修乃云[1]2000年在《全局系统能量集成方法研究》文中指出本论文根据全局系统用能优化对于过程工业实现能源节约、清洁生产体系的重要意义，及这类包括热功系统在内的能量集成问题的研究现状和发展趋势，使用单过程热功集成成熟的方法—夹点分析和数学规划对全局系统能量集成问题进行了深入系统的研究，针对全局系统能量集成的三种不同情况—全局改造、全局扩充和全局基础设计，分别提出了系统的分析方法，并应用工程实例验证了方法的有效性。本论文的主要工作分为以下几个方面： 1．所谓全局系统能量集成是指在各生产过程换热网络综合的基础上，通过安排过程之间的热量交换，合理配置热机作功和背压蒸汽加热的关系，以使全局系统总能耗最小。热功集成在全局能量集成中是一种限制，为快速、有效地解决这个问题，把单过程热功集成成熟的方法—夹点分析方法和数学规划方法结合起来，吸取各自的优点，扩展应用于全局系统能量集成，发展了全局系统能量集成的方法及相应的策略。 2．本文结合单过程夹点分析的加/减原则，建立了全局系统能量集成的分析原则—全局系统加/减原则和负荷移动原则，为：①在全局夹点上方，任一等级蒸汽产生增加或蒸汽需求减少将导致燃料节省，同时，联产功潜力减少；在全局夹点下方，任一等级蒸汽产生增加或蒸汽需求减少将导致联产功潜力增加，而燃料消耗不变。②如果蒸汽负荷移动涉及的蒸汽等级在全局夹点相同一侧，则联产功潜力增加；如果蒸汽负荷移动涉及的蒸汽等级是形成全局夹点的蒸汽等级，则燃料节省，同时联产功潜力减少。应用这些原则，可以快速、有效地在全局各工艺过程之间与公用工程之间的相互影响中来判断过程和公用工程改进最终是如何影响全局燃料消耗和联产功的。 3．本论文基于建立的全局系统能量集成分析原则，提出了全局系统能量集成改造和扩充的系统分析方法。针对改造问题，可以帮助工程师在早期的概念设计阶段确定改造的范围和筛选主要的方案，明确指导全局过程改进，达到燃料节省和联产功增加的目标。针对扩充问题，从全局系统整体出发，提出了三种策略，有助于改善全局系统的经济性。 大连理工大学博I：学位论义 4．本文针对全局能量集成的基础设计问题，考虑了多种操什俏况。首先仲 用全局夹点分析方法，同时考虑所有操什工况，为帆定蒸汽管网在梢个操作过 程中最优。然后建立在蒸汽等级之间的透平网络的超结构，进而川数学模刑来 描述这种超结构，为应川数学规划方法求解该类问题，｝1卜了良奸的其加［。 综上所述，本沦文对全局系统能量集成的方法和策略进行了较为系统的研 究，把单过程夹点分析成熟的方法批广应用丁全局系统，伎其在理论和应IH上 取得了一定进展。
刘贤荣[2]2011年在《过程用能系统集成优化方法研究》文中提出过程用能系统作为生产过程中的主要耗能系统,对其进行优化改造,对过程工业降低能耗、节约成本有重要意义。在对过程系统能量集成优化方法研究当中,本文主要对顶层分析法和跨装置能量集成法进行研究。过程系统的节能改造可能减少蒸汽的用量或增加余热回收产汽量,这将打破原有公用工程系统的平衡关系,产生剩余蒸汽热负荷。利用顶层分析法可以分析剩余蒸汽热负荷的最佳转化途径,使公用工程系统达到有效节能。而本文主要依据在保持产／用功平衡的条件下,从最差途径开始减少蒸汽流量来增加最佳途径做功量,在现有的基本理论基础上做进一步的改进,推导出一系列实用的计算公式,进一步完善顶层分析法在复杂公用工程系统中的节能计算。运用改进的顶层分析对具体的实例进行优化分析。其优化结果表明,改进的顶层分析法对复杂的全局公用工程系统的优化改造是有节能效果的。在全局夹点技术的基础上,本文还使用跨装置能量集成法应用于用能系统进行优化节能研究。跨装置间的能量集成又分为直接能量集成与间接能量集成或无助热传递与有助热传递。本文重点研究较为复杂的间接能量集成和有助热传递对整个系统的节能作用。研究分析表明间接能量集成其总的节能量要比使用直接能量集成所能得到的最大节能量要少。对于两装置两夹点之内的换热,一般情况下对整个换热系统是节能的。但是若出现跨装置两夹点之外换热的情况,这时就应该考虑是否使换热继续下去。本文对两装置间两夹点之外的热传递进行研究,并使换热系统尽可能实现最大节能量。若是在两装置间两夹点之上或之下区域,在同一温位的情况下,同时出现热源与热阱区块。在理想的条件下,两区块之间是可以进行热传递的,对整个换热系统是节能的。但是在对具体案例的分析当中,发现有些案例尽管在两夹点之上的区域出现了热源,具备了有助热传递的条件,但是对系统进行跨装置有助热传递与无助热传递相比,对系统的节能效果是一样的,并且还额外地造成公用工程的消耗。
孙晓静[3]2005年在《基于Aspen技术和随机搜索算法的化工过程能量集成方法的研究》文中研究指明能量集成是以合理利用能量为目标的全过程系统综合问题,它最大程度利用工艺流股间的热交换,减少外加公用工程负荷,从总体上考虑过程中能量的供求关系以及过程结构、操作参数的调优处理,达到全过程系统能量的优化综合。 夹点技术和化工软件AspenPlus在化工能量集成中应用广泛,但夹点技术实现的优化目标是能耗最小,而不能实现费用最小的真正最优化。为此,本文提出了将AspenPlus的工程分析方法与遗传算法(Genetic Algorithm以下简称GA)及模式搜索(Pattern Search以下简称PS)的软计算相结合,以过程费用函数为优化目标的能量集成新方法,并以工业实例证明了该方法的有效性。本文主要研究内容如下: (1)利用以夹点技术为基础的针对大型复杂过程系统用能的诊断和调优策略,对全过程进行用能分析,分析判断出用能欠佳的流股及用能设备,根据“过程用能一致性”原则提出改变塔压或加设中间再沸器的改造方案; (2)应用AspenPlus的灵敏度分析得到精馏塔操作各参数之间的数学拟合方程,并在随机搜索算法——遗传算法(Genetic Algorithm)及模式搜索(Pattern Search)中设计费用函数,提出了将Aspen技术与随机搜索算法相结合的,以过程费用函数为优化目标的能量集成新方法; (3)通过提高塔压实现了利用塔顶冷凝热负荷作为塔底再沸器热源的能量集成,并应用于工业实例——气体分馏装置,证明了该集成方案的有效性。在优化过程中分别应用了由工程可行性分析角度出发的AspenPlus和软计算数学建模非线性随机搜索方法(GA,PS),两种方法均实现了能量集成,并取得了较一致的优化结果; (4)建立了以AspenPlus为平台的精馏模拟环境,采用塔顶冷凝热负荷作为中间再沸器热源的方案实现能量集成,应用于工业实例——干气制乙苯分离装置,取得了比较理想的优化结果。其中,详细分析了AspenPlus中各模块及物性方法的选用,以及中间再沸器热负荷和位置的确定。
都健[4]2004年在《考虑能量集成与柔性的用水网络设计方法研究》文中指出水和能量在过程工业的发展中占有极其重要的地位。水是可持续发展的关键因素，并将成为21世纪全球资源和环境的首要问题。目前能量集成技术相对比较成熟，已经在实际过程工业中得到了较为广泛的应用。质量集成技术起步较晚，但在理论研究上也取得了一定的进展。而水网络是一种特殊的质量交换网络，由于水资源的逐年匮乏和环境污染的日趋严重，水网络的研究引起了普遍关注。但在水网络设计中同时考虑能量集成却很少见报道，并且现有的研究方法仅限于单杂质系统，能量集成仅局限于水网络内，同时并没有实现真正意义上的用水与用能同时最小化；并且在水网络的设计中没有考虑柔性分析，不一定能够保证水网络结构的稳定性。在这种背景下，本论文对多杂质系统考虑能量集成和柔性的用水网络的优化设计进行了尝试。在全面分析水网络集成和能量集成以及过程工业柔性分析的研究现状和发展趋势基础上，对其过程集成方法进行了深入的研究，以期对过程工业的节水、节能提供一定的理论指导。本论文的主要研究内容有： (1)对于过程工业中用水和用能同时最小化的多目标优化问题，本文采用目标分层法的思想进行优化，即分步优化法。首先把用水量最小化看作重要的目标，用夹点分析法或数学规划法求解优化的水网络结构；然后在这一目标的最优解下进行全过程系统的能量集成，最后求得考虑能量集成的优化的用水网络结构。该方法不仅可以应用于单杂质系统，也可以应用于多杂质系统；且能量集成不局限于水网络内，可以在整个过程系统中进行，使能量的综合利用更加合理。采用文献上的实例进行了验证。 (2)以上用水与用能分步优化的设计方法，通常不能保证实现真正意义上的用水与用能同时最小化。数学规划因具有同步优化和同时处理多目标权衡的优点成为同步设计的有效方法。由于工业生产中水网络和能量网络之间存在着交互性，且考虑能量集成的水网络设计数学规模较大，因此水网络设计中用水与用能同时最小化成为研究的难点和热点。本文在以上分步优化方法的基础上，利用数学规划，以系统用水与用能的总费用为目标函数，将多目标优化问题转化为单目标优化问题，利用进化算法一模拟退火和遗传算法的混合算法在较大的一个范围内搜索，实现用水与用能的同步优化设计。该方法同样可以用于多杂质系统，也是该方法的特点之一，且能量集成可以在全过程系统内进行，与分步设计法的优化结果比摘要(3)(4)较说明同步优化设计法是更为准确和有效的。为了求解用水网络优化设计所形成的非凸NLP问题或混合整数NLP问题，本文开发了自适应模拟退火遗传算法，为了提高运算速率，减小运算规模，在多杂质水网络设计这一问题上，对该算法的评价函数进行了改进，即在保证准确的基础上尽量减少变量的维数。它克服了确定性算法由于数值奇异找不到可行解而收敛困难或容易陷入局部最优的局限性，自适应调整步长和温降的策略提高了算法的运算速度和稳定性，并且遗传算法的加入弥补了其内层由于具有历史遗忘性难以实现全局优化的不足。经过对非凸NLP问题的测试，表明该算法在收敛速度、以更大概率获得全局最优解方面具有良好的性能。该算法与用于能量集成的遗传模拟退火算法的结合应用，使过程工业用水与用能实现同步优化设计成为可能。在水网络设计中考虑能量集成的基础上，对现有水网络进行了柔性分析;或者在水网络的设计中考虑柔性设计，以保证在水网络操作参数发生变化时，水网络结构具有一定的稳定性，使水网络的设计更接近实际过程工业的需要。
修乃云, 滕虎, 尹洪超, 姚平经[5]2000年在《应用全局夹点分析的加/减原则改善全局能量集成》文中认为单过程夹点分析的加／减原则是根据系统的能量目标来指导工艺过程改进以提高热回收的指导性原则，类似于单过程的加／减原则，使用全局组合曲线、全局公用工程总组合曲线，建立全局夹点分析的加／减原则，用来指导全局中各个过程和公用工程改进以减少全局燃料消耗或增加联产功目标，这对于指导全局能量集成改善有重要意义；文中的应用实例证明了这一点。
尹洪超, 李振民, 邱庆刚, 崔峨[6]1999年在《多过程与蒸汽系统能量集成的全局温焓曲线夹点分析法》文中研究表明对多个过程装置与蒸汽动力系统采用全局温焓分布曲线的夹点分析法进行全局能量集成与综合．在实现各过程内部热量交换的基础上，进行各过程之间的剩余热阱和热源与蒸汽动力系统的全局能量集成，包括废热回收、热功联产、蒸汽系统设计和透平网络综合．应用算例表明，通过合理权衡与调优，全局系统的能耗与排放具有明显下降
钱新华, 孙晓静, 王克峰, 董宏光, 姚平经[7]2007年在《基于模拟分析技术和随机搜索算法的化工过程能量集成方法研究》文中研究指明夹点和模拟分析技术已在化工能量集成中广泛应用。今以夹点技术为基础,对化工过程系统用能进行诊断,根据“过程用能一致性”原则提出能量集成改造方案,通过改变塔压实现塔顶冷凝器与塔底再沸器的热集成多效蒸馏。夹点技术实现的优化目标仅是热回收最大或公用工程能耗最小,不能实现包括设备整体费用最小的过程全局最优化。研究基于模拟技术,通过灵敏度分析,得到精馏塔各操作参数的样本映射数据,通过多项式拟合得到参数关联方程,并在遗传算法及模式搜索中设计过程费用函数,提出了将模拟分析技术与随机搜索算法相结合的,以过程费用函数最小化为优化目标的能量集成方法。工业实例的成功设计应用证明了其有效性和可行性。
徐增花, 李振民[8]2001年在《过程全局能量集成方法的研究进展与展望》文中提出全面系统地总结了过程全局能量集成的研究现状 ,剖析了全局能量集成的夹点分析法和顶层分析法 ,指出全局夹点分析法用于过程全局能量集成将具有深远的工业应用前景
田婷婷[9]2011年在《多杂质体系水和能量同时最小化研究》文中进行了进一步梳理伴随着全球经济的飞速发展和社会的进步,人类为之付出了巨大的物质资源和环境被严重破坏的代价。面对两者之间的矛盾日趋尖锐,各国政府已将解决能源危机和环境污染问题提上日程,我国也在“十二五”规划纲要中提出要建设成为一个资源节约型、环境友好型的社会。质量交换网络综合和换热网络综合是化工系统工程学的两个重要分支,它们可以有效地降低化工生产中对资源的需求。由于水资源的严重污染和浪费,用水网络作为一种特殊的质量交换网络从20世纪90年代开始得到广泛关注。目前对于用水网络的设计比较成熟,而且不断趋向于对多杂质体系用水网络的研究,但是同时考虑能量集成的研究仍相对较少且对问题的描述复杂、求解过程繁琐。基于这种研究背景,本文在分析多杂质用水网络集成和换热网络集成研究现状和发展趋势基础上,分别对具有能量集成的多杂质用水网络进行了分步、同步综合设计并考虑了用水网络系统外的能量同步集成,综合得到最小的网络年度总费用,以期对工业“节能减排”提供理论依据。本论文的主要研究内容有：(1)对于具有能量集成的多杂质用水网络本文采用目标分层的思想进行分步设计。根据基于超结构的数学规划法分别建立了多杂质用水网络和换热网络两个子系统的非线性规划(NLP)数学模型。首先获得以新鲜水用量最小为目标函数的最优用水网络结构；然后在此基础上以换热网络的年度总费用最小为目标函数,以分流分级非等温混合的换热方式进行用水网络系统内的能量集成,获得最优的换热网络结构；最后通过综合优化得到的两个子网络来确定系统的最小年度总费用。通过对文献中两个实例的求解验证本方法的可行性。(2)本文针对分步设计方法无法保证真正意义上的用水和用能同时最小化,对具有能量集成的多杂质用水网络同步设计开展了进一步的研究。数学规划法具有可以同时处理多目标问题及同步优化的特点,因此本文采用该方法建立以整个系统年度总费用最小为目标函数的NLP数学模型。采用自适应模拟退火遗传算法在构成所有优化变量完整的解空间基础上进行同步搜索,从而确保解的最优性或近优性。通过与分步设计方法的优化结果进行比较,证明同步设计方法是更为准确有效的。(3)本文将用水网络的能量集成问题由只限于用水网络系统内部扩展至全过程网络。根据同步设计思想提出了包含外加换热系统的多杂质用水网络同时能量集成的超结构,并建立了以全局系统年度总费用最小为目标函数的NLP数学模型。通过求解两个实例,证明同步设计方法仍能有效解决较为复杂的问题。
修乃云, 尹洪超, 姚平经[10]2000年在《能量集成改造的全局夹点分析法》文中研究说明考虑全局中各个过程之间以及与公用工程之间的相互影响 ,扩展夹点分析法于全局系统 ,提出了一种系统的全局能量集成改造方法 .用该方法可进一步节省燃料或增加联产功 ,并应用实例证明了它的有效性
参考文献：
[1]. 全局系统能量集成方法研究[D]. 修乃云. 大连理工大学. 2000
[2]. 过程用能系统集成优化方法研究[D]. 刘贤荣. 大连理工大学. 2011
[3]. 基于Aspen技术和随机搜索算法的化工过程能量集成方法的研究[D]. 孙晓静. 大连理工大学. 2005
[4]. 考虑能量集成与柔性的用水网络设计方法研究[D]. 都健. 大连理工大学. 2004
[5]. 应用全局夹点分析的加/减原则改善全局能量集成[J]. 修乃云, 滕虎, 尹洪超, 姚平经. 高校化学工程学报. 2000
[6]. 多过程与蒸汽系统能量集成的全局温焓曲线夹点分析法[J]. 尹洪超, 李振民, 邱庆刚, 崔峨. 上海交通大学学报. 1999
[7]. 基于模拟分析技术和随机搜索算法的化工过程能量集成方法研究[J]. 钱新华, 孙晓静, 王克峰, 董宏光, 姚平经. 高校化学工程学报. 2007
[8]. 过程全局能量集成方法的研究进展与展望[J]. 徐增花, 李振民. 齐鲁石油化工. 2001
[9]. 多杂质体系水和能量同时最小化研究[D]. 田婷婷. 大连理工大学. 2011
[10]. 能量集成改造的全局夹点分析法[J]. 修乃云, 尹洪超, 姚平经. 大连理工大学学报. 2000