Метод оптимізації окремих ступенів випарки цукрового виробництва

Abstract

Для відділення випарки типового цукрового заводу був розроблений метод термоекономічної оптимізації окремих її ступенів. Оскільки основна частина втрат ексергії обумовлена теплообміном при кінцевій різниці температур, тому в якості незалежної змінної при термоекономічній оптимізації була обрана величина температурного напору в кожному із ступенів з відповідним пошуком своїх мінімальних термоекономічних витрат. Існування для кожного ступеня локального мінімуму зумовлено тим, що зі зростанням температурного напору збільшується величина енергетичних витрат (тому що збільшуються втрати ексергії) і зменшується величина капітальних і зв’язаних з ними витрат (тому що зменшується поверхня теплообміну ступеня), а, отже, їх сума буде мати мінімум. Пошук цього мінімуму в силу унімодальності функції термоекономічних витрат проводився для кожного із ступенів методом Гауса Зейделя - шляхом послідовного порівняння витрат, отриманих на даному кроці ітерації з попередніми і, якщо знайдене значення менше, то переходять до наступної ітерації. Розрахунок закінчується в тому випадку, якщо знайдене значення стає більше, ніж значення, що отримане на попередньому кроці, яке і буде оптимальним. Потім розраховуються сумарні термоекономічні витрати, у ступені. В якості прикладу застосування розробленого методу були знайдені оптимальні температурні напори і локальні оптимуми річних термоекономічних витрат для першого ступеня. Знайдене значення температурного напору перевищує відповідне у існуючій системі випарки на 2,6 градуса і підтримання такого збільшеного температурного напору у першому ступені дозволяє зменшити річні витрати в цьому ступені на 3800 USD. Слід зазначити, що знайдені значення температурного напору в силу жорсткої прив’язки до технологічного ланцюжка кожного ступеня вимагають взаємного узгодження, тому що потоки, які виходять з попередніх ступенів, одночасно входять в наступні, а, отже, температурний рівень процесів в ступенях повинен узгоджено змінюватися, змінюючи тим самим величину термоекономічних витрат. Крім того, слід враховувати, що зміна параметрів потоків всередині енерготехнологічної системи відділення випарки викликає також зміну параметрів потоків, які покидають це відділення.

A method of thermoeconomic optimization of separate section of a typical sugar plant. was developed. Since the main part of exergy losses is due to heat transfer at the finite temperature difference, the value of temperature drop in each of the section s was chosen as an independent variable in thermoeconomic optimization with the corresponding search for their minimum thermoeconomic costs. The existence of a local minimum for each section is due to the fact that with increasing temperature drop increases the amount of energy costs (because the exergy losses increase) and decreases the amount of capital and related costs (because the heat transfer surface of the sectione decreases), and, consequently, their sum will have a minimum. The search for this minimum due to the unimodality of the thermoeconomic cost function was performed for each section by the Gauss-Seidel method - by sequentially comparing the costs obtained at this step of the iteration with the previous ones and, if the value is less, move on to the next iteration. If the value found becomes greater than the value obtained in the previous step, which will be optimal. Then the total thermoeconomic costs in the section are calculated. As an example of application of the developed method searching the optimum temperature drop and local optimums of annual thermoeconomic expenses for the first degree were found. The found value of the temperature drop exceeds the corresponding in the existing evaporation system by 2.6 degree and maintaining such an increased temperature drop in the first section allows you to reduce the annual costs in this section at 3800 USD. It should be noted that the found values of temperature drop due to the rigid link to the technological chain of each section require mutual agreement, because the flows coming from the previous sections are simultaneously included in the next, and therefore the temperature level of processes in sections must change, thereby changing the amount of thermoeconomic costs. In addition, it should be taking in amount that a change in the parameters of the flows within the energy technology system of the evaporation system will also cause a change in the parameters of the flows that leave this system.