【正文】 滿足各裝置的熱功需求 ， 采用合理的熱電聯(lián)產公用工程系統(tǒng) ， 其熱效率可達 。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 大連理工大學能源動力學院 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 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 、 換熱網絡和公用工程 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)點進行節(jié)能改造具有巨大的節(jié)能潛力。在復雜的公用工程系統(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，必須進行熱功轉化途徑分析，才能確定最佳的剩余蒸汽轉化途徑。 在復雜的石化過程公用工程系統(tǒng)中，許多工藝壓縮機或機泵都是采用工藝透平直接做功驅動。 因此， 運用頂層分析必須區(qū)分發(fā)電透平和工藝透平，才能確保剩余熱負荷的高效轉化 。原系統(tǒng)中沒有低壓蒸汽回收設施，蒸汽冷凝熱全部損失。 根據圖 6分段對改變剩余熱負荷轉化途徑前后的公用工程系統(tǒng)的經濟收益按式 （ 7） 進行計算， 得到改變剩余熱負荷轉化途徑后的經濟效益如圖 7所示 。 Linnhoff和Zhu等人將單過程夾點分析進一步擴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，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構混合整數(shù)非線性規(guī)劃 (MINLP)綜合策略，可以進行各子系統(tǒng)的同步熱集成聯(lián)合優(yōu)化，但超結構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 公用工程換熱網絡超結構 圖 8 公用工程換熱網絡超結構 ? 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 。為此根據模型的特點，吸收遺傳算法、進化優(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絡 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)化內容：蒸汽需求不變時對蒸汽動力系統(tǒng)的 改進；蒸汽需求改變 （ 四個方面原 因－工藝設備及總流程重組改造 、 能量系統(tǒng)優(yōu)化改造 、 擴產 、 新產品 開發(fā) ） 時對舊系統(tǒng)的改造 、 新系統(tǒng) 的設計 。 ⑤ 蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化措施 、全局能量系統(tǒng)優(yōu)化密切結合，確定合理的汽、電負荷； 、 低溫熱利用綜合考慮充分用工藝余熱產汽和預熱給水以減少鍋爐負荷； ， 高效 、 經濟規(guī)模的設備以及合理選擇燃料結構； 、季節(jié)平衡和系統(tǒng)及管網的優(yōu)化監(jiān)控。 ③ 產生上述問題的原因 ：設計、調度和控制三個層次之間的相互聯(lián)系； ， 將提供驅動功作為主要任務 ， 顛倒主次； 、 及其與全廠工藝生產的規(guī)劃進行考慮 。 優(yōu)化結果 熱物流 H1,H5,H7設置新?lián)Q熱器，熱物流 H3,H4,H6利用現(xiàn)有面積調換位置，均由產 MP改為產 HP蒸汽； 冷物流 C6， C7， C8設置新?lián)Q熱器，冷物流 C2利用現(xiàn)有面積調換位置，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)及其換熱網絡。 i=1,2,...,I。對每個換熱單元設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 (產汽 )量、過程加熱用公用工程耗量、熱功聯(lián)產的可能功量等能量集成目標，但不能給出過程物流與公用工程之間產用汽匹配換熱網絡具體方案，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構 MINLP法相結合，使用基于全局夾點分析的公用工程與過程熱冷物流產用汽換熱網絡熱集成聯(lián)合優(yōu)化的超結構 MIN