【摘 要】
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换热器网络综合是降低化工能耗的重要技术之一。而园区用能多样性成为换热器网络综合中必须考虑的问题,余热利用技术可以将余热转化为冷、热、电等多种能量形式,成为厂际换热器网络综合的研究重点。目前,将余热回收技术直接或者间接集成到换热器网络中的研究已广泛展开,但针对园区这样一个规模较大且厂际间需建立热量交互关系的系统,各种余热回收与利用技术的使用与配置均会涉及到园区系统内部复杂的耦合作用关系,集成难度大,
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（21878034）；
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换热器网络综合是降低化工能耗的重要技术之一。而园区用能多样性成为换热器网络综合中必须考虑的问题,余热利用技术可以将余热转化为冷、热、电等多种能量形式,成为厂际换热器网络综合的研究重点。目前,将余热回收技术直接或者间接集成到换热器网络中的研究已广泛展开,但针对园区这样一个规模较大且厂际间需建立热量交互关系的系统,各种余热回收与利用技术的使用与配置均会涉及到园区系统内部复杂的耦合作用关系,集成难度大,相关研究仍鲜有报道。因此本文在考虑园区系统可操作性和安全性的前提下,开展了以厂际间接热集成为基础,可同步实现厂际换热器网络综合、公用工程分配及余热利用技术配置的工业园区全局热集成研究,并在此过程中重点考察了集中式和分布式余热回收模式的优缺点与适用场景。具体地,本文开展了如下研究:（1）提出了一个基于数学规划思想的工业园区全局热集成方法。通过分析热量相关系统的潜在作用关系,建立了以蒸汽形式回收过程流股余热,并同时考虑厂际换热器网络、公用工程系统、吸收式制冷系统耦合关系的全局热集成超结构,通过构建混合整数非线性规划数学模型,以经济性最优为目标优化设计园区内流股的换热匹配、多等级蒸汽的分配、以及冷却水和低温冷却水的制备与使用。最后,案例分析表明所提考虑余热利用的全局热集成方法可将园区年度总费用降低30.4%,具有更好的经济效益。（2）在第2章仅考虑吸收式制冷技术的基础上,提出了包含三种热力循环:有机朗肯循环、吸收式制冷和电压缩制冷的余热回收循环系统,并将其与工业园区的换热器网络和公用工程系统进行同步集成。考虑到园区不同厂的能量供求差异性,提出了集中式和分布式两种余热回收循环系统配置模式,获得集成系统结构及操作参数。两个案例证明了所提方法的有效性,同时结果表明集中式和分布式模式都不能保证在所有情况下都是最优的,当公用工程和介质运输成本在年度总费用上占主导地位时,分布式余热利用系统更优,否则,集中式余热利用系统更优,而随着厂际距离的增加,分布式模式的经济优势将更加明显。（3）对园区热集成的关注除了节能降耗之外,集成结构的安全稳定也至关重要。因此在园区集中式和分布式余热利用系统集成框架的基础上进一步进行网络相关性分析,为园区网络耦合结构的弹性运行提供指导意见。对算例进行分析可知,分布式模式换热器网络的相关性指数平均值为0.543,大于集中式模式换热器网络相关性指数的平均值0.383,表明了前者的相关性更强,网络的弹性与抵御故障的能力更强。
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