换热网络优化规则及求解策略研究

【摘要】：换热网络是能量回收利用中的一个重要系统。它的结构是否合理,参数是否最优,对于过程工业实现节约能源、降低能耗具有重要意义。要解决这些方面,就提出了换热网络优化综合问题。 (1) 本文在总结前人在换热网络优化的工作成果的基础上,通过阅读大量文献,以换热网络优化综合的基本指导原则作为切入点,分别从换热网络总传热面积为最小、能量目标为最小、换热单元数为最少等几个方面对换热网络优化原则进行了总结,得到了8个换热网络优化综合的指导准则;并讨论了换热网络总换热面积与传热温差分布的关系以及换热网络公用工程用量与有效能损失的关系;这些准则对于换热网络优化综合具有定性的指导意义。 (2) 对于非凸、非线性、多峰的复杂MINLP问题,在传统优化算法难于求解的情况下,对禁忌搜索算法进行了深入的探讨和研究,论述了禁忌搜索算法的基本思想、特点以及它的基本要素;并对禁忌搜索算法进行了改进,得到了改进的禁忌搜索算法;并用一个测试函数对其进行了验证;通过计算和分析讨论,表明本文建立的改进的禁忌搜索算法能跳出局部最优解,并能很快找到全局最优解;证明本文所建立的算法在解决非凸、非线性、多峰的复杂MINLP问题时是非常有效的。 (3) 最后利用本文提出的改进的禁忌搜索算法,用C语言编制了程序,分别对换热网络结构固定时参数进行优化和有分流时对换热网络参数进行优化的两个具体算例进行了计算;对每个算例给出了建模方法,并建立了具体的数学模型;得到了满意的结果。并与文献的结果进行了比较,结果表明,用改进的禁忌搜索算法得到的结果优于文献中的结果,而且求解所用的时间比一般方法要少,这在解决工程实际问题时是很可贵的;证明本文提出的改进的禁忌搜索算法在换热网络优化综合应用中是非常有效的和实用的。