基于参数优化的换热网络虚拟温度综合法研究

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夹点技术是一种正在被广泛使用的过程系统节能技术。在应用夹点技术时,通常采用单一的最小传热温差来确定夹点位置及物流在各个焓区的分布。然而当换热物流的传热膜系数相差很大时,用这种方法优化后的网络或者热量回收达不到最优,或者需要的面积太大,致使年度总费用过高,系统的经济性降低。 针对以上问题,本文提出了基于参数优化和焓区间合并优化策略的虚拟温度法,并从夹点和能量目标的编程计算、贡献温差值的求解和换热网络综合三个层次开展了研究。 按照分级超结构模型的匹配方式,以该模型的年度总费用为目标来优化贡献温差值计算式中的k和z值,并以最优的k、z值求贡献温差值和虚拟温度。 为了减少设计中换热单元的数目和避免小负荷换热器的出现,提出了焓区间合并的优化策略:第一步由流股的冷热虚拟温度作出冷热复合曲线,在此基础上构造基于分级超结构的换热网络匹配模型;第二步给出并优化焓区间热负荷参数H,以年度总费用最小为目标,合并超结构模型中热负荷小于H的区间,得到费用目标最小的网络结构。 采用本文提出的方法,进行了物流传热膜系数相差很大的两个例子的换热网络综合。结果表明,本文设计的换热网络比文献设计的更优。第一个例子,和单一温差法相比,设计出的换热网络,冷、热公用工程用量分别降低了8.8%和7.8%,年度总费用降低了2.6%,且网络结构较简单。第二个例子,和遗传算法相比,换热单元数从6个减少到了5个,年度总费用减少了3.9%。这表明本文提出的参数优化方法和焓区间合并优化策略是有效的,由此建立的换热网络虚拟温度综合法是可行的。 应用Matlab软件,编写了利用问题表格法求解夹点位置和能量目标的计算程序和基于超结构分级模型的年度总费用需求的求解程序。采用以上程序计算,简化和加快了有关参数的优化过程,所得数据更加准确和丰富。
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