基于不确定蒸汽需求和设备故障的锅炉系统随机规划设计

公用工程系统中锅炉系统设计不仅要考虑锅炉应对发生的故障的可靠性,还要保证系统具有一定应对蒸汽需求的波动的可操作性。本研究针对满足不确定蒸汽需求和考虑设备故障的锅炉系统设计,提出基于数学规划法的设计模型:对生产过程波动引起的不确定蒸汽需求以概率表达,采用Markov模型分析锅炉故障,表达为以一定概率发生的不确定参数。优化模型采用二阶段随机规划策略对蒸汽需求不确定波动和锅炉故障实现引起的约束违背进行补偿,以降低不确定变量对目标函数和约束条件的影响。以年总费用最小为目标,建立混合整数线性模型(MILP),实现锅炉系统配置,设备模式确定以及应对蒸汽需求波动和设备故障发生的补偿操作的优化设计。     

基于不确定蒸汽需求和设备故障的锅炉系统随机规划设计

公用工程系统中锅炉系统设计不仅要考虑锅炉应对发生的故障的可靠性,还要保证系统具有一定应对蒸汽需求的波动的可操作性。本研究针对满足不确定蒸汽需求和考虑设备故障的锅炉系统设计,提出基于数学规划法的设计模型：对生产过程波动引起的不确定蒸汽需求以概率表达,采用Markov模型分析锅炉故障,表达为以一定概率发生的不确定参数。优化模型采用二阶段随机规划策略对蒸汽需求不确定波动和锅炉故障实现引起的约束违背进行补偿,以降低不确定变量对目标函数和约束条件的影响。以年总费用最小为目标,建立混合整数线性模型（MILP）,实现锅炉系统配置,设备模式确定以及应对蒸汽需求波动和设备故障发生的补偿操作的优化设计。     

公用工程强制进化策略应用于换热网络优化

采用强制进化随机游走算法优化换热网络过程中公用工程不直接参与进化,导致部分公用工程难以消去,阻碍结构进化。基于此,提出一种强制公用工程参与进化的策略。使公用工程以一定的概率按照不同方式参与进化,其换热量的大小可根据自身参与进化后的系统费用的变化情况所决定,不再受到流股上其他换热单元换热量的制约,增强了公用工程变化的灵活性,更有利于使其朝着有利于结构进化的方向发展。最后,将所提策略应用于2个不同规模的换热网络算例,所获得的结果均低于当前文献最优解,说明该策略能够有效消去对结构进化不利的公用工程,有利于增强网络结构进化能力,获得更优的换热网络设计。     

乙烯装置预冷系统换热网络的节能优化

利用虚拟温度法(流股有效温位)对国内某乙烯装置冷箱系统进行用能诊断分析,找出过程系统的用能"瓶颈",并针对低温过程传热温差较小以及冷公用工程采用中间公用工程的特点,提出了低温过程多流股换热器网络的综合方法;该方法能够有效的利用冷热流股的有效温位,使冷公用工程的操作费用达到最小,得到合理的换热网络,并且在优化流股传热温差贡献值过程中,考虑了各流股温度、传热膜系数和换热器材质的影响,因此可以用于不同材质、不同传热膜系数低温换热网络的设计和优化;将该方法应用于国内某乙烯装置冷箱系统的综合中,与现场用能情况相比,冷公用工程用量降低了44.5%;结果表明该方法在工程中是可行的.     

安格连橡胶厂公用工程系统设计优化

介绍一带一路项目乌兹别克斯坦安格连橡胶厂建设的公用工程系统设计优化。为进一步控制成本、便于实施、使设备操作和维护更加便利,提出锅炉房除氧器溢流管增加水封、锅炉房凝结水箱分区使用、动力站热真空罐入口增设换热器、制冷系统同类水泵互为备用、排污处理中水回用池增设补水管道以及A区变配电室向本区域负荷中心和总变电站靠近等优化方案。这些优化方案经实践证明是有效的,对类似项目公用工程系统设计具有一定的借鉴意义。     

煤化工项目甲醇装置运行优化探讨

针对某新建煤化工项目甲醇装置优化运行所存在的问题,通过原料煤优化、管理优化及系统扩容改造三方面探讨了提升甲醇产量、降低消耗以提升效益的手段。原料煤的优化从成浆性能出发,选取内水含量适合的煤种,显著提升了水煤浆浓度、甲醇产量,降低了甲醇单耗;另从灰特性、分散剂、粒度级配等方面提出了优化原料入炉性质的方法。管理优化从装置安稳长周期运行、合成气回用、公用工程平衡的优化管理方面提出挖潜增效、压减操作成本的要点,向管理要效益。系统扩容改造提出通过现有气化装置增加投煤量以提高合成气生产能力,初步分析了气化系统、净化合成系统设备处理能力与扩容后的匹配性,以及所需的改造。     

基于换热网络集成的二甲苯分离精馏塔参数优化

精馏是化工过程中重要的耗能设备,其产品温度的改变将影响换热网络的集成.针对二甲苯分离吸附的实际生产过程,利用复合曲线系统分析精馏塔DA604塔压增大至170kPa及230kPa后塔顶和塔底产品流股温度改变对换热网络的集成和公用工程消耗量的影响,可实现精馏塔操作与换热网络的同步集成,相较与之前只考虑流股温位对换热网络的影响更加全面.结果表明,该精馏塔的塔压由110kPa增至170kPa时,系统的冷却公用工程用量增大1765.0kW,加热公用工程量减少1948.5kW,无需消耗加热公用工程;压力由110kPa增加至230kPa时,系统冷却公用工程用量增大4964.1kW,加热公用工程用量节省共计8172.4kW,此时加热公用工程用量减小为0且可在高温段向外界供给6223.9kW热量.该分析结果与夹点法的计算结果相同,由该结果可得普适性结论,当精馏塔塔顶塔底出口物流均为源时,增大塔压,系统加热公用工程减小,冷却公用工程增加,整体上有利于系统的节能.     

合理调度优化生产

化工生产是一个系统工程。搞好生产优化就是通过合理调度 ,使生产系统处于最佳运行状态。中原石油化工有限责任公司的生产系统是由储运车间、裂解车间、聚乙烯车间、聚丙烯车间、公用工程等五个子系统组成。为了使系统处于最佳运行状态 ,必须协调好各子系统之间的关系 ,采取理论和实践相结合、定性与定量相结合、总体和局部相结合的方法 ,对化工生产过程进行工艺与经济计算 ,通过合理调整工艺参数、生产负荷 ,实现生产的优化设计、优化操作、优化控制和优化管理。1　原料配置优化中原石油化工有限责任公司原料来源复杂、质量差别较大 ,因此…     

酮苯脱蜡装置节能减排一体化

对企业的能量系统进行集成优化,可以提高能源的利用效率,并同时减少装置的用水量和CO2的排放量。本文针对某酮苯脱蜡装置,对其现行的换热网络进行了夹点分析,提取了物流数据,找出了用能不合理之处和装置的能量目标,通过计算获得该装置的节能潜力为4228.3 kW。考虑该装置实际的状况,提出对部分物流进行重新匹配的热集成优化方案,结果表明可分别节约1456.4 kW的加热公用工程和524.2 kW的冷却公用工程。对优化后方案进行的经济性分析显示,该方案每年可节约278.5万元的能量费用、减少0.3万吨污水和9078.2吨CO2的排放。对酮苯脱蜡装置进行一体化的优化可以降低能耗和成本,本文提出的优化方案对相关装置的节能减排也具有一定的指导作用。     

考虑多对耦合源阱的氢网络优化方法及其应用

在氢网络中,氢源氢阱通常连接于同一个耗氢反应器,为耦合源阱;反应器操作参数的改变影响该耦合源阱参数。在同一个氢网络中可能存在多对耦合源阱,考虑多对耦合源阱的氢网络优化能够进一步为炼厂降低氢耗,提高经济效益。通过分析氢网络的公用工程与多对耦合源阱的关系,推导确定了公用工程迁量与反应器耗氢以及耦合源阱之间的方程。据此建立了耗氢反应器参数和氢网络图像集成优化方法。案例研究表明,该方法简单、容易理解,能够直观给出公用工程迁量与反应器进口温度之间的关系。     

Reliability issues in the design and optimization of process utility systems

The reliability of process utility systems is a prime consideration for both their design and operation. This paper combines the optimization of utility system performance with reliability theory based on Markov analysis. Operation mode is first to be considered, e.g. hot standby, cold standby, load-sharing, etc. Downtime during start up has been considered for the first time. When optimising the working load, the downstream processes are also considered, so as to minimize the total penalty cost due to shutting down of the units serviced by the utility system. The proposed methodology combines the operation and design problems and optimizes them simultaneously.     

Simultaneous design and operation optimization of renewable combined cooling heating and power systems

Combined cooling, heating, and power (CCHP) systems are promising solutions for conserving energy and reducing emissions. This article proposes a new mixed-integer linear programming (MILP) model for simultaneous design and operation optimization of a renewable CCHP system, considering component nonlinear operating characteristics and performance degradation with time. A bi-objective MILP problem is solved to achieve a trade-off between total annual cost (TAC) and greenhouse gas emissions (GHGe). A case study of a commercial region is employed to demonstrate our proposed methodology. The results shows, in comparison with conventional cost minimization, our solution features a tardy increase of 12.8% in TAC and a sharp reduction of 75.5% in GHGe. Moreover, we find that ignoring performance degradation leads to an over-estimation of 2.3–13.7% in system economic performance. The proposed methodology provides an effective and flexible framework for optimal design and operational analysis of renewable CCHP systems.     

CO2跨临界热泵系统热力性能提升与经济性分析

CO₂跨临界热泵系统热力性能优化,往往其设备的初始投资成本会增加,在设备生命周期内其对总体费用的影响不明确。本文建立了常规CO₂跨临界热泵系统（BASE）、CO₂双级压缩热泵系统（TSCHPS）和CO₂/CO₂机械过冷热泵系统（MSHPS）的热力学与经济学模型,其中在经济学模型中定义了综合考虑设备初投资及运行费用的目标函数,研究了3种热泵系统在小温差风机盘管、地暖以及暖气片作为散热终端下热力性与经济性之间的关系,讨论了系统升级后的生命周期经济性变化。研究结果表明：在3种散热终端的系统名义工况下,TSCHPS、MSHPS的能效比（COP）均比BASE系统提升15%以上,但其生命周期经济性却不一定得到改善;BASE系统热力性与经济性之间相互关联,TSCHPS、MSHPS的热力性与经济性之间关联性不强;系统升级后的经济性变化与蒸发温度及供热量有关,给出了3种散热终端下不同应用范围内经济性最优系统。     

卷式反渗透海水淡化系统膜清洗与更换策略优化

膜污染是导致反渗透海水淡化(seawater reverse osmosis,SWRO)系统操作成本增加和产水性能下降的重要因素。为了降低系统运行操作成本,本文针对卷式SWRO系统提出了一种新的膜清洗与更换策略优化方法。首先,根据反渗透和膜污染过程机理建立了膜污染情况下的SWRO系统性能模型;然后将生产过程中的总操作费用与膜清洗和更换规划联系起来,建立了以系统日均操作费用最低为目标、以膜清洗次数、膜清洗和更换时间等为寻优变量、以开放式方程模型为约束的优化命题,并通过联立求解等技术使得原本复杂的优化命题可快速方便地求解;在此基础上对SWRO系统进行了实例研究和分析。优化求解结果表明:(1)本优化策略可以大幅降低系统操作费用,并同时获得最佳膜清洗和更换时间以及膜清洗次数;(2)进料海水温度对最优膜清洗和更换策略影响很大,固定周期的膜更换策略并不合适。另外本优化方法还可得到不同条件下最优操作费用组成、以及最优目标下最优操作压力和操作流量曲线等信息,对优化SWRO系统运行和深入分析系统内部状态变化具有重要意义。     

天然气水合物开采平台能量系统优化

随着世界各国对能源需求量的不断增加，急需新型能源来补充常规化石燃料的供给，天然气水合物因其分布广泛、能量密度高等特点或将成为未来主要替代能源之一。CO₂置换开采相对于其他方法可以将温室气体CO₂封存于海底，环境效益更加明显；其次天然气水合物海上开采平台通常兼具生产和生活为一体，采用经济合理的能量设备运行方案可以有效降低平台运行成本，提高经济效益。如今随着海上风电的不断开发，将海上风力发电引入海上平台的能量系统引起了越来越多的关注。本文以天然气水合物开采平台耦合甲烷重整装置的能量系统为例，以最低年总成本为目标函数建立新的能量系统优化模型，分别模拟无风能接入和有风能接入的分布式能量系统，采用MATLAB建模，利用商业求解器GUROBI进行求解，得到最佳设备运行方案，并对有风能接入的能量系统运行方案进行详细的分析。结果显示接入风能后系统的年总成本降低了21.92%，天然气消耗量降低35.41%。此外，通过灵敏度分析发现风能的最佳占比受天然气价格的影响，基于我国当前的天然气的价格，风能的最佳比例为49.56%，随着天然气价格的增加，风能的占比逐渐增大。     

基于经济模型预测控制的金氰化浸出过程动态实时优化

针对金氰化浸出过程时间常数大、不确定性强等问题,提出了一种基于经济模型预测控制(EMPC)的动态实时优化方法。不同于传统的模型预测控制,EMPC将经济指标直接作为滚动优化的目标函数,在每个采样时刻求解滚动窗口内的最优操作序列。和稳态优化方法相比,基于EMPC的方法能保证动态最优性,提高经济收益。此外,金氰化浸出过程受随机噪声、未知参数可变等不确定性影响,提出使用扩展卡尔曼滤波(EKF),通过构造增广系统对状态变量及不确定参数进行在线同步估计,加强EMPC的准确性和可靠性。仿真结果表明,提出的EMPC+EKF策略能有效提高金氰化浸出过程的经济性能。     

戊烷油精馏设计优化

精馏塔操作法蒸馏戊烷油回收异戊烷、正戊烷是对传统蒸馏法工艺技术的优化和创新。通过对不同结构精馏塔的比较,筛选出最佳设计,并对其流程进行了简述。该精馏塔可以降低操作难度,同时降低设备成本,符合经济的原则。     

热集成变压精馏分离乙二胺-水共沸体系的模拟优化

针对乙二胺-水共沸物组成对压力较为敏感的特性,采用部分热集成变压精馏工艺分离该共沸物。先利用Aspen Plus软件对该工艺进行稳态模拟,再以理论塔板数、进料位置、回流比为优化变量,水和乙二胺的纯度为约束,以年度总费用（total annual cost,TAC）为目标函数建立乙二胺-水共沸体系分离系统的优化设计模型。采用列队竞争算法对该分离过程主要工艺参数进行优化,得到了变压精馏分离乙二胺-水体系的最佳工艺操作参数及设备参数。模拟结果表明,利用算法对多变量进行同时优化可得到更具经济效益的分离系统,与传统优化结果相比,可降低TAC约7.31%。在此基础上,对高压塔的操作压力进行优化分析,将其由2atm提升至4atm（1atm=101325Pa）,并对流程其他参数进行优化,可显著降低TAC约24.62%。进一步,采用部分热集成比普通变压双塔精馏降低TAC约21.87%     

Synthesis of tri-generation systems: Technology selection,sizing and redundancy allocation based on operational strategy

Tri-generation system is a facility which produces heat, power and cooling simultaneously from a single fuel source. In the industry, such system is commonly operated via two strategies; Following Electrical Load (FEL) or Following Thermal Load (FTL). However, these operating strategies may lead to huge amount of energy that is wasted. In this respect, several works have proposed a switching strategy, whereby tri-generation systems would interchange between FEL and FTL modes depending on energy demand. Unfortunately, the design of tri-generation based on this strategy has received limited attention. Besides, tri-generation operations often face challenges in equipment reliability. As tri-generation systems contain a network of interconnected equipment, equipment failures would disrupt the overall performance of a tri-generation system. As such, this work proposes a novel systematic optimisation approach to design a robust tri-generation system which can operate optimally in its operating strategies. In addition, the proposed approach can simultaneously determine type, size and required equipment redundancy (e.g. operating and standby units) of technologies while considering operating strategies in a tri-generation system. A palm biomass-based tri-generation system (BTS) case study is solved to illustrate the proposed approach.