多杂质多随机参数工业水网络柔性评估与改进研究

Flexibility assessment and improvement of an industrial water network are often found in process industry and of great importance to be studied. There is no theory rigorous model which can be solved effectively and lack of systematic method which can be applied to flexibility assessment and improvement of an existing water network with multiple contaminants and multiple uncertain parameters. .First, a general and rigorous flexibility index model based on "active constraints" will be built to determine the flexibility index of any existing water network and the built model is of MINLP type. GAMS software will be adopted and effective solution techniques will be found by variable analysis, model initialization and visualization of solution procedure. Then, analyzing the mechanism of how the flexibility index is affected by the capacity of freshwater supply, the network configuration and the number of contaminants by solving the proposed model. Next, analyzing and locating the most constrained points which limit the flexibility index and the assumed values of those uncertainty parameters based on‘reverse analysis’of those obtained results. Further, an improved index model of NLP type will be proposed by reducing the searching space of the flexibility index model to those most constrained points only. Finally, the improved model can be based to build the systematic method of flexibility analysis and improvement of water network with multiple contaminants and multiple uncertain parameters. .This project is believed to obviously enrich the integration theory and method of industrial water network. The achievements obtained from it will greatly promote the water saving and the utilization efficiency of water in process industry.

工业生产中普遍涉及的多杂质和多种随机参数同时存在的水网络柔性评估与改进问题研究意义重大，当前亟待解决问题是缺乏理论上严格而且能够有效求解的通用柔性评估数学模型与系统化的柔性改进理论和方法。.针对该问题，首先建立基于“紧约束”的通用严格柔性指数模型，为MINLP类型。采用国际通用建模与求解系统GAMS软件，通过变量分析、模型初始化和求解过程可视化来研究指数模型的有效求解方法。然后，应用所建严格模型分析新鲜水最大供给量、网络结构和杂质数目变化对网络柔性的影响规律；接着，通过计算结果的“逆向分析”,揭示限制水网络柔性的制约因素以及关键点处各个随机参数的取值规律；再基于所揭示的取值规律提出改进的柔性指数模型；最后，以改进指数模型为基础构建多杂质工业水网络柔性评估与改进的系统化方法。.上述研究必将完善多杂质工业水网络集成理论与方法，为工业界迫在眉睫的节水设计和改造工作提供强有力的理论指导和技术支持。

工业生产中普遍涉及的多杂质和多种随机参数同时存在的水网络柔性评估与改进问题研究意义重大，当前亟待解决问题是缺乏理论上严格而且能够有效求解的通用柔性评估数学模型与系统化的柔性改进理论和方法。.针对该问题，首先建立了基于“紧约束”的通用严格柔性指数模型,采用国际通用建模与求解系统GAMS软件，通过变量分析、模型初始化和求解过程可视化研究出指数模型的有效求解方法。分析了新鲜水最大供给量、网络结构和杂质数目变化对网络柔性的影响规律；再基于所发现的规律提出了改进的柔性指数模型，并以改进指数模型为基础构建多杂质工业水网络柔性评估与改进的系统化方法。研究过程中发现水流股的温度是工业水网络柔性分析和改造重要的操作参数，所以工业水网络的优化与换热网络是耦合在一起的，密不可分的。本研究提出了基于夹点分析的工业换热网络改造新方法，新方法先识别出那些违反夹点设计原则的换热器以及穿越夹点的换热负荷。然后，提出系统化的方法来消除这些不合理匹配的换热器，改造的选项有增加换热面积、改变换热的先后次序和流股分支。另外，对近10年出现的换热网络改造图形化工具进行了系统的研究，提出基于换热器负荷图（HELD）系统化产生换热网络改造方案的新方法，该方法通过在水平方向上平移热流股曲线实现跨夹点负荷的重新分配，完成节能目标，并结合经验规则，最大程度的减少改造后换热网络的换热器数目。.上述研究结果必将完善多杂质工业水网络集成理论与方法，换热网络能量集成改造方法，为工业界迫在眉睫的节能和节水设计和改造工作提供强有力的理论指导和技术支持。