系统优化设计范例6篇

系统优化设计

系统优化设计范文1

关键词:空调系统;节能优化;消耗

智能建筑节能是世界性的大潮流及大趋势,也是中国改革与发展的迫切要求,是21世纪中国建筑事业发展的一个重点。节能与环保是实现可持续发展的关键。从可持续发展理论出发,建筑节能的关键又在于提高能量效率,所以无论制订建筑节能标准还是从事具体工程项目的设计,都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。

一、暖通空调概述

1.暖通空调的工作原理

暖通空调的主要工作原理是制冷剂在空调制冷机组内的蒸发器中与冷冻水进行热量交换发生气化,这一过程会使冷冻水的温度降低,被气化后的制冷剂在空压机的作用下,会形成高压、高温的气体,当气体流经制冷机组的冷凝器时,则会被来自冷却塔的冷却水所冷却,从而是气体转变为低压、低温的液体,与此同时,被降温后的冷冻水经由水泵被送至空气处理机的热交换器中,随后与混风进行冷热交换形成冷风源,最后经由送风管路送入到各个房间。通过这样的循环过程,在夏季房间内的热量会被冷却水带走,流经冷却塔后释放到空气当中。

2.空调供水系统

通常情况下,冷冻水系统内的冷冻水管道均为循环式系统;变流量系统按照组成装置的不同,可分为相对变流量和真正变流量两种,其中真正变流量可以充分发挥变流量系统的节能潜力。

3.空气处理单元

在空气处理单元中,新风与部分回风经混合后形成混风,当混风经由热交换器冷冻水进行热交换后则形成送风。冬季时,混风能够吸收能量,从而是温度升高,夏季时,随着混风温度降低,送风进入室内后会与室内的空气进行热量的传递,最终将温度调节至房间所需的设定值。此时房间内的气体在排风机的作用下与新风混合后,重复上诉过程进行循环。由于混风和冷冻水的热交换过程是在热交换器中进行的,因此,热交换器属于暖通空调空气处理单元中较为重要的组成部分。当热交换器的工作状况处于部分负荷时,与设计工况是不同的,而在实际使用中,大部分时间热交换器都是处于部分负荷状态,也就是说其基本都处在非设计工况下工作,所以在进行设计时应尽量了解热交换器的这一特点。

二、暖通空调工程设计优化的重要性

其一,对暖通空调工程进行优化设计,不仅可以满足人们对工作和生活环境舒适性的要求,而且还可以使工作效率和生活质量有所提高;其二,由于暖通空调工程属于整个建筑中能耗较高的部分,所以对其进行优化设计,可以起到节约能源、提高能源利用率的作用;其三,随着直接数字控制器(DDC)、变频技术以及能源管理控制系统等的广泛应用,使暖通空调工程的优化设计策略和控制技术相辅相成,在节能降耗的同时,能够更好的对暖通空调系统进行指导和控制;其四,基于大部分暖通空调工程在设计之初,没能很好考虑季节变化、时间以及房屋的朝向等问题引起的冷负荷变化,致使这样的设计难免会造成能源的浪费,而对暖通空调工程进行优化设计后,可以从根本弥补这一缺陷,并且还能降低事故的发生几率;其五,由于在进行暖通空调设备选型时,通常都是按照设备的最大负荷进行计算的,并采用固定工作时间的方式运行。但是在大多数情况下,暖通空调都不是处于满负荷运行的,同时由于多种因素的影响,如阳光照射、建筑外部环境的温湿度、房间内部的负荷变化等,一旦采用固定工作时间运行,必然会导致设备的使用效率低下,使能源大量浪费。因此,为了调整空调系统的运行时间,作为施工单位,对暖通空调的运行比较了解,就必须配合设计人员对暖通空调工程进行优化设计,从而确保空调系统的运行效率,达到节约能源的目的。

三、暖通空调工程的优化设计方法

1.控制策略的优化

由于空气处理机的直接数字控制器(DDC)基本都是采用PTD进行控制的,所以选用一个较为合适的PTD参数能够起到促进空调系统稳定运行的作用。PTD的系数高,可以使室内温度较快的达到预定值,反之这一过程会较慢,但也并不是说PTD的系数越高就越好,一旦系数太高时很容易引起DDC控制器失稳。虽然PTD可以解决大多数场所的空调控制问题,但是有些特殊场所仅靠较高的PTD系数提高空调系统对负荷变化的响应速度是很难解决问题的,比如影剧院等大热惯性场所,对于这样场所可采用双级控制,即将温度传感器分别安装在室内和送风道上,由主DDC控制器完成室内温度的设定,而水阀的驱动则可由副DDC按照主DDC以及风道传感器的指令来完成,基于风道温度变化的速度要快于房间内温度的变化,采用这样的控制方式可以加速空调系统对温度波动的响应。在实际工程设计中,可以根据不同情况的需要,选择不同的优化控制,从而达到最优的效果。如,写字楼、大型商场等场所,夏、秋季在清晨时通过控制程序启动空气处理机,并利用室外的凉风对室内进行全面换气预冷,这样做不进可以节约能源消耗,而且还可以提高室内空气的质量。

2.控制权的优化设计

在某些特定的场合,如会议室,如果可以将空调或是通风系统的参数设定功能放置在现场,那么则能够更加符合用户的需要。然而DDC本身却并具备这样的功能,必须添设专门的部件才能实现。为了实现这一功能必要时可以添设VRV控制面板的设定器,它可以给用户带来极大的方便和舒适性。

3.DDC的优化

由于DDC控制系统的处理能力是不同的,所以应根据各个场合不同的需要,选择合适处理能力的DDC,如热力站监控点、冷冻机房等密集场合应优先考虑采用大型的DDC控制器,以减少控制器间的通讯和故障发生的频率;对于通风机、新风机、空气处理机等通常采用中型或小型的DDC即可满足使用需要。目前,可编程逻辑控制器(PLC)的发展速度较快,其应用范围也越来越广泛,因此,在暖通空调现场设备优化控制工程中,可适当加以采用,优化效果也是比较明显的。

4.控制网络的优化设计

在满足灵活性和可扩展性的基础上,空调系统控制网络的拓扑结构应尽量清晰、简化,无论是采用RS485总线或是LonTalk总线的控制网络都应如此。由于分级多、分支多的网络管理较为复杂,而且可靠性也比较低,虽然LonTalk总线在理论上能够组成任意的网络拓扑结构,但是这种设计具有很大的随意性,一旦运用不当,在工程实践中可能会有一定的技术风险,从而使空调系统的成本增加。因此,在没有特殊要求的工程中英尽可能使用RS485总线的控制网络,并采用手拉手环网的布线方式。

5.BAS监控中心

BAS监控中心主要负责的是监控整个空调、通风以及动力系统的工作状态,通常与安保监控和消防控制等系统共用一间机房,而该机房一般都离冷冻机房、锅炉房较远,在这里对空调系统中的关键设备进行远程操作显然是不合适的,因此,建议在冷冻机房和锅炉房现场控制室另设一台监控分站,并由该分站负责监冷冻机、锅炉监控功能,同时该分站授权局限为冷热源设备。

五、结论

能源目前显得比较短缺,特别是现在使用空调的人逐年增多。空调自身的含氟制冷剂本身就会导致臭氧空洞的形成,而且空调工程的高能耗问题还会产生更多的二氧化碳,引发一系列的环境问题。这就更要求我们去寻求一条节能的道路,来适应社会的发展。因此,研究空调的节能问题显得尤为迫切且重要。

参考文献

[1] 孙亚林.空调用冷水机组部分负荷性能与空调系统的匹配分析[J].科技资讯,2010(11).

系统优化设计范文2

新的系统选用2台37kW电机分别驱动一台A10VSO100的恒压变量泵作为动力源,系统采用一用一备的工作方式。恒压变量泵变量压力设为16MPa,在未达到泵上调压阀设定压力之前,变量泵斜盘处于最大偏角,泵排量最大且排量恒定,在达到调压阀设定压力之后,控制油进入变量液压缸推动斜盘减小泵排量,实现流量在0~Qmax之间随意变化,从而保证系统在没有溢流损失的情况下正常工作,大大减轻系统发热,节省能源消耗。在泵出口接一个先导式溢流阀作为系统安全阀限定安全压力,为保证泵在调压阀设定压力稳定可靠工作,将系统安全阀调定压力17MPa。每台泵的供油侧各安装一个单向阀,以避免备用泵被系统压力“推动”。为保证比例阀工作的可靠性,每台泵的出口都设置了一台高压过滤器,用于对工作油液的过滤。为适当减小装机容量,结合现场工作频率进行蓄能器工作状态模拟,最终采用四台32L的蓄能器7作为辅助动力源,当低速运动时载荷需要的流量小于液压泵流量,液压泵多余的流量储入蓄能器,当载荷要求流量大于液压泵流量时,液体从蓄能器放出,以补液压泵流量。经计算,系统最低压力为14.2MPa,实际使用过程中监控系统最低压力为14.5MPa,完全满足使用要求。顶升机液压系统在泵站阀块上,由于系统工作压力低于系统压力,故设计了减压阀以调定顶升机系统工作压力,该系统方向控制回路采用三位四通电磁换向阀,以实现液压缸的运动方向控制,当液压缸停止运动时,依靠双液控单向阀锥面密封的反向密封性,能锁紧运动部件,防止自行下滑,在回油回路上设置双单向节流阀,双方向均可实现回油节流以实现速度的设定,为便于在故障状态下能单独检修顶升机液压系统,系统在进油回路上设置了高压球阀9,在回油回路上设置了单向阀14。该液压站采用了单独的油液循环、过滤、冷却系统设计,此外还设置有油压过载报警、滤芯堵塞报警、油位报警、油温报警等。

2机械手机体阀台的液压原理

对于每台机械手都单独配置一套机体阀台,机体阀台采用集成阀块设计,通过整合优化液压控制系统,将各相关液压元件采用集约布置方式,使全部液压元件集中安装在集成阀块上,元件间的连接通过阀块内部油道沟通,从而最大限度地减少外部连接,基本消除外泄漏。机体阀台的四个出入油口(P-压力油口,P2-补油油口,T-回油油口,L-泄漏油口)分别与液压泵站的对应油口相连接。压力油由P口进入机体阀台后,经高压球阀1及单向阀2.1后,一路经单向阀4给蓄能器6供油以作为系统紧急状态供油,一路经插装阀3给系统正常工作供油。为保证每个回路产生的瞬间高压不影响别的工作回路,在每个回路的进出口都设置了单向阀,对于夹钳工作回路因设置了减压阀16进行减压后供油,无需设置单向阀。对于小车行走系统,由比例阀12.1控制液压马达21的运动方向,液压马达设置了旋转编码器,对于马达行走采用闭环控制,以实现平稳起制动以及小车的精准定位。为避免制动时换向阀切换到中位,液压马达靠惯性继续旋转产生的液压冲击,设置了双向溢流阀11分别用来限制液压马达反转和正转时产生的最大冲击压力,以起到制动缓冲作用,考虑到液压马达制动过程中的泄漏,为避免马达在换向制动过程中产生吸油腔吸空现象,用单向阀9.1和9.2从补油管路P2向该回路补油,为实现单台机械手的故障检修,在补油管路P2上设置了高压球阀8,为实现检修时,可以将小车手动推动到任意检修位置,系统设置了高压球阀5.2。对于双垂直液压缸回路,由比例阀12.2控制液压缸22的运动方向,液压缸安装了位移传感器,对于液压缸位置采用闭环控制,实现液压缸行程的精准定位,液压缸驱动四连杆机构来完成夹钳系统的垂直方向运动;为防止液压缸停止运动时自行下滑,回路设置了双液控单向阀13.1,其为锥面密封结构,闭锁性能好,能够保证活塞较长时间停止在某位置处不动;为防止垂直液压缸22因夹钳系统及工件自重而自由下落,在有杆腔回路上设置了单向顺序阀14,使液压缸22下部始终保持一定的背压力,用来平衡执行机构重力负载对液压执行元件的作用力,使之不会因自重作用而自行下滑,实现液压系统动作的平稳、可靠控制;为防止夹钳夹持超过设计重量的车轮,在有杆腔设置了溢流阀15.1作为安全阀对于夹钳液压缸回路,工作压力经减压阀16调定工作压力后由比例阀17控制带位置监测的液压缸23的运动,来驱动连杆机构完成夹钳的夹持动作,回路设置了双液控单向阀13.2,来保证活塞较长时间停止固定位置,考虑到夹钳开启压力原小于关闭压力(液压缸向无杆腔方向运动夹钳关闭),在液压缸无杆腔回路上设置了溢流阀15.3,调定无杆腔工作压力,当比例换向阀17右位工作时,压力油经液控单向阀13.2后,一路向有杆腔供油,一路经电磁球阀18向蓄能器19供油,当夹钳夹住车轮,有杆腔建立压力达到压力继电器20设定值后,比例换向阀17回中位,蓄能器19压力油与有杆腔始终连通,确保夹持动作有效,当比例换向阀17左位工作时,蓄能器19压力油经电磁球阀18与有杆腔回油共同经过比例换向阀17回回油口。紧急情况下,电磁换向阀7得电(与系统控制电源采用不同路电源),将蓄能器6储存的压力油,一路经单向阀9.11供给夹钳液压缸23,使夹钳打开,同时有杆腔回油经电磁球阀18,单向阀9.9回回油T口;一路压力油经节流阀10,单向阀9.3使液压马达21带动小车向炉外方向运动,液压马达回油经比例换向阀12.1,单向阀9.5回回油T口。以确保设备能放下待取车轮,退出加热炉内部,保护设备安全。

3结论

系统优化设计范文3

关键词:热工自动化;设计;优化

热工自动化系统在我国的应用非常普遍,被广泛的应用于电厂等领域,本文主要针对该技术应用于电厂的系统设计、实现及优化做简要阐述和说明。热工自动化系统旨在无人操作的情况下,实现自动化发电的设备体系,通过该系统在实际生产中的应用可以极大程度上缩短人工操作时间,从而提高工人的工作效率。最重要的是热工自动化的实现保证了工人的生产安全,降低意外发生指数。

1 热工自动化系统的设计方向

1.1 过程控制仪表的自动化

随着科学技术水平的不断提高,生产力的不断增强,在我国的许多生产领域上,自动化仪器的应用已经逐渐替代了热工的操作。热工自动化系统的设计方向重点是在于过程控制仪表的自动化。在很久以前,我国的许多生产厂就已经采用了过程控制仪表,而热工自动化系统正是将过程控制仪表进行升级,使其更加的智能化、自动化。过程控制仪表的使用对于人们来说极其重要,随着人们对电力需求的增长,电厂的各种排泄物、污染物也在威胁着人类的生存安全。对于电厂排泄物的检测就成为了重中之重要解决的问题,一旦排泄物超标,人们的安全便受到威胁,这就需要有精密的仪表来进行检测控制,以保证人们的生活安全不受侵犯。故而热工自动化系统的设计方向中最重要的就是对于过程控制仪表的自动化的设计。

1.2 支援系统的设计

在大多数工厂的实际生产中,由于生产任务量大、运行机器多,需要对这些机器进行密切的监视和管理。但是由于缺少足够的人员监控,这给运行人员造成很大困扰,因此支援系统的设计便派上了用场。该控制系统的设计一方面解决了人员不足的问题,另一方面极大程度上保证了工厂在生产运行过程中的安全。将热工自动化系统运用在支援系统的设计中,既保证了运行的自动化性从而缓解人工操作的压力,又能够精确地控制仪器的运行,提高工作人员的工作效率。在数字化机器的运行中,要做到对其进行实施监控,以保证机器在正常的运行轨道上运行。一旦有问题产生,及时修正和制止也成为了工作人员首要的任务,支援系统的设计可以很好的解决以上的问题,从而提高工厂在运行时的安全系数。

1.3 自律分布式控制系统的设计

自律分布式的系统的主要特点在于它的可控制性和可协调性,也是热工自动化系统中重要的设计。在一个大的工厂中,许多的机器设备在同时的运转,一旦有机器运转出现问题,自律分布式控制系统可以在第一时间对自己的工作状态进行调整,以保证工程的顺利进行,机器能够正常运转发电。该系统的设计理念在于该系统内的子系统是相互独立的,也就是说,一旦其中一个子系统出现问题不会影响其他子系统的正常工作,从而保证了工作效率不受影响。

2 热工自动化系统的优化措施

2.1 明确改造目标

目前我国热工自动化系统在实现上与预期效果还有差距,依旧存在很多问题需要改进。而我国目前工厂工作人员数量远远不够,因此想要在短时间内解决优化热工自动化系统的问题就需要提高工作效率。在一定的工作任务量下,明确改造目标是优化热工自动化系统的前提,只有目标明确了,以后的发展方向和优化措施才不会错。想要明确改造目标就必须了解热工自动化技术,全面了解它的具体内容以及它在应用时的缺陷才能够找到解决问题的方法,从而提高工作人员的工作效率,缩短工作时间。优化热工自动化系统旨在提高其安全性和提高能源的利用率。大家都知道我国的不可再生资源并不是取之不尽用之不竭的,而我国的可再生资源也是需要耗能才能转化过来的,因而提高能源利用率正是遵循了我国可持续发展原理,减少能源消耗,以保证未来的发展不受影响。提高热工自动化水平,令其可以更加智能的解决人们面临的问题,从而实现电厂的全面智能化。

2.2 制定长远的改造方案

对于偌大的热工控制化体系来说,完善其结构优化其性能并不是一朝一夕就可以完成的。只有制定了长远的改造方案,改造工程才能完成的更有保证。如果只看到了眼前的问题而没有从长远的角度出发,那么很可能在不久的将来新的问题就会产生。只有统筹全局,合理兼顾未来的发展来优化热工控制体系,才能够应用的更久更长。在技术设备的选择上也要选择性价比高的仪器,从长远角度出发,既不能为了节省资金而选择低质量的,也不能一味地追求高价钱而忽略性价比。只有从长远角度出发,制定分期的改造目标,逐步达成完善计划更可以提高工作人员信心,提高工作动力,从而保质保量的完成优化目标,提高工作效率。

2.3 服从管理,和谐统一

一个大的工厂中,一定要有核心的领导人来带领员工的发展,只有工作人员服从管理,整个研发系统的团队前进方向一致才能够走得更长更远。如果团队没有核心的优化理念,每个人的方向不同,那么即使在自己的领域再努力也达不到预期的想法和目的。众人拾柴火焰高,团队的力量远远大于每个人的力量,在热工自动化系统的优化过程中,设计到许多部门的沟通与配合。只有在统一的领导,合理的分工下,各个部门相互配合工作才能够在有限的时间内完成庞大的工作量。同时作为领导人,也要有掌控全局的意识,拥有丰富的实践经验可以更好的解决在热工自动化系统的优化中遇到的问题。只有正确的领导,各个部门的紧密配合才能够保质保量的完成优化任务,从而提高其在电厂中的应用地位,以减少人工操作的繁琐更好的为节约能源做贡献。

3 结语

总之,在我国科学发展力迅速增强的背景下,对电力的需求也在不断增加,而热工自动化系统的实现对电力的发展起到推动性的作用,完善热工自动化系统也就成为了重点要解决的问题。这就需要设计人员不但要明确设计目标并从长远角度来设计优化方案,更需要整个设计团队都能够团结协调的完成任务,齐心协力的优化热工自动化系统。为早日提高电厂的自动化水平做出努力,为整个国家的能源发展做出贡献。

参考文献

[1]霍耀光,侯子良,李麟章,陈厚肇,刘今,朱传锵.中国火电厂热工自动化技术改造建议[J].电力系统自动化,2004,(02):111-113.

[2]李建军,管春雨. DCS在300MW直流锅炉机组热工自动化改造中的应用[J].东北电力技术,2003,(10) :154-157.

[3]李阳春,夏静波.火电厂热工自动化的发展和展望[J].电站系统工程,2003,(06) :166-169.

系统优化设计范文4

关键词:循环流化床 电厂运煤系统 设计 优化

一、引言

循环流化床锅炉是新一代的流化床锅炉,1970年芬兰的Pyroflow炉型最先问世,之后原西德和美国的循环流化床炉型也相继推出,引起人们的广泛重视,并得到迅速发展。到80年代,循环流化床锅炉已被公认是自由前途的清洁高效燃煤技术之一。近年来德国公司又推出新式炉型,使循环床燃烧方式更加多样化并日趋完善。在整个循环流化床系统之中,煤燃料在循环床锅炉燃烧系统中正常输送是系统安全,可控运行的前提。因而煤燃烧输送技术成为发展循环床技术的重要环节之一,需要引起业内人士的高度重视。

二、循环流化床系统对煤燃料输送系统的要求

国内目前大力发展循环流化床锅炉的主要目的,就是使用常规锅炉所无法燃烧的石煤、煤矸石等劣质燃料以充分利用能源。同时它又具有高效低污染、燃料适应性广、负荷调节化大等优点,因此越来越被广大用户所欢迎和接受。但它的使用又较大的区别于常规锅炉,这就给循环流化床锅炉带了一系列的特点,并对其煤燃料输送系统提出了与常规电厂不同的要求。

从大多数厂家多年的经验教训看,上煤除灰渣系统是电厂的一个主要薄弱环节,据统计某热电厂近三年间的停炉事故中,上煤除渣系统就占到总事故停炉次数的40%左右,它突出的表现在以下几个方面:

1.设备的可靠性差。所用的破碎机筛子都是从现有产品中选用的,而这些产品并不完全使用破碎、筛分含有大量煤矸石的劣质燃料的要求,常常发生磨损、砸坏或湿煤粘结等问题而影响出力,甚至不能正常运行以致停炉。

2.设备电耗大。循环流化床锅炉本身燃煤量就较大,所配套的庞大燃煤输送系统又因上述原因而影响出力,使电耗大大上升,是厂用电耗高的一个重要因素。

2.灰渣量大,粒度粗。用水力除渣,灰渣泵输送,则有灰场存放问题,泵和管道磨损问题,水源也紧张,如用干式除渣,则必须有冷渣器使之冷却,锅炉容量大了,灰渣量大,用怎样的冷渣器,如何保证安全、可靠、稳定连续的运行也是一个实际问题。再如厂内用水力除渣,厂外用车辆运送的两则结合方式,也就是说,炉底部排放的灰渣,通过冲渣沟输送到固定的沉渣池内,然后再用抓斗渣吊装入车中,运往指定的灰场或综合利用点,这种除渣方式实际运用中应存在着许多问题.另外高温炽热的灰渣遇水后迅速汽化,产生大量的热气和灰尘,很不安全,同时也不利于文明生产和灰渣的综合利用。

三、设计方案

1.工程概况

某南方循环流化床电厂总的规划容量为2×135 MW+4×300 MW机组,已建4台机组,其中一期工程装机容量为2 X 135 MW,已于2005年投产;本工程为二期,装机容量为2×300 MW,分别于2008年6、9月投产。

2.设计方案

2.1燃用越南煤和本地煤。本地无烟煤作为设计煤种,越南无烟煤、本地煤矸石及本地无烟煤混煤作为校核煤种。燃煤以汽车运输为主,铁路运输为辅。

2.2电厂处于南方多雨地区,并燃用劣质无烟煤。为了保证电厂在雨季时能够安全稳定运行,贮煤场全部采用干煤棚方式贮煤,并采用桥式抓斗起重机配缝式煤槽和叶轮给煤机方式上煤。

2.3设置二级破碎、筛分系统,一级采用倾斜式滚轴筛及环锤式碎煤机,二级采用双转式细粒筛煤机、可逆锤击式碎煤机。

2.4运煤系统采用双路带式输送机布置,一路运行,一路备用。

四、设计优化方案

1. 卸煤方式的优化方案

根据常规设计,汽车卸煤方案采用自卸汽车加缝式煤槽方案为多。但此方案需设置足够的汽车卸车位及缝式煤槽,还需通过叶轮给煤机取料加带式输送机转运,占地面积大,设备及土建费用高。结合电厂实际地形状况,经与业主充分沟通,对汽车卸煤方案进行了设计优化,采取了不设汽车卸煤及转运设施,自卸汽车来煤直接卸到贮煤场方案。该方案优点是充分利用电厂厂区地形特点,节省了汽车卸煤及转运设施,避免了土石方的不平衡,从而大大减少了投资。

2. 筛碎系统优化方案

在细碎机前加装细粒筛煤机满足锅炉粒度要求的燃煤先经细粒筛煤机筛分后,不再进人细碎机,直接进入锅炉燃烧,有以下几个优点:避免了细煤被过破碎,这样不但降低了锅炉飞灰含碳量,而且有利于提高锅炉燃烧效率、锅炉安全稳定运行和降低分离器内细煤燃烧量,减少分离器内结渣;原煤经细粒筛煤机筛分,细煤不进入细碎机,减少对高速回转锤头磨擦,延长细碎机锤头使用周期,减少更换锤头工作量和检修费用;细碎机入料口星正压,工作时粉尘经进料口向上喷放,容易造成环境污染,装上细粒筛煤机后,细碎机造成的粉尘向上喷放又受到细筛的阻隔,粉尘污染大为降低。

五、结语

在今后相当长的时期内,我国的能源消费中,煤炭将一直占据主要地位。由于资源及运输等原因,一些燃煤电站要燃用当地的低质煤,包括高硫煤。另外,随着对环境保护问题的日益重视,我国对污染物排放的限制也会更加严格。这些因素必将会促进循环流化床系统在我国的发展和应用,因此,在实际工作之中,加强对循环流化床电厂运煤系统设计及优化方案的分析和研究具有非常重要的现实意义。

参考文献

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关键词:排水管道系统;优化设计;平面布置

Abstract: In the municipal construction and environment treatment project construction, storm water and sewage pipe systems often account for a large investment ratio, and how to meet the specified conditions and rational design urban drainage pipeline system is an important topic in the design. discusses method and problems in the development the design system of drainage channels calculation from optimal design of pipeline has been set, the layout of the pipeline plane optimize and storm water runoff model.Key words: system of drainage channels; optimal design; layout

中图分类号:TU992.2文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)03-0020-02

城市排水系统是城市基础设施建设的重要组成部分,主要由排水管网和污水处理厂组成。城市排水管网系统选择何种方式收集、输送、排放雨污水(即排水体制)是城市排水系统规划中的首要问题,它不仅影响排水系统的设计、施工、维护和管理,而且对城市规划和环境保护也将产生深远影响,同时还影响工程的总投资、初期投资和运行管理费用。[1 ]

城市排水系统是城市水污染防治和城市排渍防涝、防洪的骨干工程,担负着收集城市生活和工业生产等污水、及时排除城区内雨水和流经市区雨水的任务。排水工程设施的建设直接影响着城市的发展格局、景观和环境卫生,甚至关系到城市的安全。在城市排水系统的规划过程中对排水系统进行详细模拟,可以系统地评估规划方案对城市水环境的影响,从而为规划方案的调整和优化提供理论性的指导,这一实践在国际上已经成为排水系统规划的重要内容。[2 ]

排水管网系统的平面布置优化对于城市排水管网规划具有重要的作用,它直接影响到整个管网系统的合理性和经济性。目前,国内外对给定的管网布线条件下,污水管线的管径、埋深、坡度等管道参数的优化方面进行了大量的研究,但对于污水管网系统平面布置优化的研究甚少。现有的管网平面布置优化中采用图的类型多为有向图,管段的权值为固定值,但实际工程中,由于水的实际流向和规定流向常有一定的差别,管段权值随着敷设方案的变化而发生变化,造成最终优化结果存在一定的误差。本文结合生成树理论,考虑网络权值变化对生成树的影响,并采用无向图的方法对管网平面布置进行优化。

传统排水管道系统的设计计算方法是:设计人员在掌握了较为完整可靠的设计基础资料后,按照管道定线和平面布置的原则,确定出一种较为合理的污水管道平面布置图。然后计算出各设计管段的设计流量,以水力计算图或水力计算表及有关的设计规定作为控制条件,从上游到下游依次进行各设计管段的水力计算,求出各管段的管径、坡度以及在检查井处的管底标高和埋设深度。计算中,一般只是凭经验对管段的管径和坡度等进行适当的调整,以求达到经济合理的目的,但其合理程度受到设计人员个人能力的限制;另一方面,大多数计算采用反复查阅图和表的方法进行,工作效率低,时间长,不利于设计方案的优化。

自20 世纪60 年代开始,国际上在经验总结和数理分析的基础上,逐步建立起了各种给水排水工程系统或过程的数学模型,从而发展到了以定量和半定量为标志的给水排水工程“合理设计和管理”的阶段。与此同时,对于各种类型的给水排水系统,开展了最优化的研究和实践。为了探求排水管道系统的最优设计计算方法,国内外许多科研、设计、教学单位和个人进行了不少的工作,发表了大量的文章。从研究成果来看,应用计算机进行排水管道的设计计算,不仅把设计人员从查阅图表的繁重劳动中解脱出来,加快了设计进度,而且整个排水管道系统得到了优化,提高了设计质量。所确定的最优方案与传统方法相比, 可降低10 %以上的工程造价。

排水管道系统是一个庞大而复杂的系统,从已有的研究成果来看,其设计计算主要涉及到三方面的内容: (1) 在管线平面布置已定情况下进行管段管径-埋深的优化设计; (2) 管线平面布置的优化选择;(3) 雨水径流模型的建立。合流制排水管道系统通常具备溢流设施,用以限制输送至当地污水处理厂的水量。由于溢流出来的雨水也就近排入河道,因此从水量角度而言,合流制排水系统对于排水区域的影响与分流制雨水系统实际上是相同的。[3 ]

最优化方法一般分为两种:间接优化法和直接优化法。间接优化法也称解析最优化,它是在建立最优化数学模型的基础上,通过最优化计算求出最优解;而直接最优化方法是根据性能指标的变化,通过直接对各种方案或可调参数的选择、计算和比较,来得到最优解或满意解。

在排水管道优化设计中,应用直接优化法者认为:虽然排水管道计算采用的水力计算公式很简单,但由于管径的可选择尺寸不是连续变化的,不能任意选择管径;最大充满度的限制又与管径大小有关;最小设计流速、流速变化(随设计流量增加而增大) 及其与管径之间的关系等约束条件都很复杂,也不能用数学公式来描述. 因此,很难建立一个完整的求解最优化问题的数学模型来用间接最优化方法求解。 相对而言,用直接最优化方法来解决这个问题具有直接、直观和容易验证等优点。

应用间接优化方法者认为:随着优化技术的发展,尽管排水管道系统设计计算中存在着关系错综复杂的约束条件,只要对其中的某些条件做适当的取舍,合理地应用数学工具,就可以把它简化、抽象为容易解决的数学模型,通过计算得出最优解。 间接优化方法主要分以下几类:线性规划法、非线性规划法、动态规划法、两相优化法、罚函数离散优化法、混合整数规划法、电子表格法、遗传算法等。

遗传算法( Genetic Algorithms ,简称GAs) 是模拟生物学中的自然遗传而提出的随机优化算法. 近年来,它显示出比传统优化方法更大的优越性,并越来越广泛的被应用于解决水力和水资源问题. 因为它对目标函数没有可微可导的要求,因此可用于解决复杂的、不连续的、非线性的问题. 作为一种优化工具,GAs 已经成功的应用于建立水质与径流质管理模型和城市排水管网的实时控制. 在管网优化设计中,它采用规格管径作为状态变量,可以同时搜索可行解空间内的许多点,通过选择、杂交和变异等迭代操作因子,最终求得满意解. 一般在解决中小型管道系统优化设计时,可以求得最优设计方案. 尽管搜索方法具有一定的随机性,在解决大型管道系统问题时,遗传算法仍可以求得趋近于最优解的可行方案. [4 ]

在排水管网系统优化设计技术的发展和应用过程中,间接优化法和直接优化法同时存在,并且两者都在不断地改进,逐步趋于完善. 两种方法的共同点是都以设计规范及管径、流速、坡度、充满度间的水力关系为约束条件,以达到费用最小为目标.

城市排水管道多敷设于纵横交错的路网之下,污水由各支管的起端进入,经过干管收集汇入主干管,最终进入污水处理厂进行处理,形成了以污水处理厂为根节点的不含圈的连通图,即树。具有N 个污水处理厂的排水管网系统形成N 棵以污水处理厂为根节点彼此不相连通的树。因此,可采用最小生成树理论对污水管网平面布置进行优化。根据该理论,污水管网平面布置的优化可以简化为构造N棵以污水处理厂为根节点的最小生成树,优化目标是使污水收集管网的投资费用最省。

污水管网平面布置优化的目标就是在约束条件下,最终生成以污水处理厂为根节点的最小生成树的优化布置结构。其中生成树每条边的费用与其管段流量、埋深、提升泵站数量有关,并且随着生成树节点数目的增加而发生变化。在生成树优化过程中,按照最大设计充满度、最小流速控制下的最小坡度,确定管段流量和选取管径之间的对应关系,并按最小坡度进行埋深的递推计算,即随着管线距离的增加,根部管线的埋深逐渐增加,当达到最大埋深时,增设提升泵站,后续管线的埋深从提升泵站开始继续进行递推运算;另外,管段遇到较宽的河流时,亦增设提升泵站。[5 ]

无论国内还是国外,在排水管道系统设计的理论计算和工程应用上均已取得很大的成果,也仍然存在着许多期待解决的问题。随着计算技术和系统方法的发展,更好地研究开发排水管道系统设计计算软件是必然的发展趋势。

参考文献:

[1]王淑梅,王宝贞,曹向东等.对我国城市排水体制的探讨[J].中国给水排水2007,23(12):16~21.

[2]董欣,陈吉宁,赵冬泉. SWMM模型在城市排水系统规划中的应用[J].给水排水2006,32(5):106~109.

[3]王之晖,宋乾武,代晋国等.排水管网系统平面布置的优化设计研究[J].给水排水2006,32(5):100~103.

系统优化设计范文6

关键词:污水管网系统优化设计

Abstract: water is the source of all things, and People's Daily life is one of the indispensable resources, and who after people after use become the sewage, both sewage also have industrial waste water etc. Along with the increase of population, the development of urbanization process, sewage emissions increase sharply, tests the city sewage pipe network system of drainage capability, and build up an economic, effective sewage system of the current urban development is one of the important tasks. This paper sewage pipe network system optimization and the significance of the optimization of the method and the optimization of the steps to analyze, to the sewage pipe network construction engineering reduce costs, improve drainage ability help.

Keywords: sewage pipe network system optimization design

中图分类号:[TU992.3] 文献标识码:A 文章编号:

一、 污水管网系统优化的意义

污水管网是由污水管道以及污水检查井等组成的管网系统,其主要承载在及时收集,安全输送污水到设定的污水处理设施当中,避免污水对自然环境造成污染,保护人民正常的生活而后健康的任务;待污水经过一定的净化处理之后再次利用,保障人民日常生活和工业所需。科学有效完善的污水管理是衡量一个城市管理能力的重要因素之一,更是现代化城市的重要标志之一。

当期我国城市化进程加快,城市人口不断增加考验着城市的承载能力的同时也对城市的污水管网提出严峻考验,而实际中我国多数城市污水管网普遍存在不完善的情况,诸如随意排放污水,借道街道以及河道进行排水的现象比比皆是;即使铺设有污水管道的城市却也存在排水能力弱,污水易泄露的问题;污水管网设计不科学,施工不合理,造价高,效果差也是当前需要加强解决的难题。这些问题汇聚在一起,对城市现代化的发展造成了极大的影响,基础设施建设不完善,对人民的生活、生产带来很大的影响。虽然不少城市在污水管网建设上加大了资金的投入,提升了污水管理系统,但与欧美等发达国家相比不仅在处理能力存在着巨大差距,而且在资金的投入上以及后期的维护上也是难以望其项背。因而,如何设计出既能满足于城市污水收集和排放的需求,又能降低施工成本的科学高效的污水管网,缩小我国和发达国家的差距,为城市的发展提供完善的基础设施,这正是优化污水管网的意义所在。

二、污水管网系统的主要组成部分

(一)室内污水管道系统及设备:

室内污水管道系统和设备的作用是收集生活污水并在安全状态下排放到室内污水管道之中,承担着部分环保的功效。在民用住宅以及公共建筑内,污水管道系统即使人们污水收集和处理的容器,也是人们用水的容器,生活污水经过污水管道的输送到室外污水处理系统是污水管网的重要组成部分和施工中的必不可少的环节。

(二)室外污水管道系统

室外污水管道系统是室内污水管道系统的延伸,更是城市污水管网设计和施工中的重要环节,在设计和施工不仅要考虑地形和建筑物的限制更要综合考虑成本因素。通常室污水管道系统修建在地面以下依托于重力流的作用将污水运输到污水处理或污水处理厂等进行污水的净化处理。一般分为:街道管理系统以及小区管道系统,两者既有相同之处也有着彼此区别。首先都是建立在居住区附近;其次,前者是铺设在街道之下,用以运输小区管理输送而来的污水,而后者则是铺设在居民小区内,承担的是收集和运输小区范围内的污水,再经过街道管道运输到污水处理地。

(三)污水泵站及压力管道

污水泵是污水运输和处理系统中重要组成部分,由于生活污水中夹杂有其他物质容易造成污水泵的堵塞甚至是导致污水泵电机的烧毁,因此污水泵站就承担着维护和及时调换污水泵确保污水及时安全的运输的重任。污水泵站通常有两种类型:其一,设置于污水管道系统中用于提升污水的高程;其二,设置于污水处理厂用于提升污水的污水泵站后续污水处理工艺提供水流动力。

(四)污水处理厂

污水处理厂是污水收集和运输的最终环节也是污水净化后再利用的起点之处。污水厂是污水管网设计中最重要的组成部分之一,尤其是工业污水只有经过污水处理厂的处理之后达到国家规定的标准才能允许排放。当前我国工业处于发展期,在污水处理上还需要不断加强技术研究和资金的投入以确保污水得到有效治理。

处理污水、污泥的一系列构筑物及附属构筑物的综合体称污水处理厂。

(五)出水口及事故排除口

出水口及事故排除口是污水管网中终点设备,是城市污水排放的出口地更是污水收集或处理中紧急情况或事故的必不可少的辅助设备,是确保污水安全排放的重要设施,更是污水管网系统优化设计中重要环节。

三、污水管网系统优化的步骤

(一)明确目标

在污水管网系统的优化中首先就是要确定优化的目标,包括预算指标、功能指标、使用年限指标等。根据实际情况科学合理的预测优化过程中可能会遇到的困难,并建立目标基本变量变化的函数关系,综合现有物力、财力、人力等综合因素,寻求最优以、最经济、最科学的优化方案。

(二)细化构成要件

由于污水管网系统从设计到施工设计到众多环节,面临着众多的多变量、多目标、多层次的复杂系统,因此在污水管网系统的优化设计中就需要对其中各个构成要件进行细化、组合、简化。也即把一个较为复杂的排水系统,通过细化构成要件使之成为既能有效的反映出污水管网的关键要素又能定量表达和模拟优化的替代系统。

(三)确立数学模型

随着计算机技术发展,污水管网的设计优化可以通过在计算机软件来模拟现实,通过抽象化的数学形式反映出设计中存在的问题以达到前期优化的目的。数学模型的建立需要综合考量设计变量、目标函数、约束条件,使三者相互作用,达到一个理想的状态。其一、在设计变量中参数的选取应根据实际中的工艺以及使用要求进行设定;其二、在确定设计变量之后,就可以通过一定的公式形成设计变量的函数,即F(X)=F(X,,X2AA)以指导后期工程优化设计;其三、设定约束条件,由于所有设计方案并不是工程实际都能接受的。因此.在优化设计中.必须根据实际设计要求.对设计变量的取值加以种种的限制。设计约束一般表达为设计变量的不等式约束函数和等式约束函数。

(四)模型的检验和优化

确立模型之后需要对其进行检验和在优化以达到最终实际施工的最优的目的。在检验中可运用多目标最优化方法进而作出相应的程序设计,并通过现代计算机技术分析和计算出最优值。当前结合实际问题进行分析时,还难以达到十分理想的状态,对污水管网系统的优化还处于“满意解”的程度,“最优解”还属于未来探索阶段。因此,在模型的检验和优化过程中在确定影响求解的关键要素和参数的基础上找到一个较为合乎理想的满意解。

四、污水管网系统的方法

(一)直接优化得出满意解

直接优化法即通过收集排水管道各项性能指标的变化,直接进行方案和参数的修改,以达到最优解或者满意解,但从实际优化情况中可以得出直接优化法取得的大都是满意解。具体是运用“电子表格”统计数据和分析数据的功能进行污水管网优化的,由于不需要设计到过于复杂的运算可以快捷的得出最小费用的设计。

(二)合理利用线性规划

线性规划法是污水管网优化设计中最为常用的方法之一,通过一级泰勒展开式代替,使迭代点序列逼近非线性规划的最优解。虽然可以接近非线性规划的最优解但是线性规划依旧存在着计算管径与市售规格管径相矛盾的问题,因此当前推出了混合整数规划法,很好的解决了线性规划的部分缺点。

(三)科学运用非线性规划

它可以优化选择排水管道的直径和埋深,以及中途泵站的位置。其假定管径是离散的,易于对目标函数和约束条件进行敏感性分析。但是该方法极大地限制了目标函数和约束条件的形式。罚函数离散优化法将排水工程的特点与罚函数离散思想相联系,可以排除不合理的设计方案,以管系末端管底标高为全局控制因素,建立与目标甬数的可行解对应关系。并通过同时进行整体控制与局部控制的水力计算方法。遍历目标函数的可行解及局部最优解,从而得到管系的全局最优设计方案

结语

污水管网是保障人们生活和城市健康发展的基础设施之一,在城市的发展中起着举足轻重的作用。随着国内众多研究人员对污水管网的研究,当今在污水管网系统的优化设计上也取得了众多方法,为城市的可持续化发展提供了良好保障,但与发达国家相比还存在着差距。因此在未来发展中,还需要加大研究和资金投入的力度,总结经验得出最优的设计方案,达到有效处理污水,降低工程造价的目标。

参考文献:

[1] 卜秋平.城市污水管网的建设与管理[M],化学工业出版社,2006年

[2] 未碧贵,张洪伟.给水排水管网设计[M],中国建筑工业出版社,2011年

[3] 邢丽贞.给排水管道设计 [M],化学工业出版社,2009年