综合考虑经济性与[火积]效率的换热网络多目标约束优化方法

作     者：王磊 陈玉婷 徐燕燕 叶爽 黄伟光 WANG Lei;CHEN Yuting;XU Yanyan;YE Shuang;HUANG Weiguang

作者机构：中国科学院上海高等研究院上海201210 中国科学院大学北京100049 上海科技大学物质科学与技术学院上海201210 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2020年第71卷第3期

页      面：1189-1201页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

基　　金：国家重点研发计划项目(YS2017YFGH001928) 上海市科委科研计划项目(19DZ1205700) 

主　　题：换热网络 ε-约束法 多目标 优化设计 集成 过程控制 

摘      要：换热网络优化中不仅要考虑能量回收的量,还要考虑能量回收过程中质的耗散问题。在换热网络最大能量回收的前提下,基于不可逆传热过程中的[火积]耗散理论,以代表能量回收品质的[火积]效率最高为目标,建立综合能量回收数量、品质并同时考虑换热网络经济性的多目标混合整数非线性规划(MOMINLP)模型。根据模型目标有主次之分的特点,基于ε约束法对模型进行分步优化并结合BARON软件进行精确求解,依次求解换热网络的最大能量回收量(MER)与最低年均总成本(TAC),再将所得结果乘以松弛系数ε_i作为缩小搜索区域的约束条件,获得能量与成本约束下[火积]效率的Pareto前沿。通过对经典10SP1案例进行计算求解,最终得到最大能量回收量下,费用松弛系数为1.05时费效比最小的优化方案,而且本文的多目标约束优化方法能够更快求得综合的最优解。最后通过T-Q图中的换热网络组合曲线对比不同优化方案的[火积]效率,将换热网络划分为内部换热部分与剩余流股部分,多目标约束优化方法能够降低内部换热不可逆损失,提高剩余流股的温度。