水系统集成方法分析

水系统集成技术把企业的整个用水系统作为一个有机的整体来考虑水在系统中的优化分配,能够取得显著的节水效果。本文分析了近年来发展的过程水系统集成方法,主要包括水夹点技术、数学规划法和中间水道技术,指出了这3种水网络优化技术的特点及优缺点,并通过一个例子对这3种方法进行了比较。最后对水系统集成方法的发展作出展望。     

水系统集成技术在甲醇厂的应用

水系统集成技术是把整个工业用水系统作为一个整体来看待,并考虑水质、水量的分配,从而使系统用水的重复利用率达到最大,同时废水排放量最小。甲醇企业是用水和废水排放的大户,将水系统集成技术应用于甲醇工业,具有重要意义。文中结合水系统集成技术的工业应用现状,总结了水系统集成技术在工业企业中应用的一般步骤,具体分为以下几步:选定目标系统,明确水源水阱,确定关键污染物组分和极限进出口浓度,生成初始网络和用水网络调优。并以某甲醇厂简化的用水系统为实例,采用文中所提出的一般应用步骤,对用水网络进行了优化,获得了新鲜水节水率达34.5%的节水效果。     

石化企业用水网络系统优化技术的研究

该文主要分析了当前石化企业用水网络系统存在的问题以及国内外节水优化技术的研究现状,介绍了水夹点-数学规划法对石化企业用水网络系统优化的过程,阐明了该水网络系统优化技术以后的主要研究方向。     

过程水系统集成技术及其进展

水系统集成技术是将整个企业的用水系统作为一个有机的整体来对待的一种技术,可以有效地节省新鲜水用量,并同时减少污水的排放.介绍了近年来在过程水系统集成方面的研究进展.对于常规水网络结构,主要包括两方面的研究水夹点技术与数学规划法,指出了两种技术的优势与缺陷及有待进一步研究的问题.还介绍了一种新的水网络--基于中水道的水网络--的研究与进展.     

夹点技术在水网络中的研究与应用

常规的节水策略主要通过直观定性分析,通常用于单个单元操作或局部的用水网络中,这样虽然能达到一定的节水基的,但不能使整个用水系统的新鲜水用量和废水产生量达到最小。与常规的节水策豫相比,水夹点技术是从系统的角度对整个用水网络进行设计优化,以使水的重复利用率达到最大。文章介绍了水夹点技术的原理,对水夹点技术在国内外的研究进行了综述,并对其在国内的发展趋势进行了展望。     

国内外炼厂节能先进经验

研究国外和国内先进石油公司节能经验,得出结论:装置大型化和炼化一体化是节能管理的基础,是实现节能的基本保证和提高企业竞争力最好的手段。炼化产业基地建设和集中公用工程服务,是现代"石化岛"整体节能的新思路,是实现结构节能的最有效的方法之一。利用现代化网络、集成、过程管理软件对系统进行过程管理,是现代石化企业节能管理的发展趋势。     

数学优化法在化工行业用水网络优化设计中的应用

资料表明化工行业是我国用水和排污最大的行业之一,在化工行业实施节水减排成为当前倍受关注的一个重大课题。目前,用水网络优化是企业实施节水减排重要环节之一,主要应用的技术理论有水夹点理论和数学优化理论等。重点阐述数学优化理论,采用实例探讨其应用实践及前景。     

多污染因子水配合回用网络分析

综合利用水资源、优化相应网络、降低用水量与废水量排放量是当前我国各行业的迫切需求。在回用水网络设计与分析中,多污染因子水系统的优化向来是其中的关键。在用水污染物传质模型的基础上,提出了适用于单或多污染因子水系统,根据各用水操作进出口极限条件进行水流股配合回用的水网络优化方法,并以此方法对某石化企业炼油事业部含油水系统用排水网络进行优化设计,达到考虑单污染因子节水24.29%~33.30%,多污染因子节水17.76%的效果。该方法大大简化了水网络设计的计算,为石化行业水资源利用的优化提供了重要的依据。     

基于数学优化算法的多杂质用水网络优化综述

基于超结构的多杂质用水网络优化模型具有维数高、非线性和非凸性等特点,是目前节水技术研究的难点之一,数学优化算法是解决这一问题的主要工具。介绍了数学优化算法中的经典数学规划法、智能算法和智能混合算法解决多杂质水网络优化问题的研究进展。智能混合算法通用性高,较其他算法具有更强的全局和局部寻优能力,更适用于多杂质水网络的优化。开发智能混合算法,综合考虑换热网络和着眼企业现场条件是今后水网络优化研究的重点。     

基于梯级用水的工业水系统节水优化研究

水系统节水优化是一种从系统层面分析水系统节水潜力的方法,借助数学模型可实现节水的量化研究。阐述了一种基于外排水再利用的水系统节水优化模型,并利用Vogel方法实现模型的求解。以火电企业为典型用水案例进行研究,将案例企业用水系统划分为6个子系统(循环冷却水系统、灰渣水系统、化学除盐水系统、脱硫用水系统、生活消防用水系统、其他杂用水系统),在污水排放改造的基础上构建了基于成本最优的节水优化模型并进行了求解。经案例研究发现,优化带来的经济效益最为明显,其次是节水、生态效益。案例企业优化后综合发电耗水、总用水成本、新鲜水取用量降幅分别为10.3%、13.6%、11.2%,对缓解当地水环境污染以及地下水开采压力具有积极意义。     

Heat,mass, and work exchange networks

Heat (energy), water (mass), and work (pressure) are the most fundamental utilities for operation units in chemical plants. To reduce energy consumption and diminish environment hazards, various integration methods have been developed. The application of heat exchange networks (HENs), mass exchange networks (MENs), water allocation heat exchange networks (WAHENs) and work exchange networks (WENs) have resulted in the significant saving of energy and water. This review presents the main works related to each network. The similarities and differences of these networks are also discussed. Through comparing and discussing these different networks, this review inspires researchers to propose more efficient and convenient methods for the design of existing exchange networks and even new types of networks including multi-objective networks for the system integration in order to enhance the optimization and controllability of processes.     

流化床锅炉煤泥湿法输送系统建模与优化

煤泥发电是实现煤泥、煤矸石资源化利用最有效的途径,煤泥的湿法管道输送是煤泥燃烧发电过程中重要环节,存在最佳输送操作浓度问题。以煤泥输送流变特性、煤泥发热量特性以及流化床锅炉燃烧发电热力过程为基础,建立了煤泥湿法管道输送以及锅炉热利用模型,以及基于电耗与煤耗综合费用目标最小的最优经济性目标,通过非线性优化计算得到了电厂煤泥输送最佳含水量值。考虑到煤泥价格、电价以及其他参数对优化目标的影响,对煤泥湿法管道输送距离、电耗、煤耗等影响因素进行了系统分析与优化计算,得出了在上述参数发生变化时的最优操作工况以及相应组成成本情况。本研究结果对流化床锅炉运行优化与节能具有重要意义。     

功热交换网络综合的研究进展

功和热是化工工业中使用能源的两种最主要方式,由于流股压力、温度操作需要消耗大量的功热,因此研究功热的协同利用对于提高过程整体能源利用率具有重要的意义。本文首先概述了基于热力学分析的功热交换网络综合的研究情况,以系统?耗最小为目标探讨压缩机、膨胀机优化配置与换热网络用能瓶颈的耦合关系,揭示了功热协同利用的作用机制。然后系统地总结了以年度总费用最小为目标的数学规划模型综合功热交换网络的研究进展,探寻压力操作路径、流股功/热交换匹配、公用工程消耗量及设备投资之间的有效权衡;最后对后续研究进行展望,指出可进一步探究考虑流股冷热性质判定的功热交换网络同步综合、公用工程系统优化与功热交换网络同步设计的耦合等。     

Process integration technology review: background and applications in the chemical process industry

Process integration is a holistic approach to process design and operation which emphasizes the unity of the process. Process integration design tools have been developed over the past two decades to achieve process improvement, productivity enhancement, conservation in mass and energy resources, and reductions in the operating and capital costs of chemical processes. The primary applications of these integrated tools have focused on resource conservation, pollution prevention and energy management. Specifically, the past two decades have seen the development and/or application of process integration design tools for heat exchange networks (HENs), wastewater reduction and water conservation networks, mass exchange networks (MENs), heat‐ and energy‐induced separation networks (HISENs and EISENs), waste interception networks (WINs) and heat‐ and energy‐induced waste minimization networks (HIWAMINs and EIWAMINs), to name a few. This paper provides an overview of some of these developments and outlines major driving forces and hurdles. The fundamental aspects of this approach along with their incorporation in an overall design methodology will be discussed. The paper also highlights several recent applications of process integration to industrial processes. Copyright © 2003 Society of Chemical Industry     

乙烯分离与复叠制冷系统用能的综合优化

乙烯装置的分离过程要在低温下进行,由乙烯制冷系统提供所需冷量。乙烯制冷系统为封闭式循环,独立于分离单元之外。将乙烯分离单元与制冷系统同时优化,能有效提高装置用能效率。复叠式制冷级数是当前乙烯工业中使用最为广泛的制冷技术。本文针对乙烯分离过程和配套的复叠制冷系统,采用Aspen Hysys进行模拟并进行(火用)分析,发现系统主要的(火用)损失发生在换热与压缩两部分,其占总(火用)损失的83%,为节能的重点。进而通过夹点技术对冷剂配置进行分析,发现-56℃以上各温位的冷量配置不合理,远超过理论最小值,-56℃以下各温位的冷量基本达到理论最小值。提出了采用多股流换热器的换热网络理论设计方法,并对冷剂进行重新配置,该理论方案可以降低丙烯制冷压缩机约30%的功耗,并节约部分乙烯制冷压缩机功耗,显著降低了乙烯深冷分离能耗。     

Optimal design of hybrid RO/MSF desalination plants Part III: Sensitivity analysis

This is the last paper in a series of three parts entitled “Optimal design of hybrid RO/MSF desalination plants”. This research is concerned with exploring the feasibility of hybridization of multi-stage flash (MSF) and reverse osmosis (RO) technologies in order to improve the performance characteristics and process economics ofthe conventional MSF process. The research project involved an optimization study where the water cost perunit product is minimized subject to a number of constraints. In the first part, the design and cost models were presented, the optimization problem formulated and solutions for a number of cases were outlined. In the second part, results were presented and discussed. In this paper we discuss the sensitivity of water cost from the alternative plant designs to variations in some cost elements and operating conditions. In general, it is concluded that, for the same desalting capacity, hybrid RO/MSF plants can produce desalted water at a lower cost than brine recycle MSF plants, while hybrid plants are characterized, by lower specific capital costs and higher water recovery fractions. Reduction in steam cost allows MSF to compete more with hybrid RO/MSF plants. This result explains the advantage of coupling MSF plants and steam power plants where the exhaust steam from the back pressure turbine represents a relatively cheaper source of heat for the MSF process. Results showed that the RO technology exceeds all other designs over the whole range of energy, chemicals and membrane costs studied here. However, water cost of the RO process was the most sensitive to variations in membrane and electricity costs compared to other hybrid configurations.     

城市污水处理厂进水浓度低原因及其对策的研究

随着国家对节能减排工作的重视,对城市污水处理厂的处理效能、进水浓度提出更高的要求。针对城市污水处理厂进水浓度低的情况,对污水管网展开调查,找出了问题产生的原因,并提出了相应的对策,以供提高污水处理厂进水浓度作为参考。     

生物甲烷系统技术评价与集成的研究进展

生物甲烷系统是实现生物质资源化高效转化利用和二氧化碳减排的重要途径之一,符合我国国家战略的重大需求,但目前对该系统中的能量物质转化效率、经济环境性等问题的分析不够深入。为了深入认识生物甲烷系统的物质能量转化和利用情况,实现生烷甲烷体系结构的最优,本文从系统工程的思路出发,对影响整个生物甲烷系统的关键单元和子系统中的关键技术进行了分析对比,包括原料收集、发酵、甲烷提纯等过程,并结合实例进行综合分析与评价。对生物甲烷系统中各单元的技术、经济、环境的影响评价和系统网络结构多目标优化的国内外研究进展进行了简要论述,提出了生物甲烷系统研究所面临的技术瓶颈和挑战。指出针对资源的特殊性,需要建立综合考虑过程模拟、能效分析、全生命周期及经济评价的系统集成方法,对生物甲烷反应、产物分离、储运、输送等各个环节的物质转化、能量利用效率及环境影响进行评价和分析,发现影响其可持续性能的瓶颈;进一步考虑技术、经济和环境等指标进行多目标优化,获得优化策略,实现生物甲烷系统物质能量利用效率的最优化和能源资源的最优配置。     

基于遗传算法的结构振动主动控制优化方法

在结构振动主动控制的研究中,控制能量是限制其广泛应用的瓶颈。为减少控制系统所需能量,有必要对结构进行优化设计,而传统的优化方法对于振动主动控制系统的优化不太适合。为此,在杂交遗传算法和实代码遗传算法的基础上,开发了一种改进的杂交遗传算法,该算法不仅可以计算含不等式约束的优化问题,而且可以处理含线性等式的优化目标问题。最后给出了计算实例来说明所提方法的有效性。     

化工系统节能“瓶颈”的辨识及解“瓶颈”

化工系统的复杂性决定了要对其进行节能优化需要找到系统的“瓶颈”,换热网络的瓶颈通常在夹点处,但在某些情况下,夹点已不再是系统的瓶颈所在,其他设备的工艺条件也会成为化工系统的瓶颈,决定整个系统的节能潜力。文中提出通过费用曲线来辩识系统瓶颈,该曲线上斜率突然增大并使得节能改造的投资回收期大于期望值处,代表了系统节能的瓶颈。分析瓶颈形成的原因,并考虑消除或减缓该原因的措施,就可以实现解瓶颈,从而使系统在较少的投资下获得较大的节能效益。最后通过实例说明如何辩识瓶颈和解瓶颈。