Улучшение энергосбережения в системах теплообменников презентация

Ltd - Cal Gavin Ltd – Бюро HiProm

Геленджик, 27.09 - 01.10 2011

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

зарекомендовавшая себя технология
Широко применяется в различных отраслях

во внешних энергоносителях

Рекуперация тепла ХТС

Внешний горячий теплоноситель

Внешний холодный теплоноситель

время применяется в комбинации с другими методами

Другие используемые методы проектирования:

 Оптимизация гиперструктуры
 Стохастическая оптимизация

Современные подходы к проектированию и модернизации

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

от начальных приближений
Не требуется градиентов
Медленнее, чем детерминированные методы

например, Алгоритм Модельной "Закалки" (Simulated Annealing) - аналогия с процессом закалки металла

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

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

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

много дорогостоящих изменений в структуре СТ.

Пример модернизации простой СТ:

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:

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

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

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

увеличение выпуска продукции; улучшение управляемость процессами; улучшение качества продукта; уменьшает реакции, кристаллизацию и отложения загрязнений.

Интенсификация теплообмена

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

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

ΔTmin (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

заданном объёме выпуска продукции

Осуществлена интенсификация теплообмена
Оптимизирована площадь поверхности теплопередачи
Расщепление потоков рассматривается как оптимизационная переменная
Структура СТ осталась БЕЗ изменений

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

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

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