化工工业园区跨厂际水分配网络综合研究

摘要

水是重要的战略资源，但目前水资源短缺与水污染严重已经成为阻碍人类社会发展的壁垒。如何将用水方式从浪费水资源、污染水环境的粗放型转变为节约水资源、提高水资源利用率的集约型，是化工工业生产实现节能减排、可持续发展的一项重要内容。化工工业园区的建立为资源的共享与节约提供了更多的机会。本文以化工工业园区水分配网络为研究对象，构造考虑厂内预处理的间接集成超结构，研究网络的多阶段规划方法，并通过建立混合整数非线性规划模型进行最优化综合。本论文的主要研究内容有:
　　(1)针对现有间接集成方法存在没有中央再生器入口浓度限制、污水可能过度处理、以及忽略再生器净化率优化等问题，提出了考虑厂内预处理的化工工业园区间接集成超结构模型。通过引入反映再生器净化率选择的逻辑约束，以及网络结构中的物料平衡、用水单元质量负荷限制、预处理器出口浓度限制等约束，分别以最小新鲜水用量和最小年度总费用为目标函数开展了网络最优化设计，并考察了中央再生器入口浓度约束对目标函数以及网络结构的影响。最终通过一个5工况算例验证了该集成方法的可行性。
　　(2)单阶段规划所得到的水网络结构无法满足后续新厂建立、工厂生产规模变化等动态用水需求。针对这类问题，将考虑厂内预处理的间接集成方法与多阶段设计需求相结合，提出针对多阶段问题的逻辑约束，并将多阶段水网络综合划分为可预测问题与不可预测问题进行讨论。其中，可预测问题是针对多个已知园区沿时间动态变化的工况对园区全局水网络进行设计型最优化计算，最终综合出网络结构;不可预测问题则是在已有结构基础上针对园区的非计划调整进行操作型最优化计算，并最终给出调控方案。求解上述两个问题时，每个阶段内均沿用本研究所提出的间接集成数学模型设计网络结构，通过设定不同的已知条件与优化变量，优化获得满足最小新鲜水量与最小年度总费用的水网络结构或调节策略。本文将该方法用于一个3阶段和一个5阶段算例，结果证明了方法的有效性。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 水网络综合的研究内容和进展

1．1．1 水网络综合的研究内容

1．1．2 单厂水网络综合的研究进展

1．2 单厂水网络综合的研究方法

1．2．1 启发式方法

1．2．2 数学规划法

1．3 工业园区跨厂际水网络综合研究内容

1．3．1 工业园区概念

1．3．2 工业园区跨厂际水回用方式

1．3．3 工业园区水网络综合研究进展

1．4 本文研究内容与思路

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 考虑厂内预处理的工业园区水网络综合

2．1 问题描述

2．2 超结构模型

2．3 超结构模型比较

2．4 数学模型的建立

2．4．1 模型假设

2．4．2 模型目标函数

2．4．3 模型约束条件

2．4．4 数学模型的求解

2．5 算例分析与讨论

2．5．1 算例描述

2．5．2 算例综合

2．6 本章小结

3 考虑厂际间接集成的园区水网络多阶段综合

3．1 工业园区水网络多阶段综合研究内容

3．2 问题描述

3．3 综合方法与数学模型

3．3．1 综合方法

3．3．2 可预测问题数学模型

3．3．3 不可预测问题数学模型

3．4 可预测问题的算例分析

3．4．1 算例1-已知建厂计划

3．4．2 算例2-已知园区规模变化

3．4．3 算例3-以费用为目标优化

3．5 不可预测问题的算例分析

3．5．1 工况设置

3．5．2 调控策略讨论-工况一

3．5．3 调控策略讨论-工况二

3．5．4 调控策略讨论-工况三

3．5．5 调控策略对比分析

3．6 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢