连续优化温度等级的制冷系统合成研究

发布时间：2020-11-12 15:15

　　 作为化工过程中的耗能大户,制冷系统具有复杂的集成网络和密集的能量分布。因此,制冷系统合成和优化对于化工过程节能降耗具有重要意义,并且是一项具有挑战性的系统工程工作。本研究基于数学规划法,提出了一个用于解决连续化温度等级(级个数、级温度、级负荷)下多级制冷系统合成模型。该方法主要分为四步:(1)建立一个可以描述制冷系统内所有可能连接关系的超级结构;(2)以制冷系统压缩机总轴功消耗最小为目标,将模型转化为一个混合整数非线性规划(MINLP)模型;(3)求解模型,获得制冷系统结构和最优操作条件;(4)模型验证,将解得的模型结构和参数在Aspen Plus中进行严格模拟验证。区别于之前已有研究中制冷温度等级以经验法或离散方式优化给出,本研究实现了制冷等级的连续优化,使得制冷温位和制冷负荷与过程系统的冷负荷需求合理匹配。在研究过程中,通过有效能分析评价制冷系统有效能利用效率和验证节能效果;使用“拓展的转运模型”描述在连续化温度等级下制冷系统的换热过程,实现换热网络和制冷系统的同时优化。使用本研究提出的方法,对实际工业乙烯装置中的乙烯制冷系统进行优化合成,获得的最优结果表明:采用温度等级连续化寻优的方式可以使制冷系统与过程系统温位和负荷更加匹配,压缩机总轴功消耗降低了8.08%,并通过Aspen Plus严格稳态模拟验证了其可行性和一致性,表明该方法行之有效。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.5
【部分图文】：

2图 1-1 制冷系统、换热网络和过程系统联系示意图[4]ractions among the refrigeration system, heat exchange network系统。过程系统通常指的是构成一个化工生产过程同品位和数量的能量需求，有过程冷流股和热流股为过程热流股，需要被加热的流股称之为过程冷流决定了过程冷热流股不同的冷量或热量需求，因此过设计合成。同时，换热网络的合成，即流股间进行合用效率。网络。换热网络指的是由冷热过程流股和冷热公用交换的网络结构。换热网络结构发生变化将会影响冷息，从而影响整个系统的能耗。因此设计好换热网络

图 1-2 单级蒸汽压缩制冷循环：(a)流程图；(b)压焓图-2 A simple vapor-compression cycle: (a) Flow diagram; (b) Pressure-enthalpy diagra制冷循环需要在更低的温度下进行操作时，通常需要使用复叠式制冷系叠式制冷系统通常由两个或者更多的制冷循环组成，每个循环都使用一一个简单的复叠式制冷循环如图 1-3 所示。低温循环在 1-2 之间吸热，凝热在 3-4 之间释放给高温循环。高温循环在以冷剂蒸发的形式吸收来环移除的热量，对应 5-6，这个温度等级要比 3-4 温度等级更低。最后环再将热量移除给其他热肼，对应 7-8 的过程。

图 1-2 单级蒸汽压缩制冷循环：(a)流程图；(b)压焓图Fig.1-2 A simple vapor-compression cycle: (a) Flow diagram; (b) Pressure-enthalpy diagram当制冷循环需要在更低的温度下进行操作时，通常需要使用复叠式制冷系统。一个复叠式制冷系统通常由两个或者更多的制冷循环组成，每个循环都使用一种冷剂。一个简单的复叠式制冷循环如图 1-3 所示。低温循环在 1-2 之间吸热，然后将冷凝热在 3-4 之间释放给高温循环。高温循环在以冷剂蒸发的形式吸收来自低温循环移除的热量，对应 5-6，这个温度等级要比 3-4 温度等级更低。最后，高温循环再将热量移除给其他热肼，对应 7-8 的过程。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;团体标准《氨制冷系统安全评价方法》发布[J];冷藏技术;2019年01期

2 李昊霖;吴霜;陈显宝;管天;;复合制冷系统的应用分析[J];冷藏技术;2017年03期

3 辛军;;氨制冷系统压力管道定期检验的几点看法[J];化学工程与装备;2016年12期

4 孙志辉;于步江;;氨制冷系统中压力管道安装监督检验[J];河南科技;2016年23期

5 苗芳;宋帅;王舒妍;;制冷系统中的膨胀阀研究现状及发展展望[J];科技创新导报;2017年13期

6 王伟亮;关星;李泰胜;;二氧化碳制冷系统的动态仿真探讨[J];科技与创新;2016年03期

7 陈其锦;;氨制冷系统管道安装过程中的要点控制[J];科技创新与应用;2016年26期

8 许林滔;郑渊蔚;盛丕根;;氨制冷系统装置工艺流程及重点检验部位[J];石油和化工设备;2015年01期

9 丁无极;韦新华;陈海云;盛水平;王飞;;氨制冷系统安全改造要点分析[J];制冷与空调;2015年02期

10 苏更林;;关于空调器的N个问题[J];农村青少年科学探究;2017年06期

相关博士学位论文 前10条

1 尚羽佳;压缩式制冷系统临界稳定分析、优化与控制[D];天津大学;2017年

2 郑立星;跨临界CO_2引射制冷系统动态特性模拟与实验研究[D];西安交通大学;2018年

3 张于峰;双元工质在喷射制冷系统中循环机理的研究[D];天津大学;2003年

4 M·S·阿迪尔;空调用制冷系统及建筑物若干传热特性研究[D];浙江大学;1999年

5 陈红;制冷系统换热器建模与仿真方法研究[D];重庆大学;2006年

6 田琦;太阳能喷射与压缩一体化制冷系统的研究[D];天津大学;2005年

7 钟晓晖;微型制冷系统仿真与实验研究[D];北京工业大学;2007年

8 任能;制冷系统故障检测、诊断及预测研究[D];上海交通大学;2008年

9 郑慧凡;太阳能喷射/电压缩联合制冷系统性能研究[D];西安建筑科技大学;2009年

10 李风雷;喷射器及双蓄多喷式太阳能喷射制冷系统的研究[D];太原理工大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈丹蕾;基于广义析取规划的制冷系统合成研究[D];天津大学;2018年

2 杨涛;连续优化温度等级的制冷系统合成研究[D];天津大学;2018年

3 赵瀚;二氧化碳制冷系统换热器数值模拟[D];大连交通大学;2016年

4 郭明雷;相位阵馈源制冷系统研制[D];贵州师范大学;2018年

5 贾涵冰;基于太阳能光伏供电模式的苹果冷藏库能耗研究[D];西安建筑科技大学;2018年

6 赵顶;相变波转子增压特性及在制冷热泵系统中应用的研究[D];大连理工大学;2018年

7 谢宝成;太阳能喷射与机械压缩复合制冷系统性能研究[D];西安工程大学;2018年

8 杨柳;冷藏车光伏储能混合制冷系统设计与研究[D];江苏大学;2018年

9 王剑桥;太阳能喷射制冷系统喷射器数值模拟研究及结构优化[D];江苏科技大学;2018年

10 韩学烁;无模型控制算法的研究及其在制冷机组中的应用[D];天津大学;2018年

本文编号：2880896