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降低循环冷却水系统操作费用的优化研究

作　者: 龙德晓
导　师: 李玉刚
学　校: 青岛科技大学
专　业: 化学工程
关键词: 循环冷却水系统操作费用优化
分类号: TQ085.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

循环冷却水系统在化工、电力、冶金、炼油等行业中是必不可少的。循环水的用量占整个工业用水量的70%左右,同时其输送和冷却处理过程需要大量的电能。近年来,化工行业对循环水系统研究主要集中于循环水系统节水节能、冷却塔模型、循环冷却水系统的运行优化等方面。不同的地区,水价、电价不尽相同,所以循环水系统在不同地区的最优操作条件不同;随着季节的变化,气象条件也发生变化,同一循环水系统在相同地区的最优操作参数因季节的不同而不同。本文建立了循环冷却水系统的优化模型,以操作费用为目标函数,以出塔温度、干球温度、空气湿度、水价、电价等为变量,通过模型求解得到年操作费用最小的系统结构和操作参数,并验证了模型的准确性。讨论了循环水出塔温度,干球温度,空气相对湿度、水价、电价、系统结构和传热系数等单因素对系统的影响及规律。(1)随着出塔温度升高,循环水量明显增大,而操作费用先减小后增加,循环水系统运行存在最佳的出塔温度;(2)随着干球温度,空气相对湿度升高,系统操作费用增大;(3)随着电价升高,风机和循环水泵的运行费用增大,系统操作费用增大。(4)随着总传热系数的增大,循环水量减小,操作费用减小。(5)随着水价升高,补充水费增加,系统操作费用增大。提出了单塔多用户系统和多塔多用户系统的优化方案。对单塔多用户系统,优化其操作参数,可以降低循环水量、风量,能降低年操作费用;对多塔多用户系统,同时优化系统结构和操作参数,根据用户供水和回水情况将优化方案分为用户的用水来自一个塔回同一个塔,用户的用水来自多个塔回任一个塔,用户的用水来自一个塔回多个塔和用户的用水来自多个塔回多个塔四种优化方案。本文采用工程实例对四种方案结果进行比较得出:对于多塔多用户的大型循环水系统而言,用户的用水来自多个塔回多个塔优化效果最好最后以某厂年产10万吨TDI部分装置循环水系统为工程实例,优化系统结构和操作参数。(1)优化后,夏季循环水量减少了50%左右,冬季循环水量减小了60%以上。(2)优化后,结构发生了变化,系统的所需风量等有所降低,操作费用夏季减低26% ,而冬季降低了50%。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章文献综述  13-28
  1.1 概述  13-14
  1.2 循环冷却水系统的工业现状  14-15
    1.2.1 工业现状  14-15
    1.2.2 课题研究的意义  15
  1.3 循环冷却水系统的研究进展  15-24
    1.3.1 冷却塔模型的研究进展  15-19
    1.3.2 循环冷却水系统的节能节水  19-22
    1.3.3 循环冷却水系统换热网络的研究进展  22-23
    1.3.4 循环冷却水系统优化的研究进展  23-24
  1.4 模型的求解方法  24-26
  1.5 本文研究内容  26-28
第二章循环冷却水系统优化模型的建立  28-39
  2.1 系统描述  28-32
    2.1.1 冷却塔  29-30
    2.1.2 换热用户  30-31
    2.1.3 循环水泵  31
    2.1.4 风机  31-32
  2.2 单元模型的建立  32-36
    2.2.1 冷却塔  32-33
    2.2.2 换热用户  33-35
    2.2.3 循环水泵的模型  35
    2.2.4 鼓风机的模型  35-36
  2.3 优化模型的建立  36-37
    2.3.1 问题的定义  36
    2.3.2 循环冷却水系统的优化模型  36-37
  2.4 优化模型的求解  37
    2.4.1 边界条件  37
    2.4.2 初值的设定  37
    2.4.3 模型求解方法的选取  37
  2.5 优化模型的验证  37-38
  2.6 本章小结  38-39
第三章循环冷却水系统影响因素的分析  39-49
  3.1 出塔温度  39-42
    3.1.1 出塔温度对循环水量的影响  39-40
    3.1.2 出塔温度对操作费用的影响  40-42
  3.2 干球温度  42-43
  3.3 空气湿度  43
  3.4 电价  43-45
  3.5 水价  45-46
  3.6 系统结构  46
  3.7 传热系数  46-47
    3.7.1 传热系数对循环冷却水量的影响  46-47
    3.7.2 传热系数对操作费用的影响  47
  3.8 本章总结  47-49
第四章循环冷却水系统的综合与优化  49-62
  4.1 单塔多用户循环水系统的优化  49-50
  4.2 多塔多用户系统的优化与综合  50-55
    4.2.1 用户的用水来自一个塔回同一个塔  51
    4.2.2 用户的用水来自多个塔回任一个塔  51-52
    4.2.3 用户的用水来自一个塔回多个塔  52-53
    4.2.4 用户的用水来自多个塔回任意多个塔  53-55
  4.3 模型的求解  55
  4.4 多塔多用户系统优化方案的对比  55-60
    4.4.1 不同策略的优化结构对比  55-58
    4.4.2 不同优化方案的工况对比  58-59
    4.4.3 不同优化方案操作费用的比较  59-60
  4.5 多塔多用户循环水系统算例  60-61
    4.5.1 优化前后操作参数对比  60-61
    4.5.2 优化前后系统工况对比  61
  4.6 本章小结  61-62
第五章某厂年产10 万吨TDI 装置循环水系统优化  62-71
  5.1 分配系数的确定  63-66
  5.2 操作参数的确定  66-70
    5.2.1 循环水进/出塔温度的确定  66-67
    5.2.2 用户循环水入/出口温度的确定  67-68
    5.2.3 用户实际循环水量的确定  68-69
    5.2.4 系统参数的对比  69-70
  5.3 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-74
致谢  74-75
攻读学位期间发表的学术论文目录  75-76

降低循环冷却水系统操作费用的优化研究

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