一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，包括采集糖厂制炼系统中各用汽设备的用汽参数、物料数据和生产状态参数；建立各用汽设备用汽关联数学式；对各种生产状态变量、设备状态变量和过程状态变量的相关关系及对系统所起影响作用进行分析和归类；确定起支配作用的决策变量，建立系统用汽和有效能损失的数学模型；通过系统用汽和有效能损失的数学模型可行域中寻找一个满足约束条件的决策，使得系统用汽和有效能损失取得最小值；建立基础算法，根据基础算法进行编程，完成决策软件；决策软件运行，得到一个系统用汽和有效能损失取得最小值操作运行方案；建立控制网络，根据系统用汽和有效能损失取得最小值操作运行方案对各用汽设备实行控制。
【专利说明】一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及节能生产方法，尤其是一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，属于糖厂制炼生产领域。
【背景技术】
[0002]我国的食糖是人民生活的必需品，也是食品工业、饮料、制药等重要的原料。人口的增长及生活水平提高，食糖消费将出现明显增长趋势，制糖工业是我国废水和废弃物排放量较大的食品产业，制糖产业也是我国每万元工业产值能耗、水耗最高的产业之一，目前国内糖厂的节能水平与国外先进水平相比有着较大差距，平均煤耗6吨/100吨甘蔗以上，是国际平均水平的1.5倍，是国际先进企业的2倍；吨蔗耗电量31.5千瓦时，是国际平均水平的1.6倍；根据国家的“十一五”发展规划目标，要求将我国产业的能耗降低20%，其中要求甘蔗糖标准煤耗低于5吨/100吨蔗，甜菜糖标准煤耗低于6吨/100吨甜菜。我国耗能排污措施方面虽然逐年加大力度，但效果并不明显，随着产量的增加，我国制糖产业的能耗排污量不断增加。目前我国的节能减排水平与国外先进水平相比有着较大差距，我国制糖产业迫切需要开展制糖过程中节能减排，这不仅是制糖企业自身发展的迫切要求，也是实现产业技术和整体水平与国际接轨及我国经济持续发展总体要求的需要。
[0003]目前，国内糖厂都地处老少边穷地区，生产规模小，技术装备不配套，生产过程自动化、信息化管理程度低等均是导致能耗高、污染重的重要原因。近10年伴随国内糖产量的大幅提高，制糖工业技术也有较大发展，一些节能减排的技术装备相继应用到生产中，对降低行业能耗发挥了积极作用。制糖是个工艺流程较长的生产过程，各单元对生产能耗都有一定影响，由于前后工序在物料、能量等方面相互制约和影响，糖厂节能实际上是个系统工程，单元设备的低能耗不完全等同于整个生产的低能耗。因此，如何从制炼生产角度出发统一规划能量，使糖厂制炼各环节的设备系统均以最小的能量消耗完成生产任务，从而保证整个生产过程运行于低能耗状态，是当前研究的重要课题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，该方法通过糖厂制炼生产中各用汽设备各种参数收集，分析对比，利用计算机网络技术运行控制，对糖厂制炼生产中各用汽设备进行调控，可以产生较好的节能效果。
[0005]本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0006]一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，其特征在于包括以下步骤:。
[0007]I)采集糖厂制炼系统中各用汽设备的用汽参数、物料数据和生产状态参数，并进行存储；
[0008]2)根据糖厂制炼生产工艺过程，对步骤I)采集的参数进行分析，建立各用汽设备用汽关联数学式，以描述有效能损失相关物理量及物性参数，根据不同状态下的物性参数值和相关物理量对系统用汽和有效能损失关系的影响，进行相关数据分析和判断；[0009]3)根据关联数学式中相关数据，对各种生产状态变量、设备状态变量和过程状态变量的相关关系及对系统所起影响作用进行分析和归类；
[0010]4)确定起支配作用的决策变量，利用有效能损失相关物理量及物性参数的关联数学式，建立相应的数学模型方程，对任一组决策变量所决定的操作运行方案，建立系统用汽和有效能能损失的数学模型，从该模型得到一个系统总有效能损失值与其对应；
[0011]5)通过系统用汽和有效能损失的数学模型在全体集合的决策可行域中寻找一个满足约束条件的决策，使得系统用汽和有效能损失取得最小值；
[0012]6)建立基础算法，对用汽参数、物料数据和生产状态参数进行分析和对比，决策变量在约束条件下选取一定值，进行运算，基础算法在经过多次比较判断后确定出下一轮合理的搜索方向，向合理的搜索方向不断进行运算判断，得到较合理决策方案；
[0013]7)根据基础算法进行编程，完成决策软件；
[0014]8)决策软件运行，输入用汽设备参数、生产状态参数和生产的一个任意决策，运行基础算法，得到一个系统用汽和有效能损失取得最小值操作运行方案；
[0015]9)建立控制网络，根据系统用汽和有效能损失取得最小值操作运行方案对各用汽设备实行控制。
[0016]作为一种优选方案，步骤2)所述系统用汽和有效能损失关系，包括蒸发罐传热面上的有效能损失、管道中的有效能损失、冷凝造成的有效能损失和汽凝水造成的有效能损失。蒸发系统总有 效能损失Ex的计算可表示为:
[0017]Ex = Et+Ep+Ec+Es
[0018]式中，Ex为蒸发系统单位时间内总有效能损失，kj/h ；Et为系统单位时间中蒸发罐传热有效能损失，单位为kj/h ；EP为系统单位时间的管道有效能损失,单位为kj/h ；EC为系统单位时间内总的冷凝有效能损失，单位为kj/h ；ES为系统冷凝水造成的有效能损失，单位为 kj/h。
[0019]作为一种优选方案，步骤3)所述生产状态变量包括清汁流量、清汁浓度、糖浆流量、糖浆浓度，糖品质量和糖品数量；所述设备状态变量包括加热器、蒸发罐和煮糖罐传热面积；所述过程状态变量包括饱和水蒸汽温度、汽凝水的温度、各加热器加热温度、各蒸发罐糖汁锤度、各蒸发罐加热蒸汽温度、各蒸发罐加热蒸汽流量、各蒸发罐汽凝水流量、各煮糖罐加热蒸汽温度、各煮糖罐加热蒸汽流量和各煮糖罐汽凝水流量。
[0020]4、根据权利要求2所述的一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，其特征在于:
步骤4)所述用汽和有效能损失数学模型方程如下式所示:
[0021]
【权利要求】
1.一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，其特征在于包括以下步骤:I)采集糖厂制炼系统中各用汽设备的用汽参数、物料数据和生产状态参数，并进行存2)根据糖厂制炼生产工艺过程，对步骤I)采集的参数进行分析，建立各用汽设备用汽关联数学式，以描述有效能损失相关物理量及物性参数，根据不同状态下的物性参数值和相关物理量对系统用汽和有效能损失关系的影响，进行相关数据分析和判断；3)根据关联数学式中相关数据，对各种生产状态变量、设备状态变量和过程状态变量的相关关系及对系统所起影响作用进行分析和归类；4)确定起支配作用的决策变量，利用有效能损失相关物理量及物性参数的关联数学式，建立相应的数学模型方程，对任一组决策变量所决定的操作运行方案，建立系统用汽和有效能能损失的数学模型，从该模型得到一个系统总有效能损失值与其对应；5)通过系统用汽和有效能损失的数学模型在全体集合的决策可行域中寻找一个满足约束条件的决策，使得系统用汽和有效能损失取得最小值；6)建立基础算法，对用汽参数、物料数据和生产状态参数进行分析和对比，决策变量在约束条件下选取一定 值，进行运算，基础算法在经过多次比较判断后确定出下一轮合理的搜索方向，向合理的搜索方向不断进行运算判断，得到较合理决策方案；7)根据基础算法进行编程，完成决策软件；8)决策软件运行，输入用汽设备参数、生产状态参数和生产的一个任意决策，运行基础算法，得到一个系统用汽和有效能损失取得最小值操作运行方案；9)建立控制网络，根据系统用汽和有效能损失取得最小值操作运行方案对各用汽设备实行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，其特征在于:步骤2)所述系统用汽和有效能损失关系，包括蒸发罐传热面上的有效能损失、管道中的有效能损失、冷凝造成的有效能损失和汽凝水造成的有效能损失。蒸发系统总有效能损失Ex的计算可表示为:Ex = Et+Ep+Ec+Es式中，Ex为蒸发系统单位时间内总有效能损失，kj/h ;Et为系统单位时间中蒸发罐传热有效能损失，单位为kj/h ；EP为系统单位时间的管道有效能损失,单位为kj/h ；EC为系统单位时间内总的冷凝有效能损失，单位为kg/h ；ES为系统冷凝水造成的有效能损失，单位为kj/h。
3.根据权利要求1所述的一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，其特征在于:步骤3)所述生产状态变量包括清汁流量、清汁浓度、糖浆流量、糖浆浓度，糖品质量和糖品数量;所述设备状态变量包括加热器、蒸发罐和煮糖罐传热面积；所述过程状态变量包括饱和水蒸汽温度、汽凝水的温度、各加热器加热温度、各蒸发罐糖汁锤度、各蒸发罐加热蒸汽温度、各蒸发罐加热蒸汽流量、各蒸发罐汽凝水流量、各煮糖罐加热蒸汽温度、各煮糖罐加热蒸汽流量和各煮糖罐汽凝水流量。
4.根据权利要求2所述的一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，其特征在于:步骤4)所述用汽和有效能损失数学模型方程如下式所示:
5.根据权利要求4所述的一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，其特征在于:所述T0取值为298K ;所述h0取值为104.77kj/kg ;所述S0取值为0.367kj/kg.k。
6.根据权利要求4所述的一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，其特征在于:步骤4)所述决策变量为qE>1、qE,2、qE,3、qE,4和qE,5，其约束条件包括生产工艺条件、生产能力和控制指标Wu、qE,2> qE,3> 和qE,5分别为单位时间内从第I效至第5效蒸发罐抽出的汁汽量。
7.根据权利要求1所述的一种基于糖厂制炼系统的节能生产方法，其特征在于:步骤6)所述用汽和有效能损失数学模型，其约束条件既有等式约束，又有非等式约束，通过构造处罚函数将原问题转化为一系列无约束问题来解。
【文档编号】G05B19/418GK103592930SQ201310625628
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】黄向阳, 许广球, 郭剑雄, 陈骏佳, 陆浩湉, 高俊永, 莫柳珍, 卢隆飞, 孙潇, 梁磊, 谢武装, 符瑞华, 黄廷冠, 廖炳权 申请人:广州甘蔗糖业研究所