Понятие комплексной оптимизации теплотехнологической
Установки
Целью комплексной оптимизации теплотехнологической установки является решение задачи оптимального ее проектирования. Комплексная оптимизация теплотехнологической установки заключается во взаимосвязанной и комплексной оценке влияния каждого элемента функциональной ее схемы (рис.3.2) (топливоподготовительной установки, рекуператора, теплового ограждения установки и самойустановки, устройства для утилизации теплоты низкопотенциальных газов послеу становки, тягодутьевых устройств) на совершенствование и повышение эффективности работы теплотехнологической установки с полной увязкой всех теплотехнических и экономических факторов. Задача комплексной оптимизации теплотехнологической установки решается поэтапно. На первых этапах оптимизируется работа отдельных его элементов с целью получения их оптимальных значений выходных параметров, то есть решаются задачи частной оптимизации. Процедура частной оптимизации является необходимым компонентом системы оптимального проектирования теплотехнологической установки. На последнем этапе, увязывая полученные математические решения в единую систему уравнений, получается окончательное решение для теплотехнологической установки в целом. При комплексной оптимизации теплотехнологической установки одновременно решаются задачи оптимизации теплового режима установки, конструктивных параметров ее рабочего пространства и футеровки, рекуперации теплоты высокотемпературных уходящих газов в рекуператоре установки и степени использования низкопотенциальной их теплоты после рекуператора в теплоутилизационной установке, подогрева мазута в топливоподготовительной установке (рис.3). В результате выполнения комплексной оптимизации теплотехнологической установки определяются оптимальные значения всех основных параметров. Это обеспечивает установление оптимального соотношения между расходом топлива, потерями на окисление металла, затратами на обеспечение качества его нагрева, а также достижение оптимальных пропорций в распределении капиталовложений между отдельными узлами и элементами агрегата, то есть тем самым достигается оптимизация внутренней структуры теплотехнологической установки с одновременным улучшением ее воздействия на окружающую среду. Глубина постановки и решения задачи оптимального проектирования теплотехнологической установки определяется количеством элементов ее функциональной схемы и числом варьируемых параметров.
Рисунок 3. Мнемосхема комплексной оптимизации теплотехнологической
установки при решении задачи оптимального ее проектирования
В качестве критерия оптимальности при комплексной оптимизации принимается оценка сравнительной эффективности инновационных инвестиций в тепло-технологическую установку по минимуму дисконтированных затрат. Данный критерий оптимальности полностью отвечает решению поставленной задачи оптимизации по всему комплексу определяющих параметров с учетом капитальных вложений и эксплуатационных расходов в сооружение и эксплуатацию теплотехнологической установки.
При сравнении вариантов окончательное решение принимается на основе комплексного анализа стоимостных и натуральных показателей. Вариант требующий меньших капитальных затрат и годовых эксплуатационных расходов по стоимостным характеристикам является наиболее выгодным. Снижение себестоимости выпускаемой продукции при одновременном повышении капитальных вложений еще не свидетельствует о народнохозяйственной эффективности. Поэтому только комплексный учет капитальных затрат и годовых эксплуатационных расходов может дать правильное решение.
Величина дисконтированных затрат определяется выражением
З = С + Р н К , (1)
где С - изменяющиеся годовые эксплуатационные расходы, руб/год. Они представляет собой денежное выражение потребленных на данном предприятии в процессе производства данного годового объема продукции средств производства 1/год.
Рн -норма дисконта инвестиций,
К - единовременные капитальные вложения, руб.
Эксплуатационные расходы при тепловой обработке материала складываются из двух групп затрат:
энергетические, связанные с использованием топлива и др. энергоносителей;
неэнергетические (технологические затраты и затраты по организации производства), состоящие из прочих видов затрат, связанных с осуществлением технологического процесса тепловой обработке материала.
Группа неэнергетических затрат состоит из следующих расходных статей:
затраты, связанные с потерями материала при его тепловой обработке;
затраты на подачу дутьевого воздуха для горения топлива и на отвод дымовых газов за пределы производственных зданий;
затраты на подачу и отвод охлаждающей воды, обеспечивающей надежность работы элементов теплотехнологической установки;
затраты на очистку рабочего пространства теплотехнологической
установки и ее элементов;
заработная плата производственного персонала;
текущий и капитальный ремонт теплотехнологической установки;
амортизационные отчисления;
затраты на обеспечение нормальных санитарно-гигиенических
условий труда.
Для упрощения решения поставленной задачи комплексной оптимизации теплотехнологической установки, при анализе ее работы затраты, связанные с потерей материала, охлаждающей водой, заработной платой производственного персонала, очисткой, обеспечением нормальных санитарно-гигиенических условий труда принимаются неизменными. Из всех текущих расходов переменной величиной, зависящей от исходных параметров, являются затраты на топливо, на подачу дутьевого воздуха и отвод дымовых газов за пределы теплотехнологической установки. Величины отчислений на реновацию, капитальный и текущий ремонт принимаются пропорциональными капиталовложениям.
В этих условиях выражение для величины дисконтированных затрат по теплотехнологической установке примет вид:
З n = ( S т + S ам + S в ) + Рн К, (2)
где S т - годовые затраты на топливо, руб. / год;
S ам - годовые отчисления на амортизацию, руб. / год;
S в - годовые затраты на подачу дутьевого воздуха, идущего для горения топлива и отвод дымовых газов за пределы теплотехнологической установки, руб. / год
S т = С т В; S ам = П К; S в = Сэ h (N т. д. V n + N т. д.Н р) (3)
К = Рр Н р + Р n V n + C т.д (Nт.д.. V n + Z Nт.д. H р)
где В - расход топлива, м 3 / ч или кг / ч;
Ст - годовая стоимость топлива, 
;
Н р - поверхность нагрева рекуператора, м 2 ;
Р р - капиталовложения в сооружение I м 2 поверхности нагрева рекуператора, руб. / м 2;
П - норма амортизационных отчислений, I / год;
V n - объем рабочего пространства теплотехнологической установки, м 3;
Р n - капиталовложения в сооружение I м 3 рабочего пространства теплотехнологической установки, руб./м 3;
Nт.д - мощность, затрачиваемая на обслуживание I м2 поверхности нагрева рекуператора ( на преодоление газового и воздушного сопротивлений ), кВт / м 2 ;
Nт.д. - мощность тягодутьевых машин, приходящаяся на I м 3 рабочего пространства теплотехнологической установки без рекуператора, кВт / м 3;
Ст.д - стоимость тяго-дутьевых машин, руб. / кВт;
С э - стоимость электроэнергии, руб. / кВт · ч;
Z - коэффициент запаса, включающий резерв по расходу и давлению тягодутьевых машин и мощности электродвигателя.
Стоимость расходуемого топлива оценивается по затратам на используемое топливо. В последние включаются затраты на добычу, транспортировку, хранение и подготовку к сжиганию этого топлива.