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换热网络高维多目标优化问题求解方法的研究

发布时间:2020-05-29 21:39
【摘要】:换热网络是过程工业系统中的重要环节,是能源回收利用的关键子系统,其设计的合理性直接决定了能源动力、石油化工等高耗能过程工业的可靠性、高效性和经济性。面对快速发展的当今社会,原有换热网络已不能满足现有能源回收利用方面的高标准、高要求,但这些换热网络经优化升级后仍具有很大的节能潜力。因此,优化、改造换热网络成为降低系统能耗、提升系统可靠性和经济性的重要措施。现有换热网络优化改造方法通常将公用工程费用、年度化总费用等经济性对象作为优化指标,然而改造时带来的产品利润流失情况、改造后系统对环境的影响情况均很少考虑。对于实际工业系统,多目标优化问题的研究具有很高的工程应用价值,但随着目标函数的增多,常见的进化优化算法(基于Pareto占优关系比较种群个体)应用效果越来越差。因此,本文引入NSGA-Ⅲ对换热网络高维多目标优化问题的求解方法进行研究,主要开展了以下工作:1、考虑了系统的停机改造会造成高昂的产品利润流失,以及改造的可行性等因素,通过将最小改造工程量作为目标函数来减少或避免换热网络改造时的利润流失和不可行情况;同时分析了换热网络改造前后环境影响量的组成,建立最小环境影响量的目标函数。2、建立以改造投资年度费用、公用工程消耗量(能耗)、改造工程量和环境影响量为目标的非等温混合分流分级超结构的换热网络MINLP模型,提出了系统的求解策略和方法。采用NSGA-Ⅲ对上述建立的模型进行了求解,获得改造后的换热网络结构和具体参数。3、应用上述建立的数学模型和求解策略,对不同规模的原有换热网络进行高维多目标优化改造,并对改造结果进行了对比分析,验证了本文所提求解方法的有效性和优越性。
【图文】:

能源消耗,数据来源,总量,情况


.1 课题背景与意义能源是人类社会发展和进步所必需的重要物质基础。能源技术的突破,能源业的持续发展是推进经济社会发展和国家强盛的动力。根据国家统计局相关数[1],由图 1-1 可知,近十年来我国能源消耗总量持续增长,最新数据显示 201总能源消费 44.9 亿吨标准煤,特别是工业消费占到了总能源消费的 64.6%。随国家经济增长的逐步放缓以及能源结构的持续改进,尽管我国能源消费增速放,再生能源消费份额良性提升,但中国的能源消费量依然居于世界首位,煤炭能源结构中的占比虽逐年降低但仍是能源消费中的主要燃料,如图 1-2 所示此,,面对当前能源资源短缺、能源供需失衡以及环境问题严峻等种种境况,节减排技术,尤其是工业节能改造成为国家能源改革中的重要组成部分。

能源消耗,数据来源,过程工业


浙江工业大学硕士学位论文组成了一个完整且通用的过程工业系统,Smith 和 Linnhoff[2]基于分布设计洋葱模型”(如图 1-3 所示),指出这三个子系统在能量利用方面是相互影响互制衡的[3,4]。因此,为提高过程工业系统能量利用率,既要使能量的产生送和利用合理有效,又要对能量进行合理的回收。换热网络能够回收利用工程中产生的余热资源,完成过程物流自身的加热或冷却,同时利用公用工程流加热或冷却到工艺生产所需要的条件(温度),是重要的能量回收系统,然是过程工业系统节能降耗的关键,对其进行优化综合和改造可以大大降低的复杂度,具有重大意义[4]。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O224

【参考文献】

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本文编号:2687540

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