5公用工程系統(tǒng)能量集成綜合優(yōu)化方法-wenkub
2023-03-23 17:16:34 本頁(yè)面
【正文】 的轉(zhuǎn)化途徑分析 公用工程系統(tǒng)有剩余熱負(fù)荷存在，即相當(dāng)于 VHP蒸汽過(guò)剩。 對(duì)于VHP與 HP蒸汽間不設(shè)減溫減壓器時(shí)， 若減少 VHP蒸汽產(chǎn)量以平衡 HP蒸汽 ， 將導(dǎo)致 VHPHP間透平做功能力下降 。 對(duì)于凝汽式發(fā)電 （ 作功 ） 裝置 ， 其熱效率一般在 ～ ；而對(duì)于大型復(fù)雜的過(guò)程系統(tǒng) ， 為滿足各裝置的熱功需求 ， 采用合理的熱電聯(lián)產(chǎn)公用工程系統(tǒng) ， 其熱效率可達(dá) 。 （一）公用工程系統(tǒng)能量集成綜合優(yōu)化方法 （ 1） 公用工程系統(tǒng)頂層分析優(yōu)化 （ 2）過(guò)程全局夾點(diǎn)分析 （ 3）超結(jié)構(gòu) MINLP的能量集成最優(yōu)綜合法 一、公用工程系統(tǒng)頂層分析優(yōu)化 ① 主要思想 ② 剩余熱負(fù)荷的產(chǎn)生 ③ 剩余熱負(fù)荷的轉(zhuǎn)化途徑分析 ④ 剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑的效益分析 ⑤ 應(yīng)用頂層分析法能量集成的步驟 ⑥ 應(yīng)用實(shí)例 ① 主要思想 這種方法與傳統(tǒng)的洋蔥模型相反，是從公用工程子系統(tǒng)出發(fā)，由上及下 (topdownphilosophy)逐層深入進(jìn)行能量集成改造。第五部分 公用工程系統(tǒng)頂層分析法 與 能量集成綜合優(yōu)化法 主講人：尹 洪 超 大連理工大學(xué)能源動(dòng)力學(xué)院 教授 化工系統(tǒng)工程研究所 博士 能源管理與節(jié)能研究中心 主任 電話： 13940865971 傳真： 041184708460 Email： 講 課 內(nèi) 容 一 、 公用工程系統(tǒng)頂層分析法 二 、 公用工程系統(tǒng)能量集成綜合優(yōu)化方法 三 、 石化企業(yè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化 四 、 實(shí)例研究 公用工程系統(tǒng)能量集成綜合優(yōu)化方法 大型化工或石油化工企業(yè)的全局過(guò)程系統(tǒng)一般可分為3個(gè)子系統(tǒng)： 工藝過(guò)程 、 換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程 其中公用工程系統(tǒng)向各過(guò)程提供所需的動(dòng)力 、 電力 、 熱能和蒸汽等公用工程 ， 其中尤以蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)最為重要 。其主要思路就是 首先對(duì)公用工程系統(tǒng)進(jìn)行分析和用能診斷，找出全局節(jié)能潛力所在，確定剩余熱的最佳轉(zhuǎn)化途徑和最經(jīng)濟(jì)的改造方向 。 因此，對(duì)現(xiàn)有的全局過(guò)程系統(tǒng)，以公用工程系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行節(jié)能改造具有巨大的節(jié)能潛力。 圖 2 剩余熱負(fù)荷的產(chǎn)生 ② 剩余熱負(fù)荷的產(chǎn)生 這兩種結(jié)果都將打破公用工程系統(tǒng)原有的平衡關(guān)系 ， 產(chǎn)生剩余蒸汽 。在復(fù)雜的公用工程系統(tǒng)中，由于存在多級(jí)透平，可以利用過(guò)剩的 VHP做功的途徑很多，必須進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)化途徑分析，才能確定最佳的剩余蒸汽轉(zhuǎn)化途徑。 ?QF與 ?QP之間的關(guān)系如圖 4所示，即 ?QF = (?QP + ?W + ?Qloss)/?boiler 式中， ?Qloss—— 由 ?QP引起的乏汽熱損失的變化， ?boiler —— 鍋爐效率。 在復(fù)雜的石化過(guò)程公用工程系統(tǒng)中，許多工藝壓縮機(jī)或機(jī)泵都是采用工藝透平直接做功驅(qū)動(dòng)。 因此 ， 蒸汽用量的變化與工藝物流負(fù)荷的變化成正比 。 因此， 運(yùn)用頂層分析必須區(qū)分發(fā)電透平和工藝透平，才能確保剩余熱負(fù)荷的高效轉(zhuǎn)化 。 ④ 剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑的效益分析 若將 1MJ燃料的熱負(fù)荷從現(xiàn)有途徑移至最佳效率途徑可多產(chǎn)功 ?Wadd為 ?Wadd = ?Wm ?Wc = ?m ?c （ 4） 式中 ， ?C為現(xiàn)有途徑效率 ， ?m為最佳途徑效率 。原系統(tǒng)中沒(méi)有低壓蒸汽回收設(shè)施，蒸汽冷凝熱全部損失。 圖 6 剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑對(duì)比 表 1 現(xiàn)有作功途徑的效率 The efficiencies of current paths ————————————————————— 蒸汽等級(jí) 途徑 η ?Qsmax/t 根據(jù)圖 6分段對(duì)改變剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑前后的公用工程系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)收益按式 （ 7） 進(jìn)行計(jì)算， 得到改變剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑后的經(jīng)濟(jì)效益如圖 7所示 ?？梢?jiàn)選擇優(yōu)化的轉(zhuǎn)化途徑可明顯增加全局公用工程的經(jīng)濟(jì)效益。 Linnhoff和Zhu等人將單過(guò)程夾點(diǎn)分析進(jìn)一步擴(kuò)展到全過(guò)程的夾點(diǎn)分析和能量集成，可以得到全局熱回收的潛力和目標(biāo)，但不能給出具體的匹配方案； Grossmann等人基于線性化分解算法提出了超結(jié)構(gòu)混合整數(shù)非線性規(guī)劃 (MINLP)綜合策略，可以進(jìn)行各子系統(tǒng)的同步熱集成聯(lián)合優(yōu)化，但超結(jié)構(gòu)中可能的組合方案太多而難于求解。 總復(fù)合曲線可以指出過(guò)程內(nèi)部物流換熱后所需的最小冷 、 熱公用工程負(fù)荷 ， 即剩余的熱源和熱阱 。 ? 同過(guò)程夾點(diǎn)一樣，全局夾點(diǎn)表示了全局熱回收的瓶頸。 將過(guò)程綜合的聯(lián)合優(yōu)化和能量集成問(wèn)題歸結(jié)成一個(gè)純數(shù)學(xué) 的 規(guī)劃問(wèn)題， 采用優(yōu)化方法尋找最優(yōu)解 。 ② 公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu) 圖 8 公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu) ? 若公用工程共有新汽、高壓、中壓和低壓（ VHP， HP， MP和 LP） 4個(gè)蒸汽等級(jí)和一個(gè)冷公用工程等級(jí)（ CW）， 且溫位已知，則熱物流 Hi在冷卻降溫過(guò)程中可產(chǎn)生 VHP， HP， MP和 LP蒸汽，最后被冷卻水 CW冷卻；冷物流 Cj的升溫過(guò)程可用 LP、 MP、 HP和 VHP依次加熱。如圖 8所示，若熱物流 Hi入口溫度為 160℃, 出口溫度為 40℃ ，則該物流只能產(chǎn)生 LP蒸汽并用冷公用工程冷卻。 (1) 每個(gè)流股的總熱平衡
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