(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110484537.X (22)申请日 2021.04.3 0 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113191083 A (43)申请公布日 2021.07.3 0 (73)专利权人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 刘明　封又琳　杨凯旋　严俊杰　 刘继平　邢秦安　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06N 5/00(2006.01) G06N 7/00(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01)(56)对比文件 CN 106907932 A,2017.0 6.30 CN 105955210 A,2016.09.21 CN 102880795 A,2013.01.16 CN 110864274 A,2020.0 3.06 CN 108731490 A,2018.1 1.02 CN 112364556 A,2021.02.12 CN 108008629 A,2018.0 5.08 US 2009277173 A1,20 09.11.12 AU 201620 0020 A1,2016.01.28 WO 20170 50207 A1,2017.0 3.30 WO 2019233134 A1,2019.12.12 WO 2016013094 A1,2016.01.28 李子奥等.使用净现值法优化 余热回收换 热 器. 《工业加热》 .2017,(第0 3期), Wensheng Zhao 等.Numerical simulati on and analysis of the hot air recirculati on phenomenon observed i n direct air- cooled system. 《20 08 3rd IE EE Conference o n Industrial Electro nics and Ap plications》 .2008, 彭根南.余热锅炉排烟温度参数优化. 《华中 理工大学学报》 .19 98,(第07期), 王勇.油田注汽锅炉烟气余热回收节能经济 性分析. 《财经界(学术版)》 .2016,(第0 5期), 审查员 姚培 (54)发明名称 考虑全工况外部参数变化的烟气余热回收 系统优化设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑全工况外部参数变 化的烟气余热回 收系统优化设计方法， 该方法依 据各智能优化算法的工作原理和特性将其耦合 运用于烟气余热回收系统优化设计， 通过合理地 构建设计优化流程， 实现了对全工况外部参数变 化的条件下综合技术经济效益最大的余热回收 系统设计构型的有效求解； 由该方法获得的余热回收系统综合 技术经济性高、 适应性强、 灵活性高。 权利要求书3页 说明书6页 附图1页 CN 113191083 B 2022.12.02 CN 113191083 B 1.一种考虑全工况外 部参数变化的烟气余热回收系统优化设计方法， 其特 征在于： 烟气余热回收系统由h个换 热器HEk及换热器间管路阀门系统连接构成， k ＝1～h； 该烟气余热回收系统优化设计方法以获得全工况外部参数变化的条件下综合技术经 济效益最大的余热回收系统设计构型S0为最终的优化目标； 在各阶段以系统技术经济性最 大为优化目标； 在利用热力计算模型采集离散数据样本以建立代理模型阶段以换热器HEk 的设计面积Ak、 换热器HEk的工质进出口流量Dl、 换热器HEk的工质进出口设计温度tg为待优 化参数； 在采用运筹 学规划方 法优化阶段以设计温度Td和设计负荷Nd为待优化参数， 采用运 筹学规划方法配合代理模型进行优化求解获得最优设计负荷Nd0及最优设计温度Td0， 并进 一步获得最终的最优余热回收系统设计构型S0； 具体包括如下步骤： (1)建立描述系统热力特性的烟气余热回收系统热力计算模型； (2)利用烟气余热回收系统热力 计算模型采集离散数据样本以建立烟气余热回收系统 代理模型： 离散数据样本采集的流程为： 输入一组设计负荷Nd,i和设计温度Td,i， i＝1～n， 由所建 立的烟气余热回收系统热力计算模型， 采用多参数智能优化算法以烟气余热回收系统使用 年限间的总净现值 最大为优化目标， 优化得到这组设计参数 下最优的设计构型Si； 由最优的设计构型Si的构型参数， 输入一组变运行负荷Nj和变环境温度Tj， j＝1～m， 结 合烟气余热回收系统调控措施， 由所建立的余热回收系统热力计算模型得到变工况下换热 器HEk工质进出口温度tk,j,i及变工况 下最优的设计构型Si在使用年限间的总净现值 NPVj,i； 基于人工智能算法建立描述换热器HEk工质进出口温度及烟气余热回收系统使用年限 间的总净现值与设计负荷、 设计温度、 变运行负荷、 变环境温度之间函数关系的烟气余热回 收系统代理模型： (NPV,tk)＝f(Nd,Td,N,T) 式中： NPV为烟气余热回收系统使用年限间的总净现值， 元； tk为换热器HEk工质进出口 温度， ℃； Nd为设计负荷， W； Td为设计温度， ℃； N 为变运行负荷， W； T为变环境温度， ℃； (3)采用多阶段随机规划方法配合烟气余热回收系统代理模型进行优化求解， 以设计 温度Td和设计负荷Nd为待优化参数； 以在情景集bs下的期望总净现值最大为优化目标函数， s＝1～E， 即： 式中ps为情景bs所对应的概率； NPVs为烟气余热回 收系统在情景bs下系统使用年限间的 总净现值， 元， 当情景bs下的换热器HEk工质进出口温度tk,s满足换热器运行温度约束时 (NPVs,tk,s)＝f(Nd,Td,Ns,Ts) 当情景bs下的换热器HEk工质进出口温度tk,s不满足换 热器运行温度约束时 NPVs＝0 约束条件为换热器HEk运行温度约束和随机运行负荷Ns、 随机环境温度Ts对应于情景bs 的约束： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113191083 B 2Ts∈bs{TL…T…TH} Ns∈bs{NL…N…NH} 式中tk,s为情景bs下换热器HEk工质进出口温度， ℃； th,s为情景bs下尾部换热器HEh出口 烟气进入除尘器ESP的温度， ℃； T为变环境温度， ℃； N为变运行负荷， W； TL为变环境温度T的 下限， ℃； TH为变环境温度T的上限， ℃； NL为变运行负荷N的下限， W； NH为变运行负荷N的上 限， W。 2.根据权利要求1所述的考虑全工况外部参数变化的烟气余热回收系统优化设计方 法， 其特征在于： 进 行离散数据样本采集时采用带精英策略的非支配排序遗传算法NSGA ‑II 作为多参数智能优化 算法， 优化得到相应的最优设计构型Si。 3.根据权利要求2所述的考虑全工况外部参数变化的烟气余热回收系统优化设计方 法， 其特征在于： 采用带精英策略的非支配排序遗传算法NSGA ‑II进行优化设计时其目标函 数为： 烟气余热回收系统使用年限间的总净现值NPV最大； 待优化参数为： 换热器HEk的设计 面积Ak k＝1～h， m2、 换热器HEk的工质进出口流量Dl l＝1～2h， kg/s、 设计 点处换热器HEk的 工质进出口温度tg g＝1～y即： maxNPV＝ NSGA(Ak,Dl,tg) 约束条件为： 式中tk为换热器HEk工质进出口温度， ℃； th为尾部换热器HEh出口烟气 进入除尘器ESP的 温度， ℃； Dl,min为换热器HEk的工质进出口流量的下限， kg/s； Dl,max为换热器HEk的工质进出 口流量的上限， kg/s。 4.根据权利要求1所述的考虑全工况外部参数变化的烟气余热回收系统优化设计方 法， 其特征在于： 烟气余热回收系统在使用年限z内的总净现值 NPV的计算方法为： CIx＝Δb·NR·Pc·hour 式中： NPV为总净现值， 元； x为使用 年限z年中的第x年； z为烟气余热回收系统使用年 限； CIx为第x年的收益， 元； COx为第x年的成本， 元； r为基 准收益率； Δb为烟气余热回收系统 的标准煤节煤率， k g/kWh； NR为汽轮机额定功率， kW； Pc为标准煤煤价， 元/k g； hour为烟气余 热回收系统的年运行小时数， 小时/年； E为烟气余热回收系统的总建设成本， 元； EHEk为换热 器HEk的建设成本， 元； Et为烟气余热回收系统年维护费、 管理费及材 料费的总和。 5.根据权利要求4所述的考虑全工况外部参数变化的烟气余热回收系统优化设计方权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113191083 B 3