具有柔性拓扑结构的厂际多周期换热网络优化

针对厂际多周期换热网络优化,提出了一种考虑柔性设计的数学规划模型,旨在解决现有网络设计缺乏灵活性及无法适应生产波动等问题。该模型由两个子模型组成,第一个子模型通过厂际热集成的超结构模型优化各个周期内的换热网络结构,第二个子模型以年度总成本费用为目标函数,优化换热器面积与热负荷。在每个工厂内,所有换热器都具有共享功能,通过开闭阀门调整过程物流走向,改变网络结构以完成热量传递任务。案例测试表明最小网络年度总成本费用为210919.4 USD·a^-1,需要设置13台共享换热器,其中工厂1有6台,工厂2有4台,工厂3有3台。提出的厂际多周期换热网络优化模型具有设计灵活性高、应对生产环境变化能力强等特点,为企业提供了一种更为智能且高效的换热网络设计方法。     

Ca2+环境下水质参数变化对板式换热器铁细菌微生物污垢的影响

换热设备微生物污垢形成机制和影响因素复杂,污垢数据和规律的获取难度较大。本文采用搭建的板式换热器循环冷却水实验系统,获得了加入Ca²⁺后板式换热器冷却水铁细菌微生物污垢热阻数据,研究了加入Ca²⁺后不同运行工况下冷却水水质参数（OD、pH、电导率）的变化,进一步分析了水质参数变化对微生物污垢生长带来的影响。结果表明,加入Ca²⁺后微生物污垢热阻渐变化明显。随着低温循环冷水进口温度增加,含有Ca²⁺和铁细菌的循环冷却水OD逐渐降低,pH则逐渐升高,电导率减小,微生物污垢热阻逐渐降低;随着流体速度的增加,循环冷却水OD则升高,pH降低,电导率增大,但流速的增大同样加剧了冷却水对通道壁面的剥蚀作用,导致微生物污垢热阻随流速增逐渐下降。     

循环冷却水处理在线监控评价设备的开发

开发了一种新型循环冷却水处理在线监控评价设备,用于水处理对策在线评价、优化与核心水质参数在线监控。该装置以电厂凝汽器循环冷却水的实际流态、水质、金属材质、换热强度为基础,对换热器污垢热阻、腐蚀速率及核心水质参数(pH、ORP、浓缩倍率)进行在线实时监测,以此为依据,对水处理剂加药浓度在线评价,并实时调整。设计了监控系统硬件,包括:污垢热阻检测器、腐蚀速率检测器、自动加药装置、水质参数分析仪表和工控机等,利用Delphi7.0编制了系统软件,可完成监控参数设置、实时显示、在线控制、历史数据查询、报表打印等。该装置应用于山东兖矿集团兴隆庄电厂1号机组,实验结果表明:该装置可实时评价水处理加药方案,有效地抑制污垢热阻生长,减轻换热器腐蚀,瞬时污垢热阻 <1.5×10^-4 m²·K·W^-1,腐蚀速率<0.005 mm·a^-1,循环冷却水浓缩倍率由2倍提高到4倍,优化了水处理方案,提高了电厂经济效益。     

基于遗传算法与神经网络的费托合成负荷优化

生产负荷是大型费托合成流程的重要指标。高负荷运行不仅可以提高产能,还可以降低综合能耗。针对费托合成流程工艺复杂、最佳生产操作条件难以确定的问题,提出了以数据驱动方式破除大型费托合成流程负荷难以提高的瓶颈。以400万t·a^-1费托合成流程为研究对象,建立了负荷预测的神经网络模型,利用遗传算法优化了神经网络的权值和阈值初值,提高了模型预测准确度。再次利用遗传算法对神经网络输入变量进行全局寻优,确定了负荷最大时各项输入变量取值,优化后最大负荷提高了11.5%。针对6个输入变量的灵敏度分析表明,氢气温度与循环气流量对负荷影响较大,这2个变量在模型取值区间内变化时负荷分别改变了13.9%和13.7%,对负荷的提高提出了指导性建议。     

精细搜索策略应用于质量交换网络综合

质量交换网络是化工过程系统的重要组成部分,其优化设计对降低污染排放具有重要意义。采用启发式算法优化质量交换网络时,存在难以兼顾全局搜索和局部搜索的问题。通过分析不同精度优化参数下的优化结果,揭示了该问题的成因,并提出一种精细搜索策略用于基础算法所得结构的深度优化。该策略包含两种方法,方法1采用具有个体回代与分化的高精度强制进化随机游走算法,可保留个体结构变异能力;方法2采用确定性方法依次对多维目标函数中的每个变量进行一维搜索,具有精度高收敛快的优点。将该策略应用于焦炉气脱硫和空气除氨算例,得到的结果分别为407308 USD·a^-1和127807 USD·a^-1,经济性优于现有文献中的结果,验证了本策略的有效性。     

精细搜索策略应用于质量交换网络综合

质量交换网络是化工过程系统的重要组成部分,其优化设计对降低污染排放具有重要意义。采用启发式算法优化质量交换网络时,存在难以兼顾全局搜索和局部搜索的问题。通过分析不同精度优化参数下的优化结果,揭示了该问题的成因,并提出一种精细搜索策略用于基础算法所得结构的深度优化。该策略包含两种方法,方法1采用具有个体回代与分化的高精度强制进化随机游走算法,可保留个体结构变异能力;方法2采用确定性方法依次对多维目标函数中的每个变量进行一维搜索,具有精度高收敛快的优点。将该策略应用于焦炉气脱硫和空气除氨算例,得到的结果分别为407308 USD·a^-1和127807 USD·a^-1,经济性优于现有文献中的结果,验证了本策略的有效性。     

污垢对微管换热器用于发电系统的影响

微管换热器与常规大管径换热管的换热器相比,有较大的面积体积比,且更加紧凑,使得其在低温或余热资源发电系统中有一定的优越性.但是,由于微管更容易发生阻塞以及由于污垢热阻的产生导致其换热性能的急剧下降,又阻碍着微管换热器的推广应用.本文提出了评价微管换热器用于发电系统的污垢危害的理论模型,对微管换热器随污垢热阻增加总传热系数的下降、所耗流动驱动功的增加进行了计算,对发电系统净发电能力进行了数值模拟.同时,还讨论了发电系统中微管换热器的尺度效应以及最优换热管径的选择等问题.     

空冷凝汽器灰垢费用评估与最佳清洗周期优化

空气悬浮颗粒物易积聚在空冷凝汽器（空冷器）翅片通道内形成灰垢,其低导热性严重降低了空冷器换热性能,影响空冷机组安全性和热经济性。以灰垢造成年累计损失费用最小为目标,基于产品损失和清洗维护费,提出一种空冷器灰垢最佳清洗周期优化算法,联合冗余面积费,构建灰垢费用评估计算模型,以某600 MW直冷机组参数为例,通过现场在线监测的实验数据建立灰垢热阻的降率预测模型。实例分析表明：600 MW直冷机组最佳清洗周期为28.3 d,年均清洗8次,单位容量机组年累计灰垢费用为4528.3元·MW^-1·a^-1,2014年底全国直冷机组1.43亿千瓦计,年累计灰垢费用为6.48亿元·a^-1,与当前现场年均清洗2次工况比较,最佳清洗周期优化后可节约2868.1元·MW^-1·a^-1,全国年累计节约灰垢费用4.1亿元·a^-1。     

聚乙烯装置反应系统产能分析

根据中煤陕西公司聚乙烯装置的相关资料和数据,分析了反应系统可能存在的瓶颈,着重计算了调温水系统的撤热能力、循环气的带热能力、排料系统的排料能力及催化剂的活性,结果表明,在目前的装置条件下反应系统的最高负荷可达58. 9 t/h,主要受到调温水系统板式换热器换热能力的限制,如果需要进一步提高产能,则需要增加板式换热器换热片数量、提高原料的纯度并采用高活性的催化剂。     

泵驱动回路热管能量回收装置性能的影响因素

提出一种泵驱动回路热管能量回收装置,用于回收公共建筑空调系统排风的能量,降低处理新风的能耗,并搭建实验平台,测试该装置在两种工况下的性能,分析工质质量流量、换热器换热面积和换热器迎面风速3种因素对装置换热量、温度效率和性能系数的影响,得出质量流量、换热面积和迎面风速的最优值。结果表明,夏季工况下,质量流量250 kg·h^-1,换热面积58.0 m²,迎面风速1.8 m·s^-1时,装置的换热量为4.09 kW,性能系数为9.26;冬季工况下,质量流量300 kg·h^-1,换热面积58.0 m²,迎面风速1.8 m·s^-1时,装置的换热量为6.63 kW,性能系数为14.20。     

弓形折流板换热器动态特性试验研究

建立了可进行壳管式换热器动态特性试验研究系统,通过试验研究的方法对以水-油为换热工质的弓形折流板换热器动态特性进行了试验研究,进口流量扰动为等百分比流量特性.研究了四种流量扰动方式下水和油出口温度的动态响应.同时研究了在一定Re数下,异侧不同的流体扰动量对换热器进出口温升的影响.实验表明液液换热系统温度的动态响应时间比较长,在正负的流量扰动下,弓形折流板换热器进出口温度变化呈现线性变化,进出口温升在正负流量扰动下其变化趋势具有对称特征.     

基于实际热负荷分布的换热网络优化改造

采用非等温混合分流分级超结构,建立了基于实际热负荷分布的换热网络改造模型,以由改造费用和运行费用组成的年度化总成本为目标,并采用遗传算法进行求解。改造费用涉及现有换热器增加换热面积、配置新换热器、重新布置管道以及移动现有换热设备所产生的费用,充分考虑了原有换热网络经改造后结构的变化所引起的改造成本。在回用原有换热设备后,根据设备实际面积来计算换热网络的热负荷分布和温度分布,即基于实际热负荷分布对换热网络进行改造。案例研究表明,改造后的换热网络结构具有良好的节能效益,合理地再利用了原网络中的旧换热设备,并以较少的改造成本实现了较高的能量回收,投资回报期仅为0.43年,验证了所提改造方法的有效性和实用性。     

模拟退火算法在岩土热物性参数确定中的应用

岩土的热物性是土壤源热泵系统设计的重要参数,需要在工程地点实施热响应试验才能确定。针对现场热响应试验中恒加热功率难以保证的实际情况提出了利用模拟退火算法确定变热流状况下热物性参数的新方法。该方法以竖直U形地埋管换热器的柱热源(CSM)模型为基础,引入格林函数加快了热响应试验系统模型确定换热器进出水温度的计算速度,利用RMSE分布图解决了传热反分析中参数识别的非适定问题,保障了模拟退火算法的有效实施。在结合具体算例实施热物性参数识别的过程中,变热流情况下模拟退火算法对应的退火温度降温速度快,确定的岩土热导率和容积比热容的相对误差分别为4.1%和1.3%,而且计算了地埋管换热器的有效热阻。研究结果可为确定岩土热物性参数和指导地埋管换热器系统设计提供参考。     

具有相变的三介质换热器的分析

具有混合能源的暖通空调与制冷（heating, ventilation, air conditioning & refrigerating, HVAC&R）系统通常需要在3种或多种流体之间传递热量。三介质换热器能满足多流体换热需求,在该领域具有应用前景,其优化具有重要意义。对于具有相变的三介质换热器,现有的热阻定义不能很好地发挥作用,而最新提出的理论提供了另一种方法。本文采用分布参数法建立了翅片管三介质换热器的仿真模型,并用实验结果进行了验证。此外,还推导了三介质换热器中基于耗散的的热阻。根据传热量和理论,分析了不同结构和空气流量下的三介质换热器的换热性能。结果表明,采用基于耗散的热阻作为评价标准与采用传热量为评价标准相比,改变管路排布方式获得的优化结果不同,改变管径或风量获得的优化结果相同。以基于耗散的热阻为标准,考虑不同流体侧之间的传热和压降的匹配,以获得最佳的管路排布方式。本文的实验结果有利于制冷空调系统中三介质换热器的优化以及理论新应用领域的拓展。     

基于超声技术的沉浸式换热器强化传热研究

针对沉浸式换热器管外强化传热的问题,采用振动壁面的方式向换热器内输入超声波,研究了超声外场对沉浸式换热器内的管外流动、空化现象以及传热强化的作用。超声作用在流体中能够产生空化现象和声流的传播。其空化作用使得邻近振动面的流体发生液气相变,在远离振子的区域发生微小气泡的膨胀,换热器管外流体区域的平均气体体积分数由未加载超声时的0.01302最大增至0.01359。声流现象使得换热器管外流体的流速具有和超声波相同的脉动变化特性,呈高低速相间分布流向换热器两侧,最低速度接近0,最高速度4.93 m·s^-1,平均流速由0.0248 m·s^-1增至0.102 m·s^-1,超声作用效果显著。在空化和声流的双重作用下,换热管外表面湍动能均值由2.090×10^-4 m²·s^-2增大至0.01847 m²·s^-2,表明换热管外表面流体受到扰动增强,换热管外表面对流传热系数由1634.533 W·m^-2·K^-1增大至2031.069 W·m^-2·K^-1,传热强化比率达24.26%。本研究对超声技术在沉浸式换热器内的应用具有重要意义。     

换热器网络设备面积与清洗时序同步优化

表面结垢会严重影响换热器的传热效率,定期清洗是解决该问题的主要方式.针对以往换热器网络清洗时序优化方法中用于决策的整型变量较多而难以求解的问题,提出以换热器清洗的最大允许污垢热阻为优化变量,取代表示换热器是否清洗的二进制变量,将混合整数非线性规划问题转化成非线性规划问题,能够有效地减小问题规模,降低求解难度.优化过程中兼顾换热器网络的设计型与操作型问题,采用遗传/模拟退火算法同步优化换热器的面积与清洗时序.将该方法用于一个实例,所得年度总费用与文献基本一致,验证了该方法的有效性.     

以生物质为燃料的SOFC和发动机热电联供系统：参数分析和性能优化

针对清洁高效能源转换技术需求,提出了一种以生物质为燃料的新型混合发电系统,该系统由生物质气化装置、固体氧化物燃料电池、发动机和余热回收子系统组成。采用Aspen Plus对系统进行了热力学建模,基于建模结果进行了参数分析,以确定关键参数对系统性能的影响。同时,通过ε-constraint的方法进行了效率最大和比发电成本最小的双目标优化。结果表明：随着蒸汽生物质比S/B的增加,系统发电效率从47.3%增加到50.3%;随着燃料利用率的增加,发电效率从45.5%增加到48.2%;入口生物质量和空气当量比的增加会使发电效率呈现下降趋势。在Pareto最优解的情况下,该混合系统可以同时达到系统效率为53.5%,比发电成本SEEC为0.0576 USD/（kW·h）,与标准电厂的能源成本（0.0546 USD/（kW·h））相当,而与以天然气为燃料的SOFC-发动机系统相比则降低了19.6%,说明该新型热电联供系统是一种清洁、高效、经济的能源转换技术。     

换热器壳程进出口折流区传热温差损失分析

对管壳式换热器壳程进出口折流区的传热温差作了分析,以换热器热流体与冷流体的出口温度比例α表征换热器的换热深度,探讨了换热器换热深度与长径比的关系。采用流路分析方法,对换热器壳程折流区域的传热性能进行了数学分析,并与纯逆流情况作了对比。结果表明:换热器折流区域的传热温差较逆流区域传热温差的偏离量会随α的改变而产生变化,为避免偏移量过大应控制折流区域面积占总传热面积的比例。α1时,为使传热温差偏移小于5%应使折流区域面积占总传热面积的比例小于0.6/R1 a,c。揭示了现有换热器结构大型化之后难以实现α1的原因,并给出一种可以改进传统大型管壳式换热器长径比锐减、换热深度受限的有效结构——壳程多通道结构。     

催化液态烃产品硫含量超标原因分析与控制

某炼厂3.5Mt·a^-1重油催化裂化装置液态烃的硫含量控制指标为≤20mg·m^-3。原油的重质化和劣质化,导致液态烃脱硫系统高负荷运行,抗波动能力弱,液态烃产品的硫含量持续超标。本文从催化原料的性质、催化剂活性、吸收油气比、解吸气量、碱液浓度等方面,分析了催化液态烃产品的硫含量超标的原因,通过优化系统的主要控制参数,确保了液态烃的硫含量低于10mg·m^-3,满足工业和民用液态烃的标准要求。     

中间换热器及热泵对复杂塔处理能力的影响

为了研究复杂精馏塔扩容改造,文中运用流程模拟软件及Liu与Jobson提出的面积利用率曲线(FUA曲线)研究了安装中间冷凝器、中间再沸器及热泵对复杂精馏塔处理能力的影响.由模拟及计算结果可得基础工况的FUA曲线,根据该曲线形状可以确定:当复杂精馏塔处理量增加时,哪些塔板将成为其处理能力提高时的“瓶颈”;中间换热器及热泵...