作為化工過程中的耗能大戶,制冷系統(tǒng)具有復(fù)雜的集成網(wǎng)絡(luò)和密集的能量分布。因此,制冷系統(tǒng)合成和優(yōu)化對于化工過程節(jié)能降耗具有重要意義,并且是一項具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)工程工作。本研究基于數(shù)學(xué)規(guī)劃法,提出了一個用于解決連續(xù)化溫度等級(級個數(shù)、級溫度、級負荷)下多級制冷系統(tǒng)合成模型。該方法主要分為四步:(1)建立一個可以描述制冷系統(tǒng)內(nèi)所有可能連接關(guān)系的超級結(jié)構(gòu);(2)以制冷系統(tǒng)壓縮機總軸功消耗最小為目標,將模型轉(zhuǎn)化為一個混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型;(3)求解模型,獲得制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和最優(yōu)操作條件;(4)模型驗證,將解得的模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)在Aspen Plus中進行嚴格模擬驗證。區(qū)別于之前已有研究中制冷溫度等級以經(jīng)驗法或離散方式優(yōu)化給出,本研究實現(xiàn)了制冷等級的連續(xù)優(yōu)化,使得制冷溫位和制冷負荷與過程系統(tǒng)的冷負荷需求合理匹配。在研究過程中,通過有效能分析評價制冷系統(tǒng)有效能利用效率和驗證節(jié)能效果;使用“拓展的轉(zhuǎn)運模型”描述在連續(xù)化溫度等級下制冷系統(tǒng)的換熱過程,實現(xiàn)換熱網(wǎng)絡(luò)和制冷系統(tǒng)的同時優(yōu)化。使用本研究提出的方法,對實際工業(yè)乙烯裝置中的乙烯制冷系統(tǒng)進行優(yōu)化合成,獲得的最優(yōu)結(jié)果表明:采用溫度等級連續(xù)化尋優(yōu)的方式可以使制冷系統(tǒng)與過程系統(tǒng)溫位和負荷更加匹配,壓縮機總軸功消耗降低了8.08%,并通過Aspen Plus嚴格穩(wěn)態(tài)模擬驗證了其可行性和一致性,表明該方法行之有效。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ051.5
【部分圖文】：

2圖 1-1 制冷系統(tǒng)、換熱網(wǎng)絡(luò)和過程系統(tǒng)聯(lián)系示意圖[4]ractions among the refrigeration system, heat exchange network系統(tǒng)。過程系統(tǒng)通常指的是構(gòu)成一個化工生產(chǎn)過程同品位和數(shù)量的能量需求，有過程冷流股和熱流股為過程熱流股，需要被加熱的流股稱之為過程冷流決定了過程冷熱流股不同的冷量或熱量需求，因此過設(shè)計合成。同時，換熱網(wǎng)絡(luò)的合成，即流股間進行合用效率。網(wǎng)絡(luò)。換熱網(wǎng)絡(luò)指的是由冷熱過程流股和冷熱公用交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化將會影響冷息，從而影響整個系統(tǒng)的能耗。因此設(shè)計好換熱網(wǎng)絡(luò)

圖 1-2 單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)：(a)流程圖；(b)壓焓圖-2 A simple vapor-compression cycle: (a) Flow diagram; (b) Pressure-enthalpy diagra制冷循環(huán)需要在更低的溫度下進行操作時，通常需要使用復(fù)疊式制冷系疊式制冷系統(tǒng)通常由兩個或者更多的制冷循環(huán)組成，每個循環(huán)都使用一一個簡單的復(fù)疊式制冷循環(huán)如圖 1-3 所示。低溫循環(huán)在 1-2 之間吸熱，凝熱在 3-4 之間釋放給高溫循環(huán)。高溫循環(huán)在以冷劑蒸發(fā)的形式吸收來環(huán)移除的熱量，對應(yīng) 5-6，這個溫度等級要比 3-4 溫度等級更低。最后環(huán)再將熱量移除給其他熱肼，對應(yīng) 7-8 的過程。

圖 1-2 單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)：(a)流程圖；(b)壓焓圖Fig.1-2 A simple vapor-compression cycle: (a) Flow diagram; (b) Pressure-enthalpy diagram當(dāng)制冷循環(huán)需要在更低的溫度下進行操作時，通常需要使用復(fù)疊式制冷系統(tǒng)。一個復(fù)疊式制冷系統(tǒng)通常由兩個或者更多的制冷循環(huán)組成，每個循環(huán)都使用一種冷劑。一個簡單的復(fù)疊式制冷循環(huán)如圖 1-3 所示。低溫循環(huán)在 1-2 之間吸熱，然后將冷凝熱在 3-4 之間釋放給高溫循環(huán)。高溫循環(huán)在以冷劑蒸發(fā)的形式吸收來自低溫循環(huán)移除的熱量，對應(yīng) 5-6，這個溫度等級要比 3-4 溫度等級更低。最后，高溫循環(huán)再將熱量移除給其他熱肼，對應(yīng) 7-8 的過程。
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本文編號：2880896