作為化工過(guò)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(duì)于化工過(guò)程節(jié)能降耗具有重要意義,并且是一項(xiàng)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(gè)用于解決連續(xù)化溫度等級(jí)(級(jí)個(gè)數(shù)、級(jí)溫度、級(jí)負(fù)荷)下多級(jí)制冷系統(tǒng)合成模型。該方法主要分為四步:(1)建立一個(gè)可以描述制冷系統(tǒng)內(nèi)所有可能連接關(guān)系的超級(jí)結(jié)構(gòu);(2)以制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)總軸功消耗最小為目標(biāo),將模型轉(zhuǎn)化為一個(gè)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(yàn)證,將解得的模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)在Aspen Plus中進(jìn)行嚴(yán)格模擬驗(yàn)證。區(qū)別于之前已有研究中制冷溫度等級(jí)以經(jīng)驗(yàn)法或離散方式優(yōu)化給出,本研究實(shí)現(xiàn)了制冷等級(jí)的連續(xù)優(yōu)化,使得制冷溫位和制冷負(fù)荷與過(guò)程系統(tǒng)的冷負(fù)荷需求合理匹配。在研究過(guò)程中,通過(guò)有效能分析評(píng)價(jià)制冷系統(tǒng)有效能利用效率和驗(yàn)證節(jié)能效果;使用“拓展的轉(zhuǎn)運(yùn)模型”描述在連續(xù)化溫度等級(jí)下制冷系統(tǒng)的換熱過(guò)程,實(shí)現(xiàn)換熱網(wǎng)絡(luò)和制冷系統(tǒng)的同時(shí)優(yōu)化。使用本研究提出的方法,對(duì)實(shí)際工業(yè)乙烯裝置中的乙烯制冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化合成,獲得的最優(yōu)結(jié)果表明:采用溫度等級(jí)連續(xù)化尋優(yōu)的方式可以使制冷系統(tǒng)與過(guò)程系統(tǒng)溫位和負(fù)荷更加匹配,壓縮機(jī)總軸功消耗降低了8.08%,并通過(guò)Aspen Plus嚴(yán)格穩(wěn)態(tài)模擬驗(yàn)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(jí)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(guò)程系統(tǒng)聯(lián)系示意圖[4]ractions among the refrigeration system, heat exchange network系統(tǒng)。過(guò)程系統(tǒng)通常指的是構(gòu)成一個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程同品位和數(shù)量的能量需求，有過(guò)程冷流股和熱流股為過(guò)程熱流股，需要被加熱的流股稱之為過(guò)程冷流決定了過(guò)程冷熱流股不同的冷量或熱量需求，因此過(guò)設(shè)計(jì)合成。同時(shí)，換熱網(wǎng)絡(luò)的合成，即流股間進(jìn)行合用效率。網(wǎng)絡(luò)。換熱網(wǎng)絡(luò)指的是由冷熱過(guò)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(huì)影響冷息，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的能耗。因此設(shè)計(jì)好換熱網(wǎng)絡(luò)

圖 1-2 單級(jí)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(jìn)行操作時(shí)，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(gè)或者更多的制冷循環(huán)組成，每個(gè)循環(huán)都使用一一個(gè)簡(jiǎn)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(lái)環(huán)移除的熱量，對(duì)應(yīng) 5-6，這個(gè)溫度等級(jí)要比 3-4 溫度等級(jí)更低。最后環(huán)再將熱量移除給其他熱肼，對(duì)應(yīng) 7-8 的過(guò)程。

圖 1-2 單級(jí)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(jìn)行操作時(shí)，通常需要使用復(fù)疊式制冷系統(tǒng)。一個(gè)復(fù)疊式制冷系統(tǒng)通常由兩個(gè)或者更多的制冷循環(huán)組成，每個(gè)循環(huán)都使用一種冷劑。一個(gè)簡(jiǎn)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(lái)自低溫循環(huán)移除的熱量，對(duì)應(yīng) 5-6，這個(gè)溫度等級(jí)要比 3-4 溫度等級(jí)更低。最后，高溫循環(huán)再將熱量移除給其他熱肼，對(duì)應(yīng) 7-8 的過(guò)程。
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本文編號(hào)：2880896