换热网络优化节能技术的研究

【摘要】： 在石油化工生产中,一些物流需要加热,另一些物流需要冷却,换热网络把这些物流匹配在一起,利用热物流加热冷物流,提高系统的热回收,减少公用工程加热与冷却的负荷,从而达到节能的目的。换热网络需要具有最小投资费用和运行费用,并满足在各种约束条件下,把每一物流由初始温度加热或冷却到目标温度。换热网络的设计是一个优化问题,是石油化工生产节能技术研究的重要方面。换热网络的设计一是朝着智能化方向发展,一是需要借鉴更多的经验知识。本文把粒子群优化算法加以改进,结合经验设计规则,运用到换热网络的设计中,目的在于提高换热网络设计过程的智能化、快速性和设计结果的优良性,提高企业的经济效益。 本文采用不同的超结构模型分别描述无分流和有分流换热网络,提出了换热网络的粒子群同步综合设计法,以最小总费用为设计目标,同步考虑投资费用和运行费用。 在无分流换热网络的设计中,以换热网络中各个换热器的换热量为演化个体,按照一定的顺序,借鉴夹点技术的设计规则,按照粒子群算法寻优设计,计算各个换热器的存在及其换热量的大小。 在有分流换热网络的设计中,以各流股在各级的分流情况为演化个体,采用两级优化方法,首先采用遗传算法优化各流股在各级的分流股数,再在确定的分流股数下,采用粒子群优化算法计算最佳分流情况。 整个设计解决了各个换热器的换热量受到多种约束条件、相互制约等影响设计的难题,仿真研究证明了设计方法的可行性和优越性。 以某炼油厂的常减压蒸馏过程换热网络的设计为实际仿真对象,解决了实际目标温度是一个范围而不是定值的问题,设计的换热网络的总体性能较好。 本文的研究工作证明了粒子群优化算法等优化技术在换热网络节能设计中的可行性,并具有较好的效果,可以进一研究与完善,以提高换热网络设计的智能性和节能效果。 【关键词】：换热网络 节能 优化 超结构 粒子群 分流
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 换热网络的优化设计15-16
• 1.2 换热网络的设计方法16-23
• 1.2.1 经验法16
• 1.2.2 最优化搜索法16-17
• 1.2.3 数学规划法17-19
• 1.2.4 夹点设计法19-22
• 1.2.5 基于遗传算法的设计方法22-23
• 1.3 换热网络设计的发展方向23
• 1.4 群体智能优化技术23-25
• 1.5 论文的研究范围和组织结构25-27
• 第二章 换热网络设计的经验规则及模型27-39
• 2.1 换热网络的经验设计规则27-32
• 2.1.1 优化设计的基本原则27
• 2.1.2 最小总传热面积设计的基本原则27-29
• 2.1.3 最小能量设计的基本原则29-30
• 2.1.4 最少换热单元设计的基本原则30-32
• 2.2 换热网络设计模型32-37
• 2.2.1 换热网络的超结构32-34
• 2.2.2 换热网络同步综合模型34-37
• 2.3 本章小结37-39
• 第三章 换热网络的粒子群优化设计方法39-61
• 3.1 粒子群优化算法39-40
• 3.2 无分流换热网络的粒子群同步综合法40-50
• 3.2.1 无分流换热网络同步综合方法40-45
• 3.2.2 无分流换热网络设计的仿真研究45-50
• 3.3 有分流换热网络的粒子群同步综合法50-58
• 3.3.1 有分流换热网络同步综合方法50-54
• 3.3.2 有分流换热网络设计的仿真研究54-58
• 3.4 无分流和有分流情况的讨论58-60
• 3.4.1 无分流和有分流情况的比较58-59
• 3.4.2 无分流和有分流情况的统一59-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第四章 常减压蒸馏过程换热网络的设计61-73
• 4.1 常减压蒸馏过程的换热网络61-64
• 4.2 设计换热网络64-68
• 4.3 换热网络的控制68-71
• 4.3.1 换热网络的调整和控制68-70
• 4.3.2 换热网络的评价和改造70-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 研究成果及发表的学术论文81-83
• 作者和导师简介83-84
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书84-85

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