考慮多因素的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法研究.pdf

1、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化綜合和改造同屬于過程系統(tǒng)工程的重要領(lǐng)域，對于提高過程工業(yè)能量利用率具有重要的作用。經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，各種換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化綜合和改造方法相繼提出，該領(lǐng)域的研究已初具規(guī)模，研究成果廣泛應(yīng)用于實際過程工業(yè)系統(tǒng)，并創(chuàng)造了可觀的節(jié)能效益。近年來，特別是1990年后，隨著能源價格的上漲和節(jié)能工作越來越受到重視，對換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造的研究也越來越受到關(guān)注，成為國內(nèi)外學(xué)者近年來最感興趣的熱點研究方向之一。如何建立一套更加可靠有效、符合實際的換

2、熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法，克服以往研究所做的簡化假設(shè)以及復(fù)雜的優(yōu)化求解代價，已成為提高整個過程工業(yè)系統(tǒng)尤其是能量回收子系統(tǒng)能量利用效率的亟待解決問題。
　　本文主要圍繞建立考慮多因素影響的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法的主題，借助同步優(yōu)化改造數(shù)學(xué)規(guī)劃法展開研究。
　　1、建立換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造數(shù)學(xué)模型。對Yee和Grossman提出的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化綜合分級超結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了對于現(xiàn)有換熱匹配、增加現(xiàn)有換熱匹配換熱面積和重新配置現(xiàn)有換熱匹配等

3、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造問題所特有的改造措施的描述，去除了等溫混合的簡化假設(shè)，構(gòu)建了基于分級超結(jié)構(gòu)的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造MINLP數(shù)學(xué)模型。
　　2、考慮壓降的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法研究。對本文所建立的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造模型增加壓降因素的考慮，結(jié)合壓降計算模型對換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造模型進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)展，提出了考慮壓降因素的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法，同時權(quán)衡壓降與換熱網(wǎng)絡(luò)改造結(jié)構(gòu)調(diào)整對改造優(yōu)化目標(biāo)的影響，采用了外層換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和內(nèi)層操作參數(shù)優(yōu)化的雙層求

4、解策略，結(jié)合二進(jìn)制遺傳算法和GA/PSO混合算法對模型進(jìn)行了求解。通過研究實例的優(yōu)化改造結(jié)果驗證了所提出的考慮壓降的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法可以有效避免不考慮壓降所出現(xiàn)的各項費用失衡情況和改造方案的不合理性，在換熱網(wǎng)絡(luò)改造中能夠有效識別控制壓降的關(guān)鍵改造影響因素，獲得相比其他文獻(xiàn)更好的優(yōu)化改造結(jié)果。
　　3、考慮強(qiáng)化傳熱的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法研究。對本文所建立的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造模型增加強(qiáng)化傳熱因素的考慮，結(jié)合現(xiàn)有成熟的強(qiáng)化傳熱技術(shù)及其

5、對換熱網(wǎng)絡(luò)改造過程中換熱設(shè)備總傳熱系數(shù)和新增換熱面積的影響，對換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造模型進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)展，提出了考慮強(qiáng)化傳熱因素的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法，綜合權(quán)衡強(qiáng)化傳熱投資成本、換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整投資成本和運行費用的關(guān)系。通過研究實例的優(yōu)化改造結(jié)果驗證了所提出的考慮強(qiáng)化傳熱的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法可以合理的判斷強(qiáng)化傳熱的關(guān)鍵應(yīng)用部位，即使在換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接近最優(yōu)時，仍可以通過采用強(qiáng)化傳熱措施減少所需增加的換熱面積，降低改造投資成本，縮短投資回收期，

6、從而獲得更加優(yōu)化的換熱網(wǎng)絡(luò)改造方案。
　　4、考慮強(qiáng)化傳熱壓降控制的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法研究。基于本文對于分別考慮壓降和強(qiáng)化傳熱的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法的研究，針對強(qiáng)化傳熱所帶來的壓降增加所造成的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)偏離真正的最優(yōu)結(jié)果，導(dǎo)致改造方案不合理的問題，給出了從換熱網(wǎng)絡(luò)改造系統(tǒng)建模角度控制強(qiáng)化傳熱壓降問題的考慮強(qiáng)化傳熱壓降控制的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造模型，并結(jié)合具體的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造工程實例從換熱設(shè)備角度探討了改變換熱設(shè)備幾何結(jié)構(gòu)控制

7、強(qiáng)化傳熱壓降的方法。研究實例表明，改變換熱設(shè)備幾何結(jié)構(gòu)可有效降低強(qiáng)化傳熱所增加的壓降，在改變換熱設(shè)備幾何結(jié)構(gòu)控制強(qiáng)化傳熱壓降的方法中，改變殼體布置和使用螺旋折流板在減緩殼側(cè)壓降升高方面比較有效;改變殼體布置和減少管程數(shù)目在降低管側(cè)壓降方面比較有效。
　　通過對于壓降、強(qiáng)化傳熱以及兩者結(jié)合影響等考慮多種因素的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法研究和實例的驗證，本文所提出的考慮多因素的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法對于換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法的研究和發(fā)展具有積極