换热网络优化合成及其控制策略研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文换热网络优化合成及其控制策略研究摘要我国能源供应紧张，且能源利用效率低，这些都严重制约了我国经济发展。因此，节能降耗成为大势所趋。过程综合与集成一直是工业领域节能的主要手段，而换热网络的优化设计是过程综合与集成中的重要内容。在实际操作中，我们要求换热网络能够确保换后温度达到工艺要求：减少温度波动对生产工艺的影响；平稳换热系统的操作，提高换热效率，降低能耗等。而这些也同时要求实现对换热网络的实时、自动控制。一个较好的换热网络控制系统设计方案应包含以下两项内容：换热网络控制结构设计、控制算法设计。前者很大程度上已经决定了控制量与被控量间的灵敏度、控制量

2、与被控量通道上的动态特性、系统的运行费用等，并在这些方面制约后者。因此，基于以上考虑，本文开展如下研究：首先，根据物流参数，应用夹点设计方法对换热网络进行结构优化合成，这一步实现的换热网络的拓扑结构设计，以最小年费用为目标；其次，利用“下行通道”理论以及一些经验性规则，讨论了换热网络中的控制量设置，即控制结构设计。不同控制结构设计方案的运行费用通过一优化数学模型进行比较。最后，控制结构设计方案在控制系统性能与运行费用间进行权衡选择。考虑到一些控制系统性能难以用一个性能指标量化，也难以同步优化更为复杂的优化数学模型，该控制结构的设计采用分步考虑控制系统性能与运行费用问题、分

3、步优化的方法。最后，推导了多变量情况下的带稳态信息的动态矩阵控制算法，并在一给定结构、参数、控制结构的换热网络上进行仿真。结果表明，该算法在抗扰动、设定值切换方面具有较好性能。关键词：节能降耗，换热网络，夹点设计，控制结构设计，多变量动态矩阵控制浙江工业大学硕士学位论文Thesynthesisoptimizationofheatexchangernetworkanditscontrolstrategy’-，rABSTRACTThelimitedenergyresourcesandlowenergyutilizationefficiencywillrestrictecono

4、micdevelopmentinChina．Tosaveenergyandlowerenergyconsumptionisbecomingalongtermtendency．Processintegrationandoptimizationisamongthemainmeansofenergysavinginindustrialfields，andtheoptimizationofheatexchangernetwork(HEN)designhasbeenoneoftheimportantpartsofprocessintegrationandoptimization．T

5、herearesomeperformancerequirementsinindustrialHENsystem．Forexample，theoutlettemperaturemustmeettheprocessrequirements，reducingtheinfluenceoftemperaturefluctuationtotheprocess；theheatexchangesystemCanoperatestably；improvingtheheatexchangingefficiency,reducingtheenergyconsumption，andSOon．Al

6、ltheserequirementsneedreal—timeautomaticcontroloftheHEN．ThecontrolsystemdesignofawellbehavedHENmustincludetwoparts：thedesignofcontrolstructure，andthedesignofcontrolalgorithm．Theformerdeterminesthesensibilityofcontrolledvariablestomanipulatedvariables，thedynamiccharacteristicsoftheregulati

7、onchannels，andthesystemoperationcost，andrestrictsthelatterbytheseaspects．Basedontheaboveconsiderations，thepaperfocusesonthefollowingresearch：Atfirst，thestructureofHENisobtainedbyapplyingthepinchtechnologybasedonthestreamproperties，andthetopologystructureofHENisdesig