'

Улучшение энергосбережения в системах теплообменников

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Улучшение энергосбережения в системах теплообменников Игорь Булатов The University of Manchester, Process Integration Ltd - Cal Gavin Ltd – Бюро HiProm Геленджик, 27.09 - 01.10 2011


Слайд 1

1984 Организован исследовательский консорциум шести компаний (сейчас около 30 компаний) 1986 Создан Центр Интеграции Процессов 1987 Первый приз Министерства Торговли и Промышленности 1995 Договор об Интеграции Процессов Международного Энергетического Агенства 1996 Семинар ООН по вопросам Интеграции Процессов 2005 Организация компании Process Integration Ltd 6 человек профессорско-преподавательского состава + 30 аспирантов + 200 магистрантов 2011 Совместные исследования с Cal Gavin Ltd в области интенсификации теплообмена Центр Интеграции Процессов (Манчестерский Университет) и его партнеры


Слайд 2

Сложная химико-технологическая система (ХТС)


Слайд 3

Увеличение рекуперации тепла


Слайд 4

Увеличение рекуперации тепла


Слайд 5

Увеличение рекуперации тепла


Слайд 6

Пинч-метод проектирования Разработан в Центре Интеграции Процессов, Манчестерский Университет Зрелая, хорошо зарекомендовавшая себя технология Широко применяется в различных отраслях


Слайд 7

Холодные потоки на диаграмме температура-энтальпия


Слайд 8

Горячие потоки на диаграмме температура-энтальпия


Слайд 9

Холодная и горячая составные тепловые кривые на одной диаграмме Пинч


Слайд 10

Изменения в ?Tmin и в структуре ХТС ведут к увеличению/уменьшению потребности во внешних энергоносителях Рекуперация тепла ХТС Внешний горячий теплоноситель Внешний холодный теплоноситель


Слайд 11


Слайд 12

Пинч-Метод проекирования позволяет достигать целевых значений потребления внешних теплоносителей


Слайд 13

Обширный послужной список Проекты в рамках правительственной демонстрационной энергетической программы Великобритании


Слайд 14

Пинч-Метод проектирования имеет свои преимущества и недостатки. В настоящее время применяется в комбинации с другими методами Другие используемые методы проектирования: ? Оптимизация гиперструктуры ? Стохастическая оптимизация Современные подходы к проектированию и модернизации


Слайд 15

Оптимизация гиперструктуры Вначале разрабатывается структура подлежащая сокращению (гиперструктура) Гиперструктура содержит элементы избыточности Содержит в себе все элементы, являющиеся кандидатами для оптимальной системы Сложная математическая оптимизационная задача - из-за нелинейного характера уравнений Сложно добиться надежных практических решений для больших задач Разработчик отстранен от процесса принятия решений


Слайд 16

Стохастическая оптимизация Избегает попадания в локальные оптимумы Генерирует оптимальные решения независимо от начальных приближений Не требуется градиентов Медленнее, чем детерминированные методы например, Алгоритм Модельной "Закалки" (Simulated Annealing) - аналогия с процессом закалки металла


Слайд 17

Низкостоимостные технологические решения для улучшения производства Моделирование действующего производства Идентификация ограничений в оборудовании и системах контроля Список технологических решений для преодоления ограничений Применение подходящих технологий для модернизации действующего оборудования Оптимизация нового производственного плана Определение эффекта от внедрения новых технологий


Слайд 18

Оптимизация рекуперации тепла и модернизация Модернизация действующих систем теплообменников Интенсификация рекуперации тепла Оптимизация интегрированных ректификационных систем Анализ производственно-территориального комплекса и оптимизация его системы тепло- и энергоснабжения Рекуперация низкотемпературного тепла Улучшение холодильной системы Оптимизация водородной системы и системы газоснабжения Потенциальные возможности энергосбережения


Слайд 19

Классическая пинч-технология используемая более 30 лет, предполагает добавление новой площади поверхности теплообмена при модернизации, что часто с трудом реализуемо на производственной площадке: нет достаточно места нарушается целостность системы значительные затраты Наш подход основан на возможности использования действующего оборудования и увеличения его эффективности. Мы также проводим модернизацию систем управления Потенциальные возможности энергосбережения


Слайд 20

Модернизация действующих систем теплообменников Если следовать классическому пинч-методу, модернизизация СТ потребует слишком много дорогостоящих изменений в структуре СТ. Пример модернизации простой СТ:


Слайд 21

Что мы предлагаем? Синергитический эффект от комбинирования интенсификации и интеграции процессов


Слайд 22

Автоматизированный подход Принимает во внимание существующую структуру Принимает во внимание технологии улучшения эффективности оборудования Использует различные модификации Баланс между капитальными и эксплуатационными затратами Методология модернизации СТ предусматривает активный контроль со стороны проектировщика касательно сложности системы Новый подход UNIMAN-PIL-CalGavin Модернизация действующих систем теплообменников Пример модернизации простой СТ:


Слайд 23

Методология оптимизации UNIMAN-PIL-Cal Gavin: Действующая СТ как исходная точка проектирования Переход от одного варианта модернизации к другому путем: Осуществления интенсификации теплообмена в трубном пространстве: матричные элементы hiTRAN®, вставки из закрученной ленты, вставки из спиральной проволоки, … в межтрубном пространстве: перегородки EM Baffles®, Helical Baffles®, … Изменение структуры СТ: нагрузка ТО, доля расщепления потока, переобвязка, изменение последовательности ТО, добавление/удаление разделителя потоков Оценка стоимости и энергопотребления каждого из вариантов модернизации с помощью указанных выше технологий и методов Выявление оптимального варианта модернизации после серии шагов оптимизации от исходной системы Модернизация действующих систем теплообменников


Слайд 24

Интенсификация теплообмена Вставки из закрученной ленты, увеличивают турбулентность в спиральном потоке Вставки из спиральной проволоки Матричные элементы hiTRAN®, состоящие из сеточной спирали различной плотности. Используются для увеличения проводимости вблизи стенки, а также для улучшения коеффициента теплопередачи в ламинарном режиме Трубное пространство


Слайд 25

Межтрубное пространство: Интенсификация теплообмена


Слайд 26

Широко распространенное нежелание применять интенсификацию теплообмена связано с опасениями увеличения загрязнения в теплообменных аппаратах (хотя в действительности интенсификаторы могут снижать загрязнение) Интенсификация теплообмена обеспечивает больший коэффициент теплопередачи и делает возможным уменьшение размеров и, следовательно, стоимости ТО, и делает технологические процессы более эффективными Интенсификация теплообмена


Слайд 27

Меньше пучков труб при одинаковой нагрузке; более компактные конструкции; меньше энергопотребление; увеличение выпуска продукции; улучшение управляемость процессами; улучшение качества продукта; уменьшает реакции, кристаллизацию и отложения загрязнений. Интенсификация теплообмена


Слайд 28

Реконструкция действующей системы теплообменников После оптимизации заполняется таблица: Важные характеристики при оптимизации: Гибкий контроль за сложностью проектируемой системы Оптимальные модификации для достижения оптимальной нагрузки Методология позволяет использовать различные технологии для модификации СТ Оптимизация возможна исключительно за счет операционной составляющей


Слайд 29

Пример


Слайд 30

Последовательность шагов проекта Сбор данных Св-ва и хар-тики потоков питания и продуктов Основные режимы и условия работы Создание моделей элементов и моделирование системы Получение данных по технологическим потокам Пинч-анализ Анализ действующей технологической схемы Определение целевых значений энергопотребления Оптимизация Анализ вариантов модификации


Слайд 31

Модель технологической схемы


Слайд 32

Конфигурация действующей системы теплообменников


Слайд 33

Пинч анализ - составные тепловые кривые


Слайд 34

Пинч анализ - результаты Целевые значения ?Tmin (без интенсификации): 20 oC ?Tmin (с интенсификацией): 5 oC Максимальная температура на входе в печь: 268 oC Пинч-температура горячих потоков: 253 oC Горячий энергоноситель: 54.6 МВт Холодный энергоноситель: 33 МВт


Слайд 35

Целевая функция и ограничения Целевая функция: максимизация энергосбережения при минимальных затратах и заданном объёме выпуска продукции Осуществлена интенсификация теплообмена Оптимизирована площадь поверхности теплопередачи Расщепление потоков рассматривается как оптимизационная переменная Структура СТ осталась БЕЗ изменений


Слайд 36

Предложенный вариант модификации


Слайд 37

14 ТО будут модифицированы (интенсификаторы или увеличение площади поверхности теплообмена) Если бы был выбран вариант увеличения площади поверхности , общая дополнительная площадь составила бы 2509 m2 При осуществлении интенсификации ТО, не требуется никакой дополнительной площади Потребление горячего энергоносителя сократилось 11.7% (с 54.6 МВт до 48.2 МВт) Результат: уменьшение энергопотребления или увеличение использования мощности печи для увеличения выпуска продукции Предложенный вариант модификации


Слайд 38

Оптимизированная конфигурация Красным цветом обозначены модифицированные ТО


Слайд 39

Резюме Достигнута значительная экономия энергопотребления путем модернизации СТ Методология основанная на оптимизационных методах может идентифицировать наиболее экономичный вариант реконструкции СТ Преимущества осуществления интенсификации: Не требуется структурной модификации Не требуется дополнительная площадь поверхности Не требуется переобвязка Низкие расходы на реконструкцию


Слайд 40

Контакты Dr Igor Bulatov The University of Manchester School of Chemical Engineering and Analytical Science The Mill Oxford Road Manchester M13 9PL United Kingdom Tel: +44 161 306 4389 Fax: +44 161 236 7439 igor.bulatov@manchester.ac.uk igor.bulatov@calgavin.com


×

HTML:





Ссылка: