工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法和系统。本发明专利技术的方法包括如下步骤：针对工业余热余能回收利用系统的参数进行能量平衡分析，建立能量转化流程图；针对工业余热余能回收利用系统的参数进行流动分析，建立转化流程图；根据能量转化流程图，计算各工段节点能量效率，建立能量分析清单；根据转化流程图，计算系统各工段节点效率，建立分析清单；根据能量分析清单与分析清单，建立工业过程能量、系统优化模型；根据优化模型，计算各工段余热余能能量/比值，从而建立基于能量效率、效率及能量/比值的优化提升方法。本发明专利技术确定了余热余能回收利用系统的改进优化方向和与能级匹配的优化利用途径。配的优化利用途径。配的优化利用途径。

【技术实现步骤摘要】
工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法和系统


[0001]本专利技术属于工业余热余能回收利用系统的能量优化
，涉及工业用能系统能效提升，尤其是一种基于能量效率、效率及能量/比值的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法和系统。

技术介绍

[0002]典型“双高”行业(如水泥、玻璃、钢铁、纺织、印染、化工、化纤)存在能耗及碳排放高的问题。然而，各行业企业工艺用能行为及废能排放特征差异大，企业内部能效提升主要集中于单个设备和单类能源系统，而在企业内部多类能源系统以及多企业甚至多行业用能互补与协同优化方面鲜有涉足，而且实际能源系统结构复杂、物料流和能量流众多。单纯针对某一具体环节进行的能量转化、环境排放或者经济效益的技术改进方法很难给整个系统带来质的提升。当前国内广泛布局的单一类型企业的产业园区，并未综合考虑企业用能行为与其他行业企业的互补和协同特性，一方面造成了企业万元增加值能耗居高不下，另一方面大幅度增加了碳排放和消耗了全社会能耗指标。
[0003]当前的能量优化分析方法主要采用基于热力学第一定律的能量平衡计算方法，将其应用于能源系统，尤其是复杂工业余热余能回收系统节能潜力的挖掘以及能级匹配的改善等方面远远不够。因此，“可用能”及分析成为评价能源系统、尤其是热力系统的一项重要指标。是指一定形式的能量或一定状态的物质经过完全可逆的变化过程后，达到与环境完全平衡的状态，在这个过程中该能量或物质所能做的最大功。分析方法能够更加准确的反映热力系统或装置技术上热力学的完善程度，从而明确提高能量利用效率的正确目标。r/>[0004]近年来分析方法被有效的应用于热力发电系统、废弃物管理系统、生物质能源系统等能源系统的能量转化效率分析评估过程中。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于能量效率、效率及能量/比值的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法和系统，其通过构建工业余热余能能量转化流程图与转化流程图，以能量效率、效率及能量/比值指标作为系统优化的目标函数，确定系统的能源利用水平及工业余热余能回收利用潜力，确定余热余能回收利用系统的改进优化方向和与能级匹配的优化利用途径。
[0006]为此，本专利技术采用的一种技术方案为：工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法，其包括：
[0007]确定工业余热余能回收利用系统主要工艺流程及主要计算节点，收集各计算节点前后物质流、温度、流量、浓度和压力参数；
[0008]针对工业余热余能回收利用系统的参数进行能量平衡分析，建立工业余热余能回
收利用系统的能量转化流程图；
[0009]针对工业余热余能回收利用系统的参数进行流动分析，建立工业余热余能回收利用系统的转化流程图；
[0010]根据能量转化流程图，计算工业余热余能回收利用系统各工段节点能量效率，建立能量分析清单；
[0011]根据转化流程图，计算工业余热余能回收利用系统各工段节点效率，建立分析清单；
[0012]根据能量分析清单与分析清单，建立工业过程能量、系统优化模型；
[0013]根据优化模型，计算工业余热余能回收利用系统各工段余热余能能量/比值，从而建立基于能量效率、效率及能量/比值的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法。
[0014]本专利技术通过分析典型行业用能行为特征，识别其工艺过程节能潜力点，采用基于能量效率、效率及能量/比值的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法。
[0015]进一步地，确定工业过程能量流动场景，建立工业余热余能回收利用系统的工艺流程等效简化模型；通过工艺流程等效简化模型确定工业余热余能回收利用系统的主要计算节点以及各计算节点前后物质流、温度、流量、浓度和压力参数。
[0016]进一步地，假设工业余热余能回收利用系统在稳态下运行，参考状态定义为：参考温度T0为273.15K，参考压力P0为0.1MPa。
[0017]更进一步地，系统能量平衡描述为：
[0018][0019]其中，和分别为进、出工段的焓值，为换热量，为工业过程中所做的功或外界对系统输入的功；
[0020]对于特定工段而言，其能量效率η
En
为：
[0021][0022]进一步地，稳定流动流体的焓值计算公式为：
[0023][0024]其中，m
f
为流体质量，h
f
和h
f,0
分别为工作条件下和参考状态下焓值。
[0025]进一步地，系统平衡描述为：
[0026][0027]其中，和分别为进入和流出某工段的值，为热量值，为机械功或者电能对应的值，为工业过程中的不可逆损失；
[0028]对于特定工段而言，其效率η
ex
为：
[0029][0030]热量值的计算有卡诺循环效率决定：
[0031][0032]式中，为换热量。
[0033]更进一步地，稳定流动流体的值计算公式为：
[0034]e＝e
ph
+e
ch
+e
v
+e
H
ꢀꢀ
(4)
[0035]其中，e、e
ph
、e
ch
、e
v
和e
H
分别为值、物理化学动能和位能
[0036]再进一步地，物理的计算方法为：
[0037]e
ph
＝∑[(h
‑
h0)
‑
T0(s
‑
s0)]ꢀꢀ
(5)
[0038]其中，
[0039][0040][0041]其中，参考温度T0为273.15K，参考压力P0为0.1MPa；P表示气体压力；R表示理想气体常数；c
p
为物质的定压比热，典型气体的定压比热根据如下公式计算：
[0042]c
p
＝a+b
×
T+c
×
T2+d
×
T3+f/T2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0043]其中，T为温度，单位为K/1000；a、b、c、d和f均为气体定压比热计算系数。
[0044]更进一步地，流体的化学取决于它的物质和浓度，由下式计算：
[0045][0046]其中，y
i
和e
0ch,i
分别为某种气体的标准值和它在流体中的摩尔百分比；
[0047]对于常规稳定流体而言，其动能与位能与其他几项相比，忽略不计，因此，稳定流动流体的值表示为：
[0048][0049]本专利技术采用的另一种技术方案为：工业余热余能回收及能级匹配优化提升系统，其包括：
[0050]参数获取单元：确定工业余热余能回收利用系统主要工艺流程及主要计算节点，收集各计算节点前后物质流、温度、流量、浓度和压力参数；
[0051]能量转化流程图建立单元：针本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法，其特征在于，包括：确定工业余热余能回收利用系统主要工艺流程及主要计算节点，收集各计算节点前后物质流、温度、流量、浓度和压力参数；针对工业余热余能回收利用系统的参数进行能量平衡分析，建立工业余热余能回收利用系统的能量转化流程图；针对工业余热余能回收利用系统的参数进行流动分析，建立工业余热余能回收利用系统的转化流程图；根据能量转化流程图，计算工业余热余能回收利用系统各工段节点能量效率，建立能量分析清单；根据转化流程图，计算工业余热余能回收利用系统各工段节点效率，建立分析清单；根据能量分析清单与分析清单，建立工业过程能量、系统优化模型；根据优化模型，计算工业余热余能回收利用系统各工段余热余能能量/比值。2.根据权利要求1所述的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法，其特征在于，确定工业过程能量流动场景，建立工业余热余能回收利用系统的工艺流程等效简化模型；通过工艺流程等效简化模型确定工业余热余能回收利用系统的主要计算节点以及各计算节点前后物质流、温度、流量、浓度和压力参数。3.根据权利要求1所述的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法，其特征在于，假设工业余热余能回收利用系统在稳态下运行，参考状态定义为：参考温度T0为273.15K，参考压力P0为0.1MPa。4.根据权利要求3所述的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法，其特征在于，系统能量平衡描述为：其中，和分别为进、出工段的焓值，为换热量，为工业过程中所做的功或外界对系统输入的功；对于特定工段而言，其能量效率η
En
为：5.根据权利要求1所述的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法，其特征在于，稳定流动流体的焓值计算公式为：其中，m
f
为流体质量，h
f
和h
f,0
分别为工作条件下和参考状态下焓值。6.根据权利要求1所述的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法，其特征在于，系统平衡描述为：
其中，和分别为进入和流出某工段的值，为热量值，为机械功或者电能对应的值，为工业过程中的不可逆损失；对于特定工段而言，其效率η
ex
为：热量值的计算有卡诺循环效率决定：式中，为换热量。7.根据权利要求6所述的工业余热余能回收及能级匹配优化提升方法，其特征在于，稳定流动流体的值计算公式为：e＝e
ph
+e
ch
+e<...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕洪坤，丁历威，韩高岩，国旭涛，张晓龙，叶琪超，章康，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：