基于持续节能的多周期换热网络优化设计

在石油化工工业中,换热网络的操作条件时常发生改变,尤其是结垢热阻随运行时间不断增大。针对操作条件的改变,有研究者提出多周期换热网络最优综合的设计与改造方法。但是,这些方法不涉及结垢热阻对设计结果的影响。然而,换热器结垢不可避免,传热系数随之改变,将导致操作工况偏离最优值,难以实现持续节能优化。以多周期换热网络优化为基础,提出一种基于持续节能的多周期换热网络综合设计方法,以换热网络累积总费用为目标函数,考虑换热器结垢对多周期换热网络优化结果的影响,进而实现多周期换热网络的最优综合。首先,结合示例分析换热器结垢对多周期换热网络优化结果的影响,得出考虑到结垢热阻的影响多周期换热网络在各个周期内的优化结果将改变;然后,基于持续节能优化,以换热网络累积总费用为目标函数,提出一种多周期换热网络优化方法;最后,结合示例验证了该设计方法的有效性。     

基于持续节能的多周期换热网络优化设计

在石油化工工业中,换热网络的操作条件时常发生改变,尤其是结垢热阻随运行时间不断增大。针对操作条件的改变,有研究者提出多周期换热网络最优综合的设计与改造方法。但是,这些方法不涉及结垢热阻对设计结果的影响。然而,换热器结垢不可避免,传热系数随之改变,将导致操作工况偏离最优值,难以实现持续节能优化。以多周期换热网络优化为基础,提出一种基于持续节能的多周期换热网络综合设计方法,以换热网络累积总费用为目标函数,考虑换热器结垢对多周期换热网络优化结果的影响,进而实现多周期换热网络的最优综合。首先,结合示例分析换热器结垢对多周期换热网络优化结果的影响,得出考虑到结垢热阻的影响多周期换热网络在各个周期内的优化结果将改变;然后,基于持续节能优化,以换热网络累积总费用为目标函数,提出一种多周期换热网络优化方法;最后,结合示例验证了该设计方法的有效性。     

基于全周期持续节能的换热网络滑动窗口分析与裕量缓释优化控制

换热网络是过程系统节能降耗的关键,对于给定换热网络其操作条件及生产要求等常发生变化,尤其是换热器普遍存在缓慢结垢现象,导致换热网络的运行参数偏离设计值,甚至难以满足生产操作要求。为此设计时一般留出一定的面积裕量,并通过旁路控制实现对面积裕量的在线调节。本文针对换热网络运行的全周期,以持续节能为目标,提出一种裕量缓释的优化控制方法。首先,针对换热网络整个运行周期,结合滑动窗口算法分析缓慢结垢现象与优化控制的关系,得出一种换热网络全周期持续节能的控制策略。然后,在划分的每个滑动窗口内以提高控制性能为目标,实现换热网络的在线优化控制。进而针对换热网络的全运行周期,以持续节能为目标,研究一种裕量缓释优化方法,优化求解每个窗口内可利用的换热网络面积裕量。最后,提出一种以全周期持续可控为目标的换热网络裕量缓释优化控制方法。结合实例说明采用本文提出的方法实现了全周期持续可控同时兼顾了各时间窗口内系统的动态控制性能。     

具有柔性拓扑结构的厂际多周期换热网络优化

针对厂际多周期换热网络优化,提出了一种考虑柔性设计的数学规划模型,旨在解决现有网络设计缺乏灵活性及无法适应生产波动等问题。该模型由两个子模型组成,第一个子模型通过厂际热集成的超结构模型优化各个周期内的换热网络结构,第二个子模型以年度总成本费用为目标函数,优化换热器面积与热负荷。在每个工厂内,所有换热器都具有共享功能,通过开闭阀门调整过程物流走向,改变网络结构以完成热量传递任务。案例测试表明最小网络年度总成本费用为210919.4 USD·a^-1,需要设置13台共享换热器,其中工厂1有6台,工厂2有4台,工厂3有3台。提出的厂际多周期换热网络优化模型具有设计灵活性高、应对生产环境变化能力强等特点,为企业提供了一种更为智能且高效的换热网络设计方法。     

钢铁企业蒸汽系统多周期优化策略

钢铁企业蒸汽系统具有汽源设备较多、能源品种多以及能源供需及价格变化等特点,本文以某大型钢铁企业实际运行的蒸汽动力系统为研究对象,综合考虑其各台锅炉设备的不同生产特点、企业的能源需求和能源价格随时间变化的规律以及设备启停运行转换产生一部分费用等因素建立约束条件,以全时段蒸汽系统总能源成本最低为目标函数,建立蒸汽-电力耦合的多周期、混合整数非线性规划模型(MINLP),利用基于数学规划方法的LINGO软件求出全局最优解。通过分析比较,证明初始运行条件对多周期优化结果有很大影响,影响效果会延续数个周期,同时LINGO计算求解全局最优解的效率高、结果合理、可行,并能够为企业在能源设备调度上提供依据,实现一个运行时段内的低成本和高效益。     

船舶烟气余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析

利用设计的有机朗肯循环系统回收船舶柴油机的排气能量,考虑冷却水循环,分析了蒸发温度、膨胀比对系统性能的影响。定义经济性函数为系统所需总换热面积和净输出功的比值,而综合评价函数为经济性目标函数和（火用）效率的加权和,以不同的优化目标函数,确定了适用于有机朗肯循环系统的最佳冷凝温度。研究结果表明,在一定膨胀比下,热效率随着蒸发温度的升高先增大再减小,存在最佳蒸发温度;优化目标函数不同,系统存在不同的最佳冷凝温度,以综合评价函数为优化目标,可确定较优的最佳冷凝温度;以R245fa为工质时,最佳蒸发温度为390K,最佳冷凝温度为316K,膨胀比为6.6,热效率可以达到12%;工质的选择对系统性能有很大影响,不同评价指标下系统的性能分析也不同。     

注塑模冷却系统二维优化设计

本文以周期平均温度场为前提，边界元法给出了注塑模腔温度及型腔各点温度对设计变量灵敏度的计算公式。在计算型腔温度时采用选代算法，同时分析劝模和定模。在优化设计中，以型腔表面各点温度与某一设定目标温度的均方差为目标函数，在一定的约束条件下，通过寻求目标函数的最小值求出冷却管道的优化位置和尺寸，并用实例进行了验算。     

分批补料反应过程的非固定终端经济优化控制

针对批次生产周期不确定问题,提出一种非固定终端的经济优化控制方法。首先采用经济模型预测控制方法,用收益最大化的经济型目标函数代替终端约束,并将批次生产周期纳入被优化变量,建立动态经济优化问题,并通过对每个控制变量进行有差异的参数化,将动态优化问题转化为非线性规划（NLP）问题;然后使用内点罚函数法求解含非线性约束的优化问题,得到的最优控制序列和最佳批次生产周期,可将不确定扰动带来的损失降低到最小。其次采用非固定预测时域的滚动时域控制方法,不仅提高多变量系统的协同控制能力,而且根据实时预测终端产品产量不断优化更新关键操纵变量的控制分段函数的分割数及控制序列,从而可灵活优化操纵变量和操作时间的轨迹。最后在苯胺加氢过程上进行了批次优化控制性能测试,测试结果表明,非固定终端的经济优化控制从批次的总生产效益角度来优化每个批次生产的操作条件,实现批次反应过程生产时间与经济效益的最优化管理。     

带有过渡段循环的多元间歇精馏优化计算

采用最大馏出量、最小时间及最大负荷因子作为目标函数,以采出速率作为优化变量,间歇精馏过程采用分段恒回流比操作,利用改进的模拟退火算法进行了带有过渡段循环的三元体系间歇精馏过程的优化。分别获得了3种目标函数下的最优操作条件及最优值,并与文献结果进行了比较。采用改进的模拟退火算法得到的优化计算结果均优于文献值。不同的目标函数下得到的优化操作策略不同,且随着过渡段循环次数的增加精馏过程趋于稳定。     

输油管道运行优化研究

输油管道的优化运行能够降低输油成本与能耗的有效措施,本文以输油管道热耗与电耗的耦合费用为目标函数,对输油管道运行优化影响因素、目标函数及需注意问题进行了分析,并以东北某输油管道为例,对管道运行优化计算结果进行了分析。