基于分步综合的多时期换热网络设计

发布时间：2017-09-06 19:44

  本文关键词：基于分步综合的多时期换热网络设计

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【摘要】：换热网络普遍存在于过程工业的能量回收系统中,其设计的合理性和高效性直接关系着工业系统的整体性能。针对不同操作时期换热需求的不同,为了提高热交换效率,换热网络的结构应随之变化。换热网络的综合问题,即是在各种条件允许的情况下,充分利用工艺物流的能量,减少公用工程消耗,同时对换热网络进行优化和调整,进一步节省设备投资成本,从而使得网络的总投资费用最小。本文针对多时期换热网络的综合问题开展了研究工作,主要创新点包括：结合单时期换热网络的分步综合设计和换热器的分时共享设计,得到最少的网络总投资成本；同时提出管线优化模型,减少换热器之间管线连接的成本,优化了网络结构。 为了能解决大规模的多时期换热网络的设计问题,本文首先结合了夹点技术法和数学规划法的特点,利用分步综合的方法对换热网络的每个操作时期进行优化设计,依次建立LP、MILP和NLP数学规划模型,在GAMS软件环境下,通过选择合适的求解器进行模型的求解,可以分别得到每个操作时期最少的操作成本、最少的换热匹配数目以及最少的设备成本,从而达到克服大规模设计问题模型求解时间无法满足实际应用的需要。同时,由于同一换热匹配的面积在不同时期存在差异,文中采用最大面积法确定网络整体所需的换热器面积,以此满足不同时期的换热需求。其次,针对最大面积选择法造成的换热器闲置的现象,本文首先利用三种策略对所有时期的换热器进行分时共享设计,结果表明,对不同规模的换热网络,选择适当的共享策略都能在一定程度上降低设备成本,同时还可以提高网络的操作弹性。针对上述策略存在的不足,文中对策略三的数学模型进行了改进,利用改进后的MINLP模型对实例进行求解,得到比原模型更优的设计结果,同时提高了设计可行性。 针对换热器分时共享设计带来的设备单元之间管线连接复杂的问题,本文提出了一种基于换热器分时共享机制的多时期换热网络管线优化模型,由模型的优化结果可知,在给定位置的前提下,管线优化模型不仅可以使得换热网络中换热器之间管线连接的总长度达到最少,还能自动给出换热器的最佳放置位置,优化了网络结构。
【关键词】：多时期换热网络 分步综合 数学规划方法 分时共享机制 管线优化模型
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172;O221
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 夹点技术法10-12
• 1.3 数学规划法12-14
• 1.3.1 分步综合方法12-13
• 1.3.2 同步综合方法13-14
• 1.4 论文的主要内容与结构14-16
• 第2章 基于分步综合的单时期换热网络设计16-48
• 2.1 引言16-17
• 2.2 单时期换热网络的逐步热整合17-24
• 2.2.1 最小操作成本(最小公用流体使用量)17-20
• 2.2.2 最小热交换匹配数20-21
• 2.2.3 最小热交换匹配数21-24
• 2.3 模型求解24-25
• 2.4 小规模换热网络设计实例25-33
• 2.4.1 实例1求解25-29
• 2.4.2 实例2求解29-33
• 2.5 大规模换热网络设计实例33-47
• 2.5.1 实例3求解33-38
• 2.5.2 实例4求解38-47
• 2.6 本章小结47-48
• 第3章 基于换热器分时共享机制的多时期换热网络设计48-72
• 3.1 引言48
• 3.2 分时共享策略一：列表排序选择法48-59
• 3.3 分时共享策略二：拆分重组法59-63
• 3.4 分时共享策略三：数学规划法63-66
• 3.5 数学规划模型的改进66-71
• 3.6 本章小结71-72
• 第4章 基于换热器分时共享机制的换热网络管网排布设计72-83
• 4.1 引言72
• 4.2 换热网络的管线长度计算72-75
• 4.3 换热器排布和管线优化模型75-80
• 4.4 实例求解80-82
• 4.5 本章小结82-83
• 第5章 总结与展望83-85
• 5.1 本文的主要工作总结83-84
• 5.2 今后研究工作展望84-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-92
• 在读硕士学位期间发表的论文92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 尹洪超，袁一，王晓云，施光燕;换热网络非等温混合多目标同步最优综合[J];大连理工大学学报;1995年05期

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3 李志红,华贲;多周期操作工况下换热网络的弹性设计[J];高校化学工程学报;1999年03期

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9 袁一,尹洪超,王晓云,施光燕;换热器网络同步最优综合方法──改进的MINLP转运模型法[J];化工学报;1996年01期

10 李志红,华贲;无分流换热网络的弹性设计(Ⅰ)基于温度波动情形[J];化工学报;1999年03期

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本文编号：805087