数学规划与图形方法相结合设计热集成用水网络

彭肖祎，董轩，廖祖维，杨遥，孙婧元，蒋斌波，王靖岱，阳永荣

（浙江大学化学工程与生物工程学院，化学工程联合国家重点实验室，浙江杭州310027）

引 言

水和能源是工业中必不可少的资源[1−3]，近些年随着世界能源体系的急速发展，用水和用能集成的问题得到了广泛关注[4−5]。热集成用水网络的设计方法主要有两大类：数学规划法[6−12]和概念设计法[13−16]。在数学规划法的研究中，Du 等设计了逐步优化和同步优化法，有效地解决了用水网络中的能量集成问题[17]，并且采用分级超结构分步综合热集成的质量交换网络[18]；廖祖维等[19−20]改进转运模型求解出更优的公用工程费用和换热匹配数，该模型的规模较传统转运模型相比有所减小。而后Zhou等[21]在Liao 等[22]关于流股识别方法的基础上将顺序优化法改进为同步优化法，构建了MINLP 模型和MPEC 模型以降低年度总费用。Yan 等[23]通过更改加热器和冷却器的位置，修改了Ahmetović 等[24]的超结构模型，从而将公用工程的设计排除在换热网络结构之外，他们还提出了不涉及二元变量的流股识别法并且构建了NLP模型。刘祖明等[25]提出了考虑非等温混合的用水网络，同时优化水耗以及能耗目标，获得的换热网络结构更为简单。Hong 等[26−27]提出了包含线性约束和更准确的温差计算的MINLP模型，并提出了三步求解策略以获得更好的解，当问题的复杂性增加时，该模型和求解策略的优势更为突出。在大规模问题的求解上，Lee等[28]探究了连续或批量单元的厂际问题，Rubio−Castro 等[29]通过对园区内厂间现有的用水网络进行改造，提出了一种新的生态工业厂房设计模型。……