Оптимизатор 6 - 23

6.6Пример: Оптимизация MNLP

В этом примере используется модель оптимизации Hyprotech SQP (метод последовательного квадратичного программирования) с элементами выбора для решения задачи наиболее экономичного использования каждого ребойлера в системе подогрева пара.

Создайте следующую схему:

Пар нагревается в трех бойлерах, объединенных в общую систему высокого давления. Бойлеры моделируются как простые нагреватели, причем каждый имеет свою производительность, эффективность, стоимость топлива и дополнительные затраты.

Задание исходных данных

1В диспетчере базиса выберите компонент Н2О и пакет свойств NBS Steam.

2Задайте поток Feed со следующими параметрами:

Поле	Величина
Температура	21.3
Давление	41.82 кг/см2
Массовый расход	14400 кг/час
Доля Н2О	1

3 Задайте массовые расходы входных потоков бойлеров:

Поток	Масс. расход
В2 IN	3600 кг/час
B3 IN	5400 кг/час

Массовый расход потока B1 IN будет автоматически рассчитан программой и составит 5400 кг/час.

4 Задайте температуру 350 град.С для всех трех выходных потоков.

6 - 24 Оптимизатор

5 Во всех бойлерах задайте сопротивление равным 0 кг/см2. Система подогрева пара полностью определена. В результате получим:

Расчет тепловых нагрузок и стоимости

Прежде чем ставить задачу оптимизации, определим с помощью электронной таблицы эффективность каждого аппарата, его действительную нагрузку и дополнительные расходы.

Для этого создайте электронную таблицу Расчет бойлеров.

Эффективность

Эффективность бойлеров определяется следующим уравнением:

		2
	Flow − Flowmax
Eff = Effmax −5% ×			(6.8)
	Flowmax −5% − Flowmax

где Eff – эффективность бойлера

Effmax – максимальная эффективность бойлера

Квадратичная аппроксимация между массовым расходом пара и эффективностью бойлера верна только в узком интервале, расположенном вблизи максимальной эффективности.

Flow – массовый расход входного потока бойлера

Flow max – массовый расход входного потока бойлера при максимальной эффективности

Flow max-5% - массовый расход входного потока бойлера при производительности на 5% меньше максимальной

Квадратичный член Уравнения 6.8 – это масштабированное отклонение расхода по отношению к массовому расходу, соответствующему максимальной эффективности.

Оптимизатор 6 - 25

В следующей таблице приведены параметры эффективности для каждого бойлера:

Параметр	В1	В2	В3
Eff max	85%	87%	90%
Flow max	1.8 кг/сек	2.2 кг/сек	1.6 кг/сек
Flow max-5%	3 кг/сек	3.8 кг/сек	2.5 кг/сек

Рассчитайте эффективность каждого бойлера в электронной таблице:

Действительная нагрузка

Тепловая нагрузка, рассчитанная ХАЙСИС – это тепло, требуемое аппарату при его работе с эффективностью, рассчитанной по уравнению 6.8. А действительная нагрузка бойлера определяется следующим образом:

Действит.Тепл.Нагр. = Нагрузка×

100

(6.9)

Eff

Где Нагрузка – нагрузка аппарата, рассчитанная ХАЙСИС Eff – эффективность бойлера (см. ур. 6.8)

Рассчитанные раньше значения эффективности аппаратов используются для определения их действительных нагрузок. Результаты приведены ниже:

6 - 26 Оптимизатор

Расчет затрат

Целью данной задачи оптимизации является минимизация общих эксплуатационных затрат на систему которые определяются следующим образом:

	Total _ Operating _ Cost = ∑(Operating _ Cost)i	(6.10)
где	i – бойлер I

Эксплуатационные расходы складываются из расходов на топливо и некоторых дополнительных расходов. Необходимые величины приведены ниже.

Расходы	В1	В2	В3
Топливо ($/МДж)	0.008	0.0085	0.0088
Дополнительные ($/час)	30	29	25

Поскольку дополнительные расходы возникают только тогда, когда бойлер работает, то эту величину будем умножать на некоторую переменную, имеющую значение 1 (вкл.) или 0 (выкл.) в зависимости от состояния аппарата. Назовем эту переменную Статус.

Operating_ Cost = (Действит.Тепл.Нагр.)(Стоим.Топл)+(Доп.Расх)×Статус		(6.11)
Чтобы “включить” все бойлеры, выполните следующее:
1.	Создайте новый столбец в электронной таблице - Статус
2.	Для всех бойлеров задайте величину 1

Предположим, что сейчас все бойлеры включены. В процессе расчета статус каждого аппарата будет меняться для достижения оптимального результата.

Рассчитайте эксплуатационные расходы на все аппараты: