5公用工程系統(tǒng)能量集成綜合優(yōu)化方法-文庫吧在線文庫
【正文】 若購(gòu)買單位燃料所需費(fèi)用為 CF， 外購(gòu)單位動(dòng)力所需費(fèi)用為 Cp， 定義外購(gòu)動(dòng)力的效率為 ?in =CF/Cp （ 3） 通過計(jì)算各途徑效率和透平能力限度，即可依次排列出剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化的最佳途徑及轉(zhuǎn)化量、較佳途徑及轉(zhuǎn)化量等，為進(jìn)一步優(yōu)化改造過程或換熱網(wǎng)絡(luò)提出了節(jié)省 /多產(chǎn)蒸汽的等級(jí)及數(shù)量上的要求，確定過程節(jié)能的改造方案。 ⑥ 應(yīng)用實(shí)例 圖 5 公用工程示意圖 當(dāng)冷凝熱全部損失時(shí)，采用頂層分析法求得的剩余熱負(fù)荷用現(xiàn)有作功途徑的效率如表 1和圖 6的陰影面積的下邊折線所示 ,其中 ?Qsmax為蒸汽最大節(jié)省量。若按節(jié)省 30t/h蒸汽計(jì)算，年實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益為 。 ① 全局夾點(diǎn)分析與 MINLP優(yōu)化相結(jié)合的方法 單過程夾點(diǎn) 一個(gè)過程中可能有許多需要冷卻的熱物流和需要加熱的冷物流 ， 由夾點(diǎn)技術(shù)可建立單過程的復(fù)合曲線和總復(fù)合曲線 。 ① 全局夾點(diǎn)分析與 MINLP優(yōu)化相結(jié)合的方法 MINLP相結(jié)合的最優(yōu)綜合策略 可以將全局夾點(diǎn)分析與混合整數(shù)非線性規(guī)劃法相結(jié)合 ， 即根據(jù)全局夾點(diǎn)分析得到的目標(biāo)和結(jié)果提出過程全局能量集成改造的各種可行的和較優(yōu)的方案 ， 建立包含這些可能方案的能量集成超結(jié)構(gòu) ,并建立描述超結(jié)構(gòu)的 MINLP模型 。 ② 公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu) 對(duì)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)改造問題，可從全局夾點(diǎn)分析和熱力學(xué)可行性出發(fā)，對(duì)公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)的超結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。k=1,2,...,K（ 2） Tj,k = Tj,k+1 + Qj,k/ CPj 。該乙烯裝置公用工程系統(tǒng)共與十一個(gè)過程相聯(lián)，其中有四個(gè)過程的 40個(gè)物流為公用工程主要產(chǎn)用汽流股。 優(yōu)化改造總投資為 ，年經(jīng)濟(jì)效益為 ，靜態(tài)投資回收期為 。 ④ 蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化的三個(gè)層次 — 控制層次 優(yōu)化內(nèi)容：蒸汽壓力、溫度的穩(wěn)定。 ⑤ 蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化措施 優(yōu)化措施的關(guān)鍵在于： ； ； 、分期分批、逐步實(shí)施。 優(yōu)化變量：鍋爐、汽輪機(jī)、蒸汽管網(wǎng)的開、停 及負(fù)荷率。 ， 盡管中壓蒸汽用量減少 ， 但背壓蒸汽沒有充分利用 ， 造成浪費(fèi) 。超結(jié)構(gòu)中共有 8個(gè)熱物流和 8個(gè)冷物流，對(duì)應(yīng)著可能的產(chǎn)、用汽換熱器各有 40臺(tái)。采用遺傳算法將連續(xù)變量和整型變量都進(jìn)行編碼處理可以求解，但對(duì)多變量問題，大量的連續(xù)變量編碼和解碼運(yùn)算使搜索效率受到限制。 ③ 公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)的超結(jié)構(gòu)最優(yōu)綜合MINLP模型 在如圖 8所示的公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)設(shè)置表示溫度、熱容流率、匹配熱負(fù)荷等連續(xù)變量和表示匹配單元選擇與費(fèi)用取舍的01變量，可建立起公用工程換熱網(wǎng)絡(luò) MINLP模型。 因此，熱冷物流與各等級(jí)公用工程之間的換熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)應(yīng)包含各種可能的匹配方案，如圖 1所示。由全局公用工程分布曲線，可以看出冷熱物流少用和多產(chǎn)各級(jí)蒸汽的潛力，為公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化匹配提供了目標(biāo)。 燃料價(jià)格 /kWh —————————————————————— 圖 7 不同途徑的經(jīng)濟(jì)效益比較 二、 過程全局夾點(diǎn)分析與超結(jié)構(gòu) MINLP相結(jié)合的能量集成最優(yōu)綜合法 ① 全局夾點(diǎn)分析與 MINLP優(yōu)化相結(jié)合的方法 ② 公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu) ③ 公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)的超結(jié)構(gòu)最優(yōu)綜合 MINLP模型 ④ 應(yīng)用實(shí)例 二、 過程全局夾點(diǎn)分析與超結(jié)構(gòu) MINLP相結(jié)合的能量集成最優(yōu)綜合法 對(duì)公用工程對(duì)子系統(tǒng)之間的能量集成聯(lián)合優(yōu)化，目前多采用傳統(tǒng)的分步優(yōu)化法，即將整體問題分解 ,依次進(jìn)行各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因而很難實(shí)現(xiàn)總體系統(tǒng)的優(yōu)化匹配。 由圖中的兩條曲線可對(duì)優(yōu)化的途徑和現(xiàn)有途徑進(jìn)行比較，它不但給出了剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑優(yōu)化前后的效率變化（陰影部分），而且給出了各等級(jí)蒸汽的最大節(jié)省量，陰影面積正比于改變前后的經(jīng)濟(jì)收益。 ⑥ 應(yīng)用實(shí)例 某石化公司 3 105t/a乙烯裝置公用工程系統(tǒng)如圖 5所示，該系統(tǒng)有工藝透平 4臺(tái)，每臺(tái)透平的現(xiàn)有運(yùn)行負(fù)荷均高于最低設(shè)計(jì)負(fù)荷。 當(dāng) δ≥1 時(shí) , δqsmaxqs =qsmaxqs 當(dāng) δ1 時(shí) , δ qsmaxqs qsmaxqs 若不考慮工藝透平與發(fā)電透平作功的區(qū)別，當(dāng) δ 1 時(shí)，仍將工藝透平的蒸汽用量調(diào)至 qsmax， ?一則可能造成工藝物流出口參數(shù)偏離操作要求，使生產(chǎn)過程產(chǎn)生波動(dòng)而達(dá)不到工藝目的； ?二則壓縮機(jī)部分可能因采用工藝物流走旁路循環(huán)的方式，抵消了增加蒸汽量所多作的功，從而失去了剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化的意義。 頂層分析法著眼于尋找剩余熱負(fù)荷的轉(zhuǎn)化途徑，當(dāng)通過某透平轉(zhuǎn)化有較高的效率時(shí)，可根據(jù)剩余熱負(fù)荷的量增加該透平用汽量至最大，以最大限度地利用現(xiàn)有設(shè)備產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益；當(dāng)通過某透平轉(zhuǎn)化效率較低時(shí)，可調(diào)節(jié)該透平用汽量至最小，以節(jié)省蒸汽，將形成的剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)移至效率最佳轉(zhuǎn)化途徑。 ③ 剩余熱負(fù)荷的轉(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蒸汽過剩。 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)雜的過程系統(tǒng) ， 為
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