基于全周期缓慢结垢的多效蒸发海水淡化慢时变系统优化设计

多效蒸发（MED）是最主要的海水淡化方法之一,作为典型的慢时变系统,该系统在长期运行的过程中,往往会由于结垢导致蒸发器传热效率降低,造成减产甚至停工。为避免出现这种问题,工艺设计者会采取冗余设计,增大传热面积,这会导致设备投资的显著增加。为保证MED系统能够全周期运行,且尽可能减少总传热面积,提出了一种全周期优化设计方法。该方法以总传热面积最小为目标,对决策变量在整个周期内进行分段优化,同时考虑结垢过程、工艺变化以及控制方面的需求,对各效传热面积进行裕量设计,通过一步优化求解得到最优操作条件与最小传热面积,实现对慢时变系统的优化设计。最后,以八效MED海水淡化装置为例,同时用等面积法、等温差法、稳态优化设计方法以及全周期优化设计方法对系统进行设计。结果表明,全周期优化设计方法能够最大限度减少传热面积,大大降低了系统的设备投资,是一种有着良好应用前景的多效蒸发海水淡化系统优化设计方法。     

油田污水MED-TVC联合处理系统的Aspen Plus模拟与分析

为实现油田污水的高效洁净处理,提出了多效蒸发(multiple effect desalination,MED)和蒸汽热力喷射器(thermal vapor compressor,TVC)联合处理系统。应用Aspen Plus工具建立了MED-TVC系统的工艺流程模型,并进行了模型验证。在此基础上,分析了TVC对MED工艺的优化效果,研究了工作蒸汽压力和TVC引射位置对系统热力性能的影响。研究结果表明:增加TVC装置及提高其工作蒸汽压力均能有效改善MED系统性能;优化TVC引射位置可以使系统造水比提高12%,冷凝水流量减少22.54%。     

热压缩多效蒸馏海水淡化系统能量分析

低温多效海水淡化系统(LT-MED系统)是目前商业运行的海水淡化系统的主要形式之一,其中热压缩多效蒸馏系统(MED-TVC系统)由于附加设备蒸汽压缩器(TVC)结构简单、投资少、易于维护且能较大提高系统造水能力而被广泛应用.针对MED-TVC系统和MED系统进行计算模拟,利用EUD分析方法揭示MED-TVC系统的能量利用状况以及造水能力提升的原因,指出海水淡化系统性能优化的方向.同时分析了TVC与蒸发过程之间的热集成关系,确定了系统的最佳集成关系,为不同热源(工业余热)与淡化系统结合提供理论参考.     

慢时变化工过程裕量释放机制分析

化工过程普遍存在慢时变特性,在一个运行周期内慢时变参数的变化造成化工装置性能逐渐下降。为此,过程设计时需要按照慢时变参数可能的“最坏”影响对设计变量留出足够的设计裕量,在一个运行周期内通过操作逐渐释放,补偿慢时变参数的不利影响,且理想操作是保证到运行周期结束时化工装置性能恰好达到过程约束边界。本文对慢时变过程设计裕量的释放机制进行了分析,考虑含慢时变参数的全周期操作优化通用动态模型,通过最优控制的极小值原理求解该优化问题,建立了最优裕量释放轨迹和慢时变参数变化曲线之间的联系,从而证明最优裕量释放只与慢时变化工过程的运行周期有关。以乙炔加氢反应器为例验证了该裕量释放机制,对于慢时变化工过程,设定的运行周期越短,设计裕量释放越快,仅能获得较高的短期经济效益;反之,设定较长的运行周期,设计裕量缓慢释放,能获得更高的长期经济效益。     

工艺调度对乙炔加氢反应器优化运行策略的影响分析

乙炔加氢反应器是乙烯工业中用于除去高浓度乙烯流中的少量乙炔的重要装置,该装置一般持续运行较长时间,期间反应器内催化剂活性逐渐降低,直至活性难以满足工艺要求。乙炔加氢反应器全周期操作优化一般是针对装置的一个再生周期进行的,在装置运行周期内应按照操作优化方案进行。但是,在实际工业过程中,为了满足临时的工艺调度需求,乙炔加氢反应器在按照操作优化方案运行一定时间后,需要在剩余的运行周期内临时改变操作方案,这给操作优化问题带来了更多变化和挑战。基于裕量估计和慢时变系统的控制优化框架,研究了这类在运行周期中临时改变操作优化方案的全周期动态优化问题。改变操作优化方案的方式包括：变更运行周期、追求经济效益最大化和变更优化目标、追求运行周期最大化。通过对这两种改变操作优化方案的分析,发现前者变更的运行周期越接近原定运行周期,全周期总经济效益越高,后者切换时刻越早,反应器能维持的运行周期越长,但二者的全周期经济效益均不及原操作优化方案,临时的工艺调度对乙炔加氢反应器的全周期优化运行总体上是不利的。     

利用火电机组余热能的热膜耦合海水淡化性能分析

以沿海电厂汽轮发电机组抽汽作为热源,针对反渗透(RO)和低温多效蒸馏(LT-MED)海水淡化技术各自的特点,提出2种水电联产海水淡化方案,并进行性能分析:1种是传统的蒸汽压缩喷射器(TVC)与低温多效蒸馏系统结合的MED-TVC方案;另1种是利用电厂汽轮机抽汽余热能发电驱动反渗透膜,通过热膜耦合技术将低温多效蒸馏与反渗透海水淡化产水集成的RO-MED方案。结合某实际火电机组已经运行的海水淡化项目,建立数学模型,对2种方案的淡水产量进行了比较分析。结果表明,RO-MED方案的淡水产量约为38.26 kt/d,远大于MED-TVC方案11 kt/d的产水量。但受投资成本、运行成本、安全性等条件的制约,在实际生产中还需要依据具体情况进行选择。     

乙炔加氢反应器全周期操作优化

乙炔加氢反应器作为乙烯工业流程的重要环节,其运行会很大程度上影响到乙烯产品的产量和纯度。在一个运行周期内,乙炔加氢反应器内催化剂活性会随时间推移而缓慢降低,使操作点偏移,乙烯产量会随之降低。为了实现全周期操作优化,通过研究催化剂的失活机理,提出了考虑绿油累积效果的催化剂失活动力学模型,进而改进了乙炔加氢反应器二维非均相模型。通过在gPROMS平台模拟反应器全周期运行验证了改进模型的正确性,在上层运用Matlab优化器与gPROMS平台交互求解一个运行周期的操作优化问题。优化结果表明,与定值温度补偿方案相比,全周期操作优化在经济效益和反应器再生周期两方面都要优于定值温度补偿方案,且同时优化入口温度与入口加氢量的全周期操作优化方案具有更大的优势。     

乙炔加氢反应器全周期操作优化

乙炔加氢反应器作为乙烯工业流程的重要环节,其运行会很大程度上影响到乙烯产品的产量和纯度。在一个运行周期内,乙炔加氢反应器内催化剂活性会随时间推移而缓慢降低,使操作点偏移,乙烯产量会随之降低。为了实现全周期操作优化,通过研究催化剂的失活机理,提出了考虑绿油累积效果的催化剂失活动力学模型,进而改进了乙炔加氢反应器二维非均相模型。通过在g PROMS平台模拟反应器全周期运行验证了改进模型的正确性,在上层运用Matlab优化器与g PROMS平台交互求解一个运行周期的操作优化问题。优化结果表明,与定值温度补偿方案相比,全周期操作优化在经济效益和反应器再生周期两方面都要优于定值温度补偿方案,且同时优化入口温度与入口加氢量的全周期操作优化方案具有更大的优势。     

基于等效电法的钢铁企业蒸汽系统多目标运行优化策略

针对钢铁企业蒸汽系统汽源设备多、能源品种多的特点,以某大型钢铁企业实际运行的蒸汽系统为背景,运用等效电方法对蒸汽系统的能量转换作出科学分析,采用数学规划方法,建立多目标的混合整数非线性规划模型（MINLP）。采用分步优化方法,先以蒸汽系统小时能源总成本最低为目标,将得到的结果乘以松弛系数建立成本约束并以(火用)效率最高为目标,利用LINGO软件求得多目标-约束优化模型的全局最优解,再通过改变松弛系数得到一组Pareto前沿。最后与单目标优化和多目标遗传算法结果相比较,证明分步优化方法所得的结果是可行的综合最优结果,能够实现低成本和高(火用)效率的双目标,并为生产调度提供依据。     

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。     

Process Parameters Optimization for Energy Saving in Paper Machine Dryer Section

Due to high energy consumption in the Chinese paper industry, this study considers higher-energy efficiency for the multicylinder dryer section of paper machines. A common situation in the Chinese paper industry is that energy is consumed in extensive mode. In order to improve the energy efficiency of the paper machine dryer section, deeper analysis and optimization of process parameters are necessary.

A NLP optimization method is developed for integration of steam system and air system to reduce the steam consumption and decrease the loads of centrifugal blowers in the multicylinder dryer section of a paper machine. Equality constraints of the optimization model are extracted from different process modules based on material and energy balance. Inequality constraints are from the production capacity, operating condition, etc. Two illustrative examples are presented in this paper. The results show that the optimization model is adaptive and convenient for application. For a newsprint machine, less dry air and steam are used and the energy consumption can be reduced by about 8% in the dryer section. Applied on a linerboard machine which has surface sizing, the method can reduce the energy consumption by 5.6%.     

基于杂质赤字的再生回用水网络集成图示法

将氢网络中基于剩余率的集成优化法扩展至水网络，以杂质浓度为基础进行分析，提出了基于杂质赤字的再生回用水网络图像集成优化方法。该方法无需图像试差和迭代，通过构建浓度-流量图和杂质赤字图，可确定未考虑再生回用的水网络夹点位置及最小新鲜水用量。并在此基础上，考虑再生装置和水网络的优化以及二者的集成，分析水网络的新鲜水节省量与杂质脱除率、再生水源流量及再生废水浓度的定量关系；构建定量关系图确定最小新鲜水用量随各参数的变化关系、夹点位置、最大新鲜水节省量以及一定再生条件下的极限及最优提纯参数。案例分析表明，该方法简单、高效，对于各工况下的水网络，均可使新鲜水消耗量及废水排放量减小，为工艺设计和操作提供重要的参考。     

基于多目标优化精馏系统综述

综述了精馏系统中多目标的优化问题,分析列举了人工神经网络、正交设计、响应面、遗传算法和粒子群算法在精馏系统多目标优化中的应用,旨在总结精馏系统中的优化算法,寻求最优操作条件的解法,为精馏塔的多目标优化提供参考。结果表明,针对于目前精馏系统的复杂多变性及混合规划问题,这些算法可以很好地对精馏系统进行建模,预测精馏模型,预测值与模拟值拟合较好,有较高的精度。且可用于求解精馏过程中的最优操作条件,降低系统的不可逆性,实现了精馏系统的节能优化,提高了产品质量,降低了能耗。最后指出了多目标优化精馏系统方法的可行性,也表明在实际生产中将多种优化算法相结合进行多步优化的可行性。     

THE DESIGN AND OPTIMIZATION OF AN INDUSTRIAL DRYER FOR SULTANA RAISINS

A mathematical model of a tunnel dryer for sultana grapes is presented and applied for the determination of size and optimal operating conditions of the dryer. The optimum condition is given by the minimization of heat consumption, expressed as the ratio of thermal load to production, with some constraints regarding the production rate of the dryer and the maximum permissible air temperature. The optimization variables are temperature and humidity of the drying air, and product loading thickness on the trays. The optimum condition requires the operation of the dryer on the maximum permissible air humidity, which corresponds to a high degree of recirculation of exhaust air. This can be accomplished using automatic control of fresh air and humid air inlet and exhaust dampers along the length of the dryer, during the entire drying cycle.     

THE DESIGN AND OPTIMIZATION OF AN INDUSTRIAL DRYER FOR SULTANA RAISINS

A mathematical model of a tunnel dryer for sultana grapes is presented and applied for the determination of size and optimal operating conditions of the dryer. The optimum condition is given by the minimization of heat consumption, expressed as the ratio of thermal load to production, with some constraints regarding the production rate of the dryer and the maximum permissible air temperature. The optimization variables are temperature and humidity of the drying air, and product loading thickness on the trays. The optimum condition requires the operation of the dryer on the maximum permissible air humidity, which corresponds to a high degree of recirculation of exhaust air. This can be accomplished using automatic control of fresh air and humid air inlet and exhaust dampers along the length of the dryer, during the entire drying cycle.     

钢铁企业煤气-蒸汽-电力系统耦合优化及应用

煤气、蒸汽和电力是钢铁联合企业能源系统的重要组成部分,其消耗占钢铁企业总能耗的60%左右。合理地制定能源系统的生产以及燃料消耗、电力采购计划,对企业降低成本、减少环境污染有着非常重要的意义。针对煤气-蒸汽-电力系统的燃料结构、设备类型、工况变化等特点,以经济运行成本和环境成本最小为目标函数,建立了针对该系统的耦合优化模型。该模型综合考虑了富余煤气的波动、蒸汽和电力的动态需求、多燃料结构、分时电价等影响因素,并使用GAMS进行优化求解。将模型应用到某大型钢铁联合企业,结果表明该模型能够为钢铁企业煤气-蒸汽-电力系统提供合理的生产计划方案,实现了富余煤气的合理分配以及能源的高效利用,降低了能源系统运行成本,提高了企业的经济效益和环境效益。     

Modeling and Optimization of a Tunnel Crape Dryer

A mathematical model of a tunnel dryer for the dehydration of grapes is presented and applied to the determination of optimal operating conditions of the dryer. The dryer is of semi-batch structure, operating with trucks and trays. The cycle period is determined by meeting appropriate quality specifications for the final product. The nominal conditions were evaluated bv suitably minimizing. the total fuel demand, expressed as fuel consumption to production capacity, under some constraints regarding the production rate of the dryer and the maximum permissible air temperature. An nominal air humidity value was evaluated suggesting a minimum cycle period value for the production capacity and fuel demand. The nominal conditions required operation of the dryer on the maximum permissible air temperature. The optimum operation was evaluated by maximizing the total profit resulting from the operation of the dryer. The optimization variables were temperature and humidity of the drying air stream. A charteristic case study of industrial grape was included to illustrate the effectiveness of the proposed approach.