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研究生:陳昱霖
研究生(外文):Yu-lin Chen
論文名稱:工廠廢熱回收設備配置最佳化規劃
論文名稱(外文):Optimal Equipment Installation Planning for Factory Waste Heat Recovery
指導教授:林君維林君維引用關係
指導教授(外文):Chun-wei Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:工業工程與管理研究所碩士班
學門:工程學門
學類:工業工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:93
中文關鍵詞:低溫廢熱有機朗肯循環工廠廢熱
外文關鍵詞:particle swarm optimizationOrganic Rankine Cyclelow temperaturewaste heat
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台灣工業蓬勃發展,工廠在生產過程中,需消耗大量的能源。然而,這些能源皆以熱能形式運用,熱能即占了總能源消耗量90%以上,其中僅有40%的熱能轉換成製程熱能、機械功、化學能及電力,其餘50%的熱能則以廢熱形式排放於環境中,造成能源浪費及環境汙染。對於這些工廠廢熱回收有許多種方式,其中有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle, ORC)系統能夠藉由回收工廠所排放的低、中溫廢熱,產生電力以降低工廠的能源成本,此外,ORC系統更是現今低溫熱能發電效率最高的技術。然而,ORC系統售價昂貴使得工廠對於投資保持觀望的態度,即使廠內有大量的廢熱。因此本研究建構一個廢熱回收設備配置利潤最大化的非線性數學模型,並經由粒子群演算法求解出最合適的發電機組配置數量及款式,最終將能協助工廠對於廠內廢熱進行有效的回收。
As Taiwan''s industry developed rapidly, the energy demand also rises simultaneously. In the production process, there’s a lot of energy consumed in the process. Formally, the energy used in generating the heat in the production process. In the total energy consumption, 40% of the heat was used in process heat, mechanical work, chemical energy and electricity. The remaining 50% were released into the environment. It will cause energy waste and environment pollution. There are many ways for recovering the waste heat in factory. Organic Rankine Cycle (ORC) system can produce electricity and reduce energy costs by recovering the waste of low temperature heat in the factory. In addition, ORC is the technology with the highest power generating efficiency in low-temperature heat recycling. However, most of factories are still hesitated because of the implementation cost of ORC system, even they generate a lot of waste heat. Therefore, this study constructed a nonlinear mathematical model of waste heat recovery equipment configuration to maximize profits, and generated the most desirable model and number of ORC system installed by using the particle swarm optimization method.
中文摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
一、緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 3
1.4 研究範圍與限制 3
1.5 研究流程 4
二、文獻探討 6
2.1 文獻架構 6
2.2 工廠廢熱 7
2.2.1 廢熱定義 7
2.2.2 廢熱特性 7
2.2.3 廢熱來源 7
2.2.4 廢熱溫度 9
2.2.5 廢熱回收方式 11
2.2.6 小結 12
2.3 有機朗肯循環發電系統 13
2.3.1 有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle, ORC) 14
2.3.2 有機朗肯循環發電機 18
2.3.3 小結 20
2.4 經濟效益分析 21
2.4.1 成本分析 21
2.4.2 貨幣之時間價值 22
2.4.3 小結 24
2.5 粒子群演算法 25
2.5.1 基本原理介紹 25
2.5.2 粒子群演算法之應用 28
三、研究方法 29
3.1 模型建構 29
3.2 模型條件限制 29
3.3 符號定義與說明 31
3.4 模型架構 34
3.5 數學模型 35
3.6 模型推演 43
3.7 粒子群演算法之建構 54
3.7.1 設定參數 54
3.7.2 更新法則 55
四、績效評估與案例分析 57
4.1 案例分析 57
4.1.1 鋼鐵業軋鋼廠之廢熱回收 61
4.1.2 化纖業蒸汽鍋爐產生廢熱氣體之廢熱回收 63
4.1.3 石化業廢熱氣體與冷凝水之廢熱回收 65
4.2 敏感度分析 69
4.2.1 變動電價與利潤之趨勢分析 69
4.2.2 變動發電機售價與利潤之趨勢分析 73
4.2.3 變動工廠的投資預算與利潤之趨勢分析 77
4.3 小結 80
五、結論與建議 82
5.1 結論 82
5.2 建議 82
參考文獻 83
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