CN103793754B - 一种空分系统的能耗预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空分系统的能耗预测方法，包括以下步骤：采集不同规模的空分设备的能耗数据；对能耗数据利用最小二乘法进行拟合，获得空分设备能耗随空分规模的拟合方程；根据拟合方程通用式确定空分设备电耗；根据空分设备电耗和空分设备的技术功，计算不同规模空分设备的电效率η；根据计算的不同规模空分设备的电效率η确定空分设备的电效率η1；根据各空分设备的电效率η1,计算空分项目中各空分设备的电耗；根据空分项目中各空分设备的能耗，计算获得空分系统的能耗。本发明方法采用了拟合曲线和模型方程相结合，利用实测数据得到电效率的拟合曲线，实现了对空分系统能耗的准确预测分析。

Description

一种空分系统的能耗预测方法
技术领域
本发明涉及空气分离技术领域，尤其涉及一种空分系统的能耗预测方法。
背景技术
目前冶金及化工企业在考虑空分项目的建设规模时，要求氧氮氩产品除了满足自身生产外，仍需要有所富余，多余的氧氮氩产品通常运出厂卖掉。空分项目建设规模过大，虽然氧氮氩产品能够取得更多的利润，但是建设空分项目的初始投资增加，能耗增加。如何定量的研究能耗随空分项目规模的变化，从而根据市场行情确定空分项目的最佳建设规模，优化空分系统氧压机和氮压机的配置，对于钢铁企业降低能耗，提高经济效益具有重大意义。
例如对于待建的空分系统，可以根据预测的能耗及周围氧气产品及氮气产品的市场价格来判断是否能够盈利及盈利能力。也可以比较不同配置下的能耗结果来进行优化配置。例如对于将1套20000Nm3/h的氧压机和两套10000Nm3/h的氧压机相比较，能耗会增加多少，成本能节省多少。采用哪一种更能满足生产安全及降低成本及维护费用的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种空分系统的能耗预测方法，能在冶金及化工企业进行空分工程的配置时快速预测不同规模及不同配置下的能耗指标。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种空分系统的能耗预测方法，包括以下步骤：
1）采集不同规模的空分设备的能耗数据；
2）对采集的能耗数据利用最小二乘法进行拟合，获得空分设备能耗随空分规模的拟合方程通用式为y=a*x2+b*x+c，确定拟合方程的系数a、b、c；其中y表示空分设备电耗，x表示空分规模；
3）根据步骤2）获得的空分设备电耗和空分设备的技术功，计算不同规模空分设备的电效率η，
η=W/Wn，其中Wn为空分设备电耗，W为空分设备技术功；
4）根据步骤3）计算的不同规模空分设备的电效率η确定空分设备的电效率η1；
5）根据各空分设备的电效率η1,计算空分项目中各空分设备的电耗；
6）根据空分项目中各空分设备的能耗，计算获得空分系统的能耗。
按上述方案，所述步骤3）中空分设备技术功采用以下公式计算：
（1-1）
其中为空分设备技术功，qm为质量流量，为单位技术功；为吸气密度；为进入空压机的气体体积；为等熵指数；为气体常数，为进气温度；为空压机出口压力；为空压机进口压力；
按上述方案，所述根据步骤3）计算的不同规模空分设备的电效率η确定空分设备的电效率1的方法为平均值法。
按上述方案，所述根据步骤3）计算的不同规模空分设备的电效率η确定空分设备的电效率1的方法为利用最小二乘法进行拟合法。
本发明产生的有益效果是：
1. 本方法采用了拟合曲线和模型方程相结合的方式，利用实测数据得到了电效率的拟合曲线，将此拟合曲线用于空压机、氧压机及氮压机的能耗模型中，实现了对空分系统能耗的准确预测分析。
2. 利用本方法在空分项目中对各种规模下的能耗进行分析，可对不同空分规模或者同一空分不同配置下下的能耗进行预测。利用预测结果，可以对空分站进行相关的经济性分析和比较。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种空分系统的能耗预测方法，包括以下步骤：
1）采集不同规模的空分设备的能耗数据；
以空压机为例，通过钢铁企业实际采集部分数据如下：
对上述数据利用最小二乘法进行拟合，获得拟合曲线，设空压机能耗随空分规模的拟合方程通用式为y=a*x2+b*x+c；其中y表示空分设备电耗，x表示空分规模；
根据拟合曲线，求取各项系数a=-2x10-6,b=0.504，c=13.34,R2=0.990（相关系数）
根据能耗计算公式：
定熵过程的的技术功
（1-1）
—技术功/kW；
—单位质量技术功/kW·kg-1；
—吸气密度/kg·m-3；
—进入空压机的气体体积/m3；
—等熵指数；
—气体常数J·(kg·K)-1
—进气温度/k；
—空压机出口压力/kPa；
—空压机进口压力/kPa；
实际加压机消耗电功率
(1-2)
Wn—压缩机消耗的电功率/kW;
——压缩机的电效率，为熵效率、机械效率和电机效率的乘积。
外部参数如进气温度、压缩机进、出口压力、吸气密度、等熵指数、气体常数一定，根据空分规模可算出进气体积。根据进气体积及电耗等参数可以算出对应空分规模下的电效率。
计算得出不同规模下的电效率参数如下：
对上述数据利用最小二乘法进行拟合，设拟合后的电效率1随空分规模的拟合方程通用式为y=A*x2+B*x+C，
求取各项系数A =-2x10-11,B=4x10-6，C=0.461,R2=0.785（相关系数），
利用电效率拟合公式，结合公式（1-1）、（1-2）可得出在任意规模下的空压机系统的电耗。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种空分系统的能耗预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采集不同规模的空分设备的能耗数据；
2)对能耗数据利用最小二乘法进行拟合，获得空分设备能耗随空分规模的拟合方程通用式为y＝a*x2+b*x+c，确定拟合方程的系数a、b、c；根据拟合方程通用式确定空分设备能耗；其中y表示空分设备能耗，x表示空分规模；
3)根据空分设备能耗和空分设备的技术功，计算不同规模空分设备的电效率η，
η＝Wt/Wn，其中Wn为空分设备能耗，Wt为空分设备技术功；
所述步骤3)中空分设备技术功采用以下公式计算：
<mrow> <msub> <mi>W</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>q</mi> <mi>m</mi> </msub> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>V</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mrow> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mi>g</mi> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中，Wt为空分设备技术功，qm为质量流量，wts为单位技术功；ρ为吸气密度；V为进入空压机的气体体积；γ0为等熵指数；Rg为气体常数，T1为进气温度；P2为空压机出口压力；P1为空压机进口压力；
4)根据步骤3)计算的不同规模空分设备的电效率η确定各空分设备的电效率η1；
5)根据各空分设备的电效率η1，计算空分项目中各空分设备的能耗；
6)根据空分项目中各空分设备的能耗，计算获得空分系统的能耗。
2.根据权利要求1所述的能耗预测方法，其特征在于，根据步骤3)计算的不同规模空分设备的电效率η确定空分设备的电效率η1的方法为平均值法。
3.根据权利要求1所述的能耗预测方法，其特征在于，根据步骤3)计算的不同规模空分设备的电效率η确定空分设备的电效率η1的方法为利用最小二乘法进行拟合法。
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