公用工程系统能量集成综合优化方法课件.pptVIP

b.剩余热负荷途径优化图7不同途径的经济效益比较*二、过程全局夹点分析与超结构MINLP相结合的能量集成最优综合法①全局夹点分析与MINLP优化相结合的方法②公用工程换热网络超结构③公用工程换热网络的超结构最优综合MINLP模型④应用实例*二、过程全局夹点分析与超结构MINLP相结合的能量集成最优综合法对公用工程对子系统之间的能量集成联合优化,目前多采用传统的分步优化法,即将整体问题分解,依次进行各子系统的设计,因而很难实现总体系统的优化匹配。Linnhoff和Zhu等人将单过程夹点分析进一步扩展到全过程的夹点分析和能量集成,可以得到全局热回收的潜力和目标,但不能给出具体的匹配方案；Grossmann等人基于线性化分解算法提出了超结构混合整数非线性规划(MINLP)综合策略,可以进行各子系统的同步热集成联合优化,但超结构中可能的组合方案太多而难于求解。而对于现有过程的扩产节能改造,成熟的优化设计方法亦不多见。将过程全局夹点分析与过程热集成超结构MINLP法相结合,使用基于全局夹点分析的公用工程与过程热冷物流产用汽换热网络热集成联合优化的超结构MINLP方法进行过程改造可得到明显的节能效果和经济效益。*①全局夹点分析与MINLP优化相结合的方法a.全局过程夹点分析单过程夹点一个过程中可能有许多需要冷却的热物流和需要加热的冷物流,由夹点技术可建立单过程的复合曲线和总复合曲线。总复合曲线可以指出过程内部物流换热后所需的最小冷、热公用工程负荷,即剩余的热源和热阱。*****多过程全局夹点对于多个过程,由于各过程的夹点位置一般不同,可将各过程的剩余热源和热阱分别组合到一起,得到全局温焓分布图,它表明热源部分的剩余热量和热阱部分的需求热量。可考虑用某些过程的热源部分产生高、中、低压(HP,MP,LP)蒸汽,加热另一些过程的热阱部分,从而构成过程物流产用、汽的换热网络（公用工程换热网络）和全局公用工程分布曲线。由全局公用工程分布曲线,可以看出冷热物流少用和多产各级蒸汽的潜力,为公用工程换热网络的优化匹配提供了目标。****同过程夹点一样,全局夹点表示了全局热回收的瓶颈。全局夹点可以直观的判断全局用能水平,它位于公用工程之间不再可能产生重叠的部位,而不是冷、热温焓曲线相交的位置,全局夹点随公用工程等级选择的变化而变化。全局夹点分析用于过程节能改造可以直观地分析热回收(产汽)量、过程加热用公用工程耗量、热功联产的可能功量等能量集成目标,但不能给出过程物流与公用工程之间产用汽匹配换热网络具体方案,而且这些方案不是唯一的,各方案之间有很大差别甚至可能相互矛盾和制约,需要进一步寻求最优方案。*①全局夹点分析与MINLP优化相结合的方法b.全局夹点分析与MINLP相结合的最优综合策略可以将全局夹点分析与混合整数非线性规划法相结合,即根据全局夹点分析得到的目标和结果提出过程全局能量集成改造的各种可行的和较优的方案,建立包含这些可能方案的能量集成超结构,并建立描述超结构的MINLP模型。将过程综合的联合优化和能量集成问题归结成一个纯数学的规划问题,采用优化方法寻找最优解。这样不仅满足过程全局夹点分析所规定的能量回收及热功集成等原则和目标,而且超结构中所包含的都是较好的可行方案,控制了问题的规模,避免了组合方案爆炸的困难,可以充分发挥两种方法的优点,克服各自的缺点,获得能耗或年度费用最小的改造方案。*②公用工程换热网络超结构在过程内部热、冷物流匹配换热后,还有些热物流可副产蒸汽或由原来产低等级蒸汽改产高等级蒸汽；有些冷物流需要用蒸汽加热或原来由高等级蒸汽加热改为低等级蒸汽加热。因此,热冷物流与各等级公用工程之间的换热网络超结构应包含各种可能的匹配方案,如图1所示。*②公用工程换热网络超结构图8公用工程换热网络超结构*若公用工程共有新汽、高压、中压和低压（VHP,HP,MP和LP）4个蒸汽等级和一个冷公用工程等级（CW）,且温位已知,则热物流Hi在冷却降温过程中可产生VHP,HP,MP和LP蒸汽,最后被冷却水CW冷却；冷物流Cj的升温过程可用LP、MP、HP和VHP依次加热。这样的超结构就包含了各种可能的产汽、用汽换热网络匹配方案。对每个换热单元设置一个表示其取舍的0-1变量z,若该换热器存在z取1,否则取0。*②公用工程换热网络超结构对实际的网络改造问题,可从全局夹点分析和热力学可行性出发,对公用工程