一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法
2023-05-18 05:01:36 1
一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，包括採集糖廠制煉系統中各用汽設備的用汽參數、物料數據和生產狀態參數；建立各用汽設備用汽關聯數學式；對各種生產狀態變量、設備狀態變量和過程狀態變量的相關關係及對系統所起影響作用進行分析和歸類；確定起支配作用的決策變量，建立系統用汽和有效能損失的數學模型；通過系統用汽和有效能損失的數學模型可行域中尋找一個滿足約束條件的決策，使得系統用汽和有效能損失取得最小值；建立基礎算法，根據基礎算法進行編程，完成決策軟體；決策軟體運行，得到一個系統用汽和有效能損失取得最小值操作運行方案；建立控制網絡，根據系統用汽和有效能損失取得最小值操作運行方案對各用汽設備實行控制。
【專利說明】一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及節能生產方法，尤其是一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，屬於糖廠制煉生產領域。
【背景技術】
[0002]我國的食糖是人民生活的必需品，也是食品工業、飲料、製藥等重要的原料。人口的增長及生活水平提高，食糖消費將出現明顯增長趨勢，製糖工業是我國廢水和廢棄物排放量較大的食品產業，製糖產業也是我國每萬元工業產值能耗、水耗最高的產業之一，目前國內糖廠的節能水平與國外先進水平相比有著較大差距，平均煤耗6噸/100噸甘蔗以上，是國際平均水平的1.5倍，是國際先進企業的2倍；噸蔗耗電量31.5千瓦時，是國際平均水平的1.6倍；根據國家的「十一五」發展規劃目標，要求將我國產業的能耗降低20%，其中要求甘蔗糖標準煤耗低於5噸/100噸蔗，甜菜糖標準煤耗低於6噸/100噸甜菜。我國耗能排汙措施方面雖然逐年加大力度，但效果並不明顯，隨著產量的增加，我國製糖產業的能耗排汙量不斷增加。目前我國的節能減排水平與國外先進水平相比有著較大差距，我國製糖產業迫切需要開展製糖過程中節能減排，這不僅是製糖企業自身發展的迫切要求，也是實現產業技術和整體水平與國際接軌及我國經濟持續發展總體要求的需要。
[0003]目前，國內糖廠都地處老少邊窮地區，生產規模小，技術裝備不配套，生產過程自動化、信息化管理程度低等均是導致能耗高、汙染重的重要原因。近10年伴隨國內糖產量的大幅提高，製糖工業技術也有較大發展，一些節能減排的技術裝備相繼應用到生產中，對降低行業能耗發揮了積極作用。製糖是個工藝流程較長的生產過程，各單元對生產能耗都有一定影響，由於前後工序在物料、能量等方面相互制約和影響，糖廠節能實際上是個系統工程，單元設備的低能耗不完全等同於整個生產的低能耗。因此，如何從制煉生產角度出發統一規劃能量，使糖廠制煉各環節的設備系統均以最小的能量消耗完成生產任務，從而保證整個生產過程運行於低能耗狀態，是當前研究的重要課題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供了一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，該方法通過糖廠制煉生產中各用汽設備各種參數收集，分析對比，利用計算機網絡技術運行控制，對糖廠制煉生產中各用汽設備進行調控，可以產生較好的節能效果。
[0005]本發明的目的可以通過採取如下技術方案達到:
[0006]一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，其特徵在於包括以下步驟:。
[0007]I)採集糖廠制煉系統中各用汽設備的用汽參數、物料數據和生產狀態參數，並進行存儲；
[0008]2)根據糖廠制煉生產工藝過程，對步驟I)採集的參數進行分析，建立各用汽設備用汽關聯數學式，以描述有效能損失相關物理量及物性參數，根據不同狀態下的物性參數值和相關物理量對系統用汽和有效能損失關係的影響，進行相關數據分析和判斷；[0009]3)根據關聯數學式中相關數據，對各種生產狀態變量、設備狀態變量和過程狀態變量的相關關係及對系統所起影響作用進行分析和歸類；
[0010]4)確定起支配作用的決策變量，利用有效能損失相關物理量及物性參數的關聯數學式，建立相應的數學模型方程，對任一組決策變量所決定的操作運行方案，建立系統用汽和有效能能損失的數學模型，從該模型得到一個系統總有效能損失值與其對應；
[0011]5)通過系統用汽和有效能損失的數學模型在全體集合的決策可行域中尋找一個滿足約束條件的決策，使得系統用汽和有效能損失取得最小值；
[0012]6)建立基礎算法，對用汽參數、物料數據和生產狀態參數進行分析和對比，決策變量在約束條件下選取一定值，進行運算，基礎算法在經過多次比較判斷後確定出下一輪合理的搜索方向，向合理的搜索方向不斷進行運算判斷，得到較合理決策方案；
[0013]7)根據基礎算法進行編程，完成決策軟體；
[0014]8)決策軟體運行，輸入用汽設備參數、生產狀態參數和生產的一個任意決策，運行基礎算法，得到一個系統用汽和有效能損失取得最小值操作運行方案；
[0015]9)建立控制網絡，根據系統用汽和有效能損失取得最小值操作運行方案對各用汽設備實行控制。
[0016]作為一種優選方案，步驟2)所述系統用汽和有效能損失關係，包括蒸發罐傳熱面上的有效能損失、管道中的有效能損失、冷凝造成的有效能損失和汽凝水造成的有效能損失。蒸發系統總有 效能損失Ex的計算可表示為:
[0017]Ex = Et+Ep+Ec+Es
[0018]式中，Ex為蒸發系統單位時間內總有效能損失，kj/h ；Et為系統單位時間中蒸發罐傳熱有效能損失，單位為kj/h ；EP為系統單位時間的管道有效能損失,單位為kj/h ；EC為系統單位時間內總的冷凝有效能損失，單位為kj/h ；ES為系統冷凝水造成的有效能損失，單位為 kj/h。
[0019]作為一種優選方案，步驟3)所述生產狀態變量包括清汁流量、清汁濃度、糖漿流量、糖漿濃度，糖品質量和糖品數量；所述設備狀態變量包括加熱器、蒸發罐和煮糖罐傳熱面積；所述過程狀態變量包括飽和水蒸汽溫度、汽凝水的溫度、各加熱器加熱溫度、各蒸發罐糖汁錘度、各蒸發罐加熱蒸汽溫度、各蒸發罐加熱蒸汽流量、各蒸發罐汽凝水流量、各煮糖罐加熱蒸汽溫度、各煮糖罐加熱蒸汽流量和各煮糖罐汽凝水流量。
[0020]4、根據權利要求2所述的一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，其特徵在於:
步驟4)所述用汽和有效能損失數學模型方程如下式所示:
[0021]
【權利要求】
1.一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，其特徵在於包括以下步驟:I)採集糖廠制煉系統中各用汽設備的用汽參數、物料數據和生產狀態參數，並進行存2)根據糖廠制煉生產工藝過程，對步驟I)採集的參數進行分析，建立各用汽設備用汽關聯數學式，以描述有效能損失相關物理量及物性參數，根據不同狀態下的物性參數值和相關物理量對系統用汽和有效能損失關係的影響，進行相關數據分析和判斷；3)根據關聯數學式中相關數據，對各種生產狀態變量、設備狀態變量和過程狀態變量的相關關係及對系統所起影響作用進行分析和歸類；4)確定起支配作用的決策變量，利用有效能損失相關物理量及物性參數的關聯數學式，建立相應的數學模型方程，對任一組決策變量所決定的操作運行方案，建立系統用汽和有效能能損失的數學模型，從該模型得到一個系統總有效能損失值與其對應；5)通過系統用汽和有效能損失的數學模型在全體集合的決策可行域中尋找一個滿足約束條件的決策，使得系統用汽和有效能損失取得最小值；6)建立基礎算法，對用汽參數、物料數據和生產狀態參數進行分析和對比，決策變量在約束條件下選取一定 值，進行運算，基礎算法在經過多次比較判斷後確定出下一輪合理的搜索方向，向合理的搜索方向不斷進行運算判斷，得到較合理決策方案；7)根據基礎算法進行編程，完成決策軟體；8)決策軟體運行，輸入用汽設備參數、生產狀態參數和生產的一個任意決策，運行基礎算法，得到一個系統用汽和有效能損失取得最小值操作運行方案；9)建立控制網絡，根據系統用汽和有效能損失取得最小值操作運行方案對各用汽設備實行控制。
2.根據權利要求1所述的一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，其特徵在於:步驟2)所述系統用汽和有效能損失關係，包括蒸發罐傳熱面上的有效能損失、管道中的有效能損失、冷凝造成的有效能損失和汽凝水造成的有效能損失。蒸發系統總有效能損失Ex的計算可表示為:Ex = Et+Ep+Ec+Es式中，Ex為蒸發系統單位時間內總有效能損失，kj/h ;Et為系統單位時間中蒸發罐傳熱有效能損失，單位為kj/h ；EP為系統單位時間的管道有效能損失,單位為kj/h ；EC為系統單位時間內總的冷凝有效能損失，單位為kg/h ；ES為系統冷凝水造成的有效能損失，單位為kj/h。
3.根據權利要求1所述的一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，其特徵在於:步驟3)所述生產狀態變量包括清汁流量、清汁濃度、糖漿流量、糖漿濃度，糖品質量和糖品數量;所述設備狀態變量包括加熱器、蒸發罐和煮糖罐傳熱面積；所述過程狀態變量包括飽和水蒸汽溫度、汽凝水的溫度、各加熱器加熱溫度、各蒸發罐糖汁錘度、各蒸發罐加熱蒸汽溫度、各蒸發罐加熱蒸汽流量、各蒸發罐汽凝水流量、各煮糖罐加熱蒸汽溫度、各煮糖罐加熱蒸汽流量和各煮糖罐汽凝水流量。
4.根據權利要求2所述的一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，其特徵在於:步驟4)所述用汽和有效能損失數學模型方程如下式所示:
5.根據權利要求4所述的一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，其特徵在於:所述T0取值為298K ;所述h0取值為104.77kj/kg ;所述S0取值為0.367kj/kg.k。
6.根據權利要求4所述的一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，其特徵在於:步驟4)所述決策變量為qE>1、qE,2、qE,3、qE,4和qE,5，其約束條件包括生產工藝條件、生產能力和控制指標Wu、qE,2> qE,3> 和qE,5分別為單位時間內從第I效至第5效蒸發罐抽出的汁汽量。
7.根據權利要求1所述的一種基於糖廠制煉系統的節能生產方法，其特徵在於:步驟6)所述用汽和有效能損失數學模型，其約束條件既有等式約束，又有非等式約束，通過構造處罰函數將原問題轉化為一系列無約束問題來解。
【文檔編號】G05B19/418GK103592930SQ201310625628
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】黃向陽, 許廣球, 郭劍雄, 陳駿佳, 陸浩湉, 高俊永, 莫柳珍, 盧隆飛, 孫瀟, 梁磊, 謝武裝, 符瑞華, 黃廷冠, 廖炳權 申請人:廣州甘蔗糖業研究所