基於火用消耗費用的換熱網絡構建方法
2023-09-15 02:03:20 1
專利名稱：基於火用消耗費用的換熱網絡構建方法
技術領域：
本發明涉及一種換熱網絡構建方法。
背景技術：
換熱網絡用於回收系統中可利用的能量，減少對外部公用工程的需求，是化工、煉油等過程工業的主要組成部分之一，其設計水平高低直接決定了過程系統的能耗和經濟性。換熱網絡的優化綜合就是求解在滿足把每一股過程物流由初始溫度加熱或冷卻到指定目標溫度的前提下、具有最小的設備投資費用和操作費用的換熱器網絡結構。換熱網絡現有綜合方法基於的經濟性指標由能耗費用和設備投資費用兩部分組成，傳統方法以冷、熱公用工程的消耗來求取能耗費用，把燃料等所需的費用作為輸入條件，所設計出來的系統往往難以達到預期經濟效果，特別是在能源緊張、能源結構調整、能源價格波動(物價浮動)、低碳排放模式要求下，傳統的成本估算及設計方法變得無能為力。
發明內容
為了克服已有換熱網絡綜合方法的可靠性差、求解效率低的不足，本發明通過採用基於火用損費用的熱經濟學目標函數、基於超結構的分步優化技術、以及基於傳熱火用損的流動火用損關聯求解方法，使得設計方案簡便易行，提供一種可靠性良好、求解效率高的基於火用消耗費用的換熱網絡構建方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是—種基於火用消耗費用的換熱網絡構建方法，所述換熱網絡構建方法包括以下步驟1)、提取物流數據，在溫焓圖上繪製平衡的複合曲線，劃分焓區間，構造換熱網絡的超結構模型，以投資費用最小化為目標函數對各個子焓區間的流體間的匹配結構進行優化，求解熱負荷及面積分配矩陣；2)、採用分段積分法求解各焓區間的傳熱火用損失，參照公式(1)
W 0 T
權利要求
1.一種基於火用消耗費用的換熱網絡構建方法，其特徵在於所述換熱網絡構建方法包括以下步驟1)、提取物流數據，在溫焓圖上繪製平衡的複合曲線，劃分焓區間，構造換熱網絡的超結構模型，以投資費用最小化為目標函數對各個子焓區間的流體間的匹配結構進行優化， 求解熱負荷及面積分配矩陣；2)、採用分段積分法求解各焓區間的傳熱火用損失，參照公式(1) 並計算匹配單元的流動火用損失，參照公式O)AEf = V1AP1 + V2AP2 = (V1K1^5 + V2K2H521) A( 2 )上式中ΔΕη、AEf分別為傳熱火用損失、流動火用損失，單位W ;Ν為焓區間數目；Ttl 為環境溫度，單位。C ；TA, Tb分別為熱流體、冷流體溫度，單位°C ； δ Q為傳熱量，單位W ；微元- )影代表傳遞微元熱量δ Q所造成的傳熱火用損失；仏、Qk+1為第k個焓區間左、右兩側邊界上的焓值；Vp V2分別為管程、殼程流體的體積流量，m3/s ；Kp K2分別為管程、殼程流體的常數；Ii1A2分別為管程、殼程流體的傳熱係數，單位W/m2-K ；A為傳熱面積， 單位:m2 ；3)、以年度總費用最小化為目標函數，參照公式(3)， TAC = ( Δ Eh · CH) + ( Σ Δ Ef · CF) +Ccap(3)上式(3)中TAC為換熱網路總的年度費用，單位元/年；ΔΕΗ和八礦分別為所述步驟 2)中求得的傳熱火用損失、流動火用損失，單位Cf分別為換熱網絡使用的傳熱火用、流動火用的單位費用，單位元/(W-年)；Cfflp為網絡總的年度投資費用，單位元/年； 求解換熱網絡最佳傳熱溫差以及相應的網絡結構。
2.如權利要求1所述的基於火用消耗費用的換熱網絡構建方法，其特徵在於所述步驟3)中，設定以傳熱火用損失、流動火用損失的費用作為換熱網絡的操作費用，並且採用基於超結構的分步優化技術求解換熱網絡的傳熱火用損失、流動火用損失。
3.如權利要求1或2所述的基於火用消耗費用的換熱網絡構建方法，其特徵在於在所述步驟3)中，求解超結構模型時，規定最小傳熱面積和最小傳熱負荷的約束條件。
全文摘要
一種基於火用消耗費用的換熱網絡構建方法，包括以下步驟1)提取物流數據，在溫焓圖上繪製平衡的複合曲線，劃分焓區間，構造換熱網絡的超結構模型，以投資費用最小化為目標函數對各個子焓區間的流體間的匹配結構進行優化，求解熱負荷及面積分配矩陣；2)採用分段積分法求解各焓區間的傳熱火用損失，參照公式(1)；並計算匹配單元的流動火用損失，參照公式(2)；3)、以年度總費用最小化為目標函數，參照公式(3)求解換熱網絡最佳傳熱溫差以及相應的網絡結構。本發明提供一種可靠性良好、求解效率高的基於火用消耗費用的換熱網絡構建方法。
文檔編號F28F27/00GK102155860SQ20101061014
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者李林, 盛頌恩, 蔣寧, 高增梁 申請人:浙江工業大學