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换热网络优化设计方法及多换热网络能量集成的研究进展王春花,华贲摘要:介绍了换热网络优化设计方法和在全厂能量集成基础上发展起来的多装置换热网络能量集成研究的发展现状。对有关研究进行了分类,分别比较了换热网络优化设计方法以及多装置换热网络能量集成的几种方法的优劣,指出今后换热网络优化设计与多装置网络间能量集成的研究重点应放在集成运用人工智能方法、直观分析芯法和数学规划法,以发展一套既有理论价值、又有实用意义的系统方法,为指导实际换热网络的设计服务。AMethIdIl'gy1965Hwa题⋯,在随后的年多年里换热网络最优化问题的研究得到迅速发展,尤其在近a1981NishidaoNaess(1T2关键词:换热网络;优化设汁;能量集成;发展现状中图分类号:,2|1988Gundersen(NoG20000263)(c5080202)作者简介:工春仡,女,湖南邵东人,讲师,博士,从事过程能量综合优化方面的研究。385石油化下设备20099PETR(CHEMICALEQUlIMENT文章编号:一一—ǎ琀(1I)epartmentEngineering,516007China甌Education,:,;integration收稿日期:一——
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夹点分析法的概念换热网络设计方法的综合方法以及基于数学规划法的换热网络综合方文献,回顾了世纪的换热网络合成方面的贡L4j方面的综述’。本文从换热网络优化设计方法的角度对各种方法进行了评述,回顾了近年来发展起来的多换热网络热集成方法的研究,以利推动其进一步的研究。文中从简单介绍并对比换热网络设计方法ㄈ嵝院投嗫诒昊蝗韧缟杓品椒、近年来多换热网络能鹾集成方面的研究介绍以及未来的3热网络能量集成研究进行评述。l换热网络优化设计是为了获得最少公用下程费用、最少换热单元数、最小网络面积和总投资费用的换热网络。最早的换热网络优化设计依赖于热力学r系统的方法,即夹点分析、数学规划和随机优化法。目前,国内外常用换热网络优化设计方法有夹点分析法、顺序方法、同步优化设计法以及多周期和柔性换热网络的设计方法。夹点分析法年,状翁醡用热力学方法来优化设计换热网络。这种方法后来被Flower]用这种方法能合成最大能量回收与最少换热单元数夹点分析法作为热力学分析工具,是在热力学Tmi得换热网络的最小公用下程消耗、最少单元设备数、最小换热面积及年总投资费用。以夹点为界,将换2网络,鲎油绶直鸾杏呕ヅ洌詈蠼个子1在夹点设计法巾,网格图用来表示换热网络。在网格图上,从左至右的线段表示热流,而从右至左的线段表示冷流。用问题表格法分析得到夹点位2的子网络。根据夹点分析法原理,换热网络设计法有以下规则:①不允许换热器跨夹点换热。②不允许任何换热器的传热温差低于△丁弧!"劾涔二程只允许存在夹点之下,而热公用工程只允许在夹点之上。T增加。然而,换热网络设计的最终目标不是找到冷热公用丁程消耗最少的网络,而是最小年投资费用的网络。随着能最回收量的增加和公用丁程使用量的减少,作为传热推动力的温差鱐。必然是减少的,这将导致换热没备数增加。显然,匹配单元数、面积费用蹲史延和公用下程用僮鞣延之间存在着权衡。为了减少总投资费用,等研究了给定物流条件和最小接近温差时,合成最少匹配单元换j络后,找出总网络中所有换热回路或公用工程路径,通过断开所有回路与路径来合并换热器,减少换热器台数。夹点设计法利用图形描述过程系统,简明易懂。同时,可以根据设计者对问题的理解,得到多种选择方案,因此深受丁程设计人员的欢迎。然而,这种方T终处于该方法的中心地位。实际上,△。是整个网络而不是每台换热器的特征参数。又例如将物流的热容流率在整个温度区间内视为常数,因而这些组分曲线和总组分曲线也认为是直线。其实各物流的热容流率是随着温度变化的。基于这些假设,所得到的结果不町能是最优的。J0(Sequential当数学规划法最初用来设计换热网络时,可用的优化方法还不能用来解决网络合成的复杂优化问题,计算机系统也不能解出这些复杂的模型。只有将复杂问题分解之后,夹点设计法才能为顺序设计approaches)序设计法主要涉及以下鲎游侍鈁:①最少公用丁程费用。②最少单元设备数。③网络最小年投资年,虶提出了换热J线形规划模型和求解最少单元设备数的混合整数线性规划模型。热流和热公用工程在模型中代表热量的产地,冷流和冷公用丁程代表了()L3J2002KevinNikolaos400111的网络,并根据物流数据获得独立的网络结构。第一定律和第二定律基础上发展起来的。夹点分析简化。(,等:换热网络优化设计方法及多换热网络能量集成的研究进展112··:
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流,同时将该区间冷物流不能利用的多余热量转移到下一区间。由于每