换热网络综合方法的研究进展

随着对合理、经济利用能源、资源要求的不断提高,换热网络综合引起了人们的高度重视。本文对过程工业非常重要的过程集成问题——换热网络综合,总结了过程热集成常见的3种方法:夹点设计法、数学规划法以及人工智能法。并分别对这3种方法在发展过程中的研究内容和设计方法及其取得的研究成果进行了讨论。最后从工业应用角度对不同的方法做了比较及评价。     

换热网络综合中管壳式换热器设计研究进展

管壳式换热器应用广泛尤其是对其设计的研究,回顾了近年来单台管壳式换热器的工艺设计方法,并指出这些方法难以兼顾换热网络的节能降耗。许多研究者,在换热网络最优综合的同时提出了多种面积裕量优化设计方法,虽然考虑了换热网络中各换热器换热面积的优化,但并未考虑换热器的选型与详细设计。近年来,也有研究者基于换热网络综合进行管壳式换热器的详细设计研究,同步优化换热网络和单台换热器的设计,但这些方法均是在给定的工况条件下进行设计,考虑到实际生产中工况条件经常发生变化,单台换热器的设计均采用超余设计难以保证总费用最小。最后,在此基础上,提出一种从灵敏度分析的角度出发以总费用最小为目标基于换热网络综合的管壳式换热器详细设计思路。     

基于VC编程的换热网络综合软件设计

针对利用夹点技术设计换热网络时,计算时间长、强度大、过程复杂等特点,本文研究换热网络夹点技术,基于VC而设计夹点技术的换热网络综合软件.该软件可以根据冷、热物流相关数据,计算出系统所需要的冷、热公用工程的数值;绘制出换热系统的组合曲线、全局温焓曲线以及热级联图.同时,该软件还可根据换热网络设计规则设计换热网络;找出热负荷回路以及热负荷路径,合并换热器,满足不同最优换热网络目标的要求.该软件可大量节省计算时间,减小计算强度,简化计算过程.     

基于J2EE的协同换热网络设计系统的研究

在化工企业中,换热网络设计的好坏对企业效益有重大影响.由于设计过程中伴随着大量的计算,用软件可以大大提高效率,以往的换热网络设计软件可视化不强,没有一个好的图形界面,而且大多是C/S结构,难于升级和维护.为了使软件的可视化更强并方便各个地区工程师之间的合作,采用J2EE架构和过程能量集成方法--夹点技术以及改进的换热网络设计算法.对换热网络计算机辅助设计进行了研究,开发了一个基于J2EE模式结构体系的协同换热网络设计软件系统.     

柔性换热网络综合方法研究

过程物流参数的不确定性,要求综合具有柔性的热交换网络。本文在作者曾提出的换热网络柔性分析及柔性改进技术的基础上,将超结构理论、探试规则和回路化简法相结合,提出了一种探试调优式的柔性换热网络综合方法。结果表明该法能够综合得出最优的柔性换热网络。     

天然气回收装置换热网络优化设计

对某天然气回收装置换热网络的节能潜力进行了研究,应用夹点分析法找出了原换热网络不合理的环节及原因,并据此对该装置的换热网络进行优化设计,形成翻新设计方案.该翻新设计改进了换热网络中不合理的环节,使装置换热网络的加热公用工程和冷却公用工程分别节省37.7％和27.4％的电能.优化改进后的换热网络提高了过程能量回收能力,每年可节省电能37.6万kWh,达到了降低过程能耗的目的.     

基于Visio的化工换热网络优化系统开发

换热网络的改造是很多化工企业提高能源回收利用率,降低生产成本的重要手段.夹点技术在对换热网络的优化改造方面,应用最为广泛.在利用夹点技术对换热网络进行改造的过程中,伴随着大量的数学计算.为了简化换热网络改造过程,以Visio作为平台开发了一套用于换热网络改造的化工换热网络优化系统.     

汽油吸附脱硫装置换热网络节能研究

针对某催化汽油吸附脱硫装置换热网络,分析装置流程,并且从整个流程中提取了6股冷物流和4股热物流的初始温度、目标温度、热负荷等数据,选择最小传热温差为15℃,利用夹点技术得到夹点温度为81.5℃,确定了装置的节能目标为节约公用工程量78.5%。然后利用夹点三原则对现有装置的换热网络进行分析,发现该装置夹点之上存在2个冷却器、夹点之下存在1个加热器并且存在1个换热器跨越夹点传热,这造成了能量的不合理利用从而造成能量浪费。针对这几个不合理的传热器,以现有网络为基础提出了增加2台换热器从而消除部分违背夹点原则的环节的换热网络优化方案,最终实现节约冷公用工程量52.8%,节约热公用工程量65.7%的效果。     

求解换热网络夹点的Excel电子表格法

为使不熟练计算机编程的工程技术人员、专业设计人员及科研人员能迅速、准确地求解换热网络夹点及所需最小公用工程能量的目标,本文以文献上的事例为研究对象,按问题表格法确定换热网络夹点的原理,利用Excel电子表格建模法求解,并利用Excel图表功能绘制出的总复合曲线图分析网络用能。计算结果与文献上采用计算机编程计算的结果完全相同,表明该计算方法是完全正确可行,且因其简单、实用、直观、灵活、易掌握、又无需计算机编程,因而特别适用于新建化工装置换热网络的优化设计和现行化工生产装置的用能分析及节能优化改造等工作。     

夹点技术在润滑油加氢装置节能中的应用研究

基于某润滑油加氢装置现行的换热网络,利用夹点技术对其进行分析改造,得到了较好的节能效果。以系统总费用最小为目标,求得最优夹点温差为20℃;以夹点温差为20℃,计算得出该装置换热网络的夹点平均温度为186.9℃,最小热公用工程量为2995 kW,最小冷公用工程量为7755 kW;针对换热网络不合理的情况提出了优化改造方案,该方案可实现节约热公用工程2881 kW,占现行热共用工程的43.0%,节约冷公用工程2881 kW,占现行冷公用工程的25.1%,节能效果显著。     

换热网络的分析

通过对换热网络的研究发现,当物流有分流时,换热网络分析的数学模型为非线性规划问题。本文给出换热网络分析的非线性规划模型,同时优化各路分流的流量及换热单元进出口温度。经模型转化,用复合形法与线性规划法的双层组合求解,成功地解决了换热网络分析中非线性规划的求解问题。经实例考核计算证明,本文所建立的数学模型是正确可靠的,使用的双层组合法与其它方法相比,方法简单实用,结果准确,可在工程研究、设计中应用,分析后所得的最佳参数可大大提高换热网络的热回收量,节能效益十分显著。     

基于C++和智能图表合成最优换热网络的程序设计

在合成最优换热网络时,存在着调优迭代计算时间长、过程复杂等问题,本文围绕这一课题,以智能图表法为理论基础,结合C++的编程思想,以Microsoft Visual Studio 2008为开发平台,利用换热网络优化节能技术编写了换热网络合成软件。该软件具有以下功能:根据冷、热物流相关数据,计算换热网络夹点、生成温—焓组合曲线图并标出夹点温度,计算出最大热回收量和最小能量体用量,根据物流匹配换热规则和智能图表对相关冷热物流进行匹配,计算出冷热物流热交换的热负荷、换热面积、操作费用等,自动合成最优换热网络并将计算结果存于文本文件result.txt中。经实例核算后与其它文献数据对比结果可靠合理,表明该程序应用方便,计算速度快,可大大简化合成换热网络的计算过程。     

基于虚拟温度法的间歇过程换热器网络综合

提出了基于时间段模型(TSM)综合间歇过程换热器网络的方法,用虚拟温度法代替传统的单一最小传热温差,将各流股的温差贡献值作为决策变量,年度总费用最小作为目标函数建立数学模型.应用遗传膜拟退火算法对上述数学模型进行求解,分别获得每个时间间隔内的子换热器网络结构,并进一步对总换热器网络做结构优化,使其既满足流股的换热要求,又满足年费用最小.方法应用于实例计算,结果比基于最小传热温差获得的换热器网络年度总费用节省6.0%,换热器减少5台,说明这种方法既节省费用,又简化了网络结构.     

多装置热集成的热出料温度优化研究

本文采用(火用)用经济学模型来描述跨装置热集成问题,该模型以集成的换热网络和长距离换热匹配费用最小为目标.通过适当提高中间物流进料温度,不仪可避免该物流"在上游装置冷却,下游装置重复加热"的能量利用现状,还可节省一组换热设备投资.若允许物流跨装置热匹配,长距离换热匹配的管线投资会增加,但可获得全局最大能量优化.本模型通...     

利用温焓图自动综合多流股换热器网络

为合理、经济地利用能源,降低生产成本,综合考虑了温度、表面传热系数和材质等影响流股传热能力的因素,计算出温差贡献值来修正各流股的实际温度得到虚拟温度,基于虚拟温度作出温焓图,提出多流股换热器网络的综合策略和冷、热流股的匹配规则,得到一组串联的多流股换热器,直观有效地进行换热网络的设计和优化。最后通过两个例题说明所提方法是可行的。     

基于ANN的空气处理单元换热器的动态性能预测

应用人工神经网络技术对安装在空气处理单元（Air Handler Unit,AHU）中的换热器建立了动态神经网络模型。该模型的所有预测值基本都在实际测量值的95%~105%之间。实际测量值和神经网络模型预测值之间的平均相对误差（Mean Relative Error,MRE）小于2.5%,充分说明模型逼近实际对象的精确性。实验结果显示,神经网络,尤其是BP神经网络,可以作为一个很容易的建模工具来获得空气处理单元中换热器的神经网络模型,同时也很容易应用在类似的热系统中。     

热集成精馏序列综合的MINLP模型

将夹点分析法应用于热集成精馏序列综合的换热网络设计中,建立一个以分离序列和操作压力为变量的混合整数非线性规划模型,然后运用改进模拟退火算法进行求解,避免了以换热网络结构作为独立变量,提高了用随机搜索方法获得最优解的可能性,同时提高了计算速度。该模型既允许一个塔的冷凝器和多个塔的再沸器进行热匹配,以及一个塔的再沸器和多个塔的冷凝器进行热匹配,还允许一个塔的冷凝器和再沸器同时与其它塔进行热匹配,使可回收利用的能量大大增加。算例的计算结果表明该方法是求解多组分热集成精馏序列综合问题的有效方法。