【正文】 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) 。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)蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化 四 、 實例研究 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)的全局過程系統(tǒng)一般可分為3個子系統(tǒng)： 工藝過程 、 換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程 其中公用工程系統(tǒng)向各過程提供所需的動力 、 電力 、 熱能和蒸汽等公用工程 ， 其中尤以蒸汽動力系統(tǒng)最為重要 。 因此，對現(xiàn)有的全局過程系統(tǒng)，以公用工程系統(tǒng)為出發(fā)點進(jìn)行節(jié)能改造具有巨大的節(jié)能潛力。在復(fù)雜的公用工程系統(tǒng)中，由于存在多級透平，可以利用過剩的 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。 在復(fù)雜的石化過程公用工程系統(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。 因此， 運用頂層分析必須區(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 。原系統(tǒng)中沒有低壓蒸汽回收設(shè)施，蒸汽冷凝熱全部損失。 根據(jù)圖 6分段對改變剩余熱負(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 。 Linnhoff和Zhu等人將單過程夾點分析進(jìn)一步擴(kuò)展到全過程的夾點分析和能量集成，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。 ? 同過程夾點一樣，全局夾點表示了全局熱回收的瓶頸。 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個蒸汽等級和一個冷公用工程等級（ CW）， 且溫位已知，則熱物流 Hi在冷卻降溫過程中可產(chǎn)生 VHP， HP， MP和 LP蒸汽，最后被冷卻水 CW冷卻；冷物流 Cj的升溫過程可用 LP、 MP、 HP和 VHP依次加熱。 (1) 每個流股的總熱平衡 K (TiinTiout） CPi =∑Qi,k 。為此根據(jù)模型的特點，吸收遺傳算法、進(jìn)化優(yōu)劃和常規(guī)數(shù)值優(yōu)化的優(yōu)點，采用了混合連續(xù)進(jìn)化算法，即對整型變量采用編碼遺傳算子，而對連續(xù)變量直接采用連續(xù)化交叉、變異算子進(jìn)行浮點運算，可保證很高的精度 ,充分發(fā)揮兩類算子的優(yōu)點，提高了搜索速度和獲得全局最優(yōu)解的性能。由此建立公用工程換熱網(wǎng)絡(luò) MINLP模型，模型共有 211個變量（其中有 80個 0— 1變量， 131個連續(xù)變量）， 424個約束條件。 慮蒸汽輸送管線的特性，為保證管線隨時能輸送蒸汽，不得不使部分蒸汽減溫減壓。 ④ 蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化的三個層次 優(yōu)化內(nèi)容：蒸汽需求不變時對蒸汽動力系統(tǒng)的 改進(jìn)；蒸汽需求改變 （ 四個方面原 因－工藝設(shè)備及總流程重組改造 、 能量系統(tǒng)優(yōu)化改造 、 擴(kuò)產(chǎn) 、 新產(chǎn)品 開發(fā) ） 時對舊系統(tǒng)的改造 、 新系統(tǒng) 的設(shè)計 。 ⑤ 蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化措施 、全局能量系統(tǒng)優(yōu)化密切結(jié)合，確定合理的汽、電負(fù)荷； 、 低溫?zé)崂镁C合考慮充分用工藝余熱產(chǎn)汽和預(yù)熱給水以減少鍋爐負(fù)荷； ， 高效 、 經(jīng)濟(jì)規(guī)模的設(shè)備以及合理選擇燃料結(jié)構(gòu)； 、季節(jié)平衡和系統(tǒng)及管網(wǎng)的優(yōu)化監(jiān)控。 ③ 產(chǎn)生上述問題的原因 ：設(shè)計、調(diào)度和控制三個層次之間的相互聯(lián)系； ， 將提供驅(qū)動功作為主要任務(wù) ， 顛倒主次； 、 及其與全廠工藝生產(chǎn)的規(guī)劃進(jìn)行考慮 。 優(yōu)化結(jié)果 熱物流 H1,H5,H7設(shè)置新?lián)Q熱器，熱物流 H3,H4,H6利用現(xiàn)有面積調(diào)換位置，均由產(chǎn) MP改為產(chǎn) HP蒸汽； 冷物流 C6， C7， C8設(shè)置新?lián)Q熱器，冷物流 C2利用現(xiàn)有面積調(diào)換位置，均由用 MP改為用 LP蒸汽； 其它換熱器不變。在不改造透平的前提下優(yōu)化整個公用工程系統(tǒng)及其換熱網(wǎng)絡(luò)。 i=1,2,...,I。對每個換熱單元設(shè)置一個表示其取舍的 01變量 z， 若該換熱器存在 z取 1，否則取0。 ? 全局夾點分析用于過程節(jié)能改造可以直觀地分析熱回收 (產(chǎn)汽 )量、過程加熱用公用工程耗量、熱功聯(lián)產(chǎn)的可能功量等能量集成目標(biāo)，但不能給出過程物流與公用工程之間產(chǎn)用汽匹配換熱網(wǎng)絡(luò)具體方案，而且這些方案不是唯一的，各方案之間有很大差別甚至可能相互矛盾和制約，需要進(jìn)一步尋求最優(yōu)方案。將過程全局夾點分析與過程熱集成超結(jié)構(gòu) MINLP法相結(jié)合，使用基于全局夾點分析的公用工程與過程熱冷物流產(chǎn)用汽換熱網(wǎng)絡(luò)熱集成聯(lián)合優(yōu)化的超結(jié)構(gòu) MIN