际成果还包括热交换网络的合成方案。 所提出的转换装置扩展了捏合技术的能力,所引入的标准将使根据新的目标指标合成或设计系统成为可能。工作期间创建的程序可在自动和半自动模式下合成热交换网络。 结论。 得益于所开展的研究,我们有可能改进夹持技术这样一个强大的工具,并极大地扩展其功能。 我们提出了改进夹持技术的建议,以便能够整合非稳态热过程,并考虑到它们的定位。 为了能够整合非稳态热过程,我们提出了一种技术装置,可以将非稳态热流转换为多个稳态热流;为了考虑热流的局部性,我们提出了一种软件产品,可以在自动和半自动模式下合成热交换网络。 此外,还引入了两个指标来描述系统的结构和结构参数完善性。
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