论文部分内容阅读
随着全球水资源危机的加剧,海水淡化技术得到了快速发展。膜法反渗透海水淡化技术(Seawater Reverse Osmosis Desalination,SWRO)与其他海水淡化技术相比,在成本和工艺方面具有较大的优势,被认为是发展前景最好的海水淡化技术。膜法反渗透海水淡化系统运行成本仍然偏高,受到膜组件性能和其他参数动态影响较大。本文基于反渗透过程的流程特点和反渗透机理,开展系统动态操作优化方法和相关技术研究,力图为降低膜法反渗透海水淡化系统运行成本提供支持。基于此,本文的主要研究内容如下:1.分析了反渗透海水淡化优化运行的研究概况,给出了动态优化求解相关策略和具体实现技术。在此基础上,结合典型反渗透海水淡化系统的工艺特点,并根据反渗透膜的溶解扩散理论和质量守恒定律,建立了包含众多微分代数形式的严格机理描述的系统整体模型。然后,给出了基于有限元正交配置的方程离散策略和联立求解方法,在GAMS平台上完成了系统求解和模拟,为下一步的工作奠定基础。2.该策略首先计算有限元固定而配置点分别为3阶和4阶Radau方程根的情况下,各部分状态变量随着时间的变化情况,然后基于误差分析和方程特性给出新的有限元网格动态划分策略,直到离散误差满足要求。所提策略通过两个动态算例和SWRO系统优化命题的验证,能够得到该策略在减少有限元个数的同时还可以保证精度要求。3.根据反渗透海水淡化工艺,提出把制水过程和供水过程结合起来,充分利用SWRO系统蓄水缓冲功能以及负荷、电价、进料温度等变化来进一步降低反渗透海水淡化能耗成本的思路。但该方法需要准确获得未来时刻时均用水负荷与海水进料温度变化情况,为此本文提出一种基于用水负荷及温度预测的SWRO系统动态操作优化策略,采用自回归和校正策略对用水负荷和海水温度进行实时预测和更新,并基于此重新进行优化求解和重新更新优化操作轨线,通过滚动优化的方式达到降低系统运行成本的目标。不同情况下的仿真结果表明,本文提出的策略在能够较好的预测负荷和海水温度变化情况下,取得更好的降低SWRO系统操作成本的效果,并且更符合实际。