多雜質(zhì)水和能量系統(tǒng)集成.pdf

1、水資源和能源對于人類社會及其經(jīng)濟活動發(fā)展起著極其重要的作用。隨著水資源和能源的日益匱乏，水資源和能源優(yōu)化利用成為最近研究的熱點。作為減少新鮮水和能量消耗的有效手段之一，過程系統(tǒng)集成技術(shù)廣泛應(yīng)用于過程集成與設(shè)計優(yōu)化。本文將對水系統(tǒng)集成和同時考慮水和能量的集成系統(tǒng)進行研究，主要內(nèi)容包括如下幾部分：
　　第一章，簡要概述了近年來水和能量集成系統(tǒng)的主要研究方法，并對本課題的研究意義和背景作了簡要論述。
　　第二章，水系統(tǒng)集成即是采用

2、科學(xué)方法確定水流之間的合理分配，以實現(xiàn)水資源消耗最小化的目標(biāo)。本章研究了具有中間水道的再生循環(huán)水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。對于包含固定雜質(zhì)移除率模型的水網(wǎng)絡(luò)，提出初始再生濃度的估算方法；然后依據(jù)濃度勢概念和用水過程的極限流量將所有用水過程劃分為三部分；根據(jù)源水流濃度勢值，確定構(gòu)成中間水道的源水流，形成水網(wǎng)絡(luò)初始結(jié)構(gòu)。采用迭代方法對初始網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，計算收斂后即可獲得最終水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。本方法適用于包含固定雜質(zhì)負(fù)荷過程與固定流量過程的復(fù)雜水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。實例

3、研究結(jié)果表明，運用本方法能夠顯著減少新鮮水消耗量和再生水流量，且計算過程簡單。同時本文方法中每步均具有明確的工程意義。
　　第三章，針對水和能量同時集成的單雜質(zhì)系統(tǒng)，本文提出新的設(shè)計方法。首先根據(jù)用水過程的操作溫度確定各過程的新鮮水溫度，然后根據(jù)用水過程的濃度和溫度因素設(shè)計水網(wǎng)絡(luò)：(i)由各用水過程的極限進出口濃度確定過程的執(zhí)行順序；(ii)將源水流按濃度由低到高的順序依次滿足各需求水流，當(dāng)源水流濃度相同時，溫度將作為主要考慮因素

4、；(iii)依次執(zhí)行各用水過程獲得水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。最后，在所得水網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上設(shè)計相應(yīng)的換熱網(wǎng)絡(luò)。實例計算表明，采用該方法獲得的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計結(jié)果可與采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法獲得的文獻結(jié)果相媲美，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡單。
　　第四章，對于水和能量同時集成的多雜質(zhì)系統(tǒng)，設(shè)計過程分為兩步：首先結(jié)合過程的濃度和溫度條件對多雜質(zhì)用水網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計，然后根據(jù)用水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計相應(yīng)的換熱網(wǎng)絡(luò)。在換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程中，采取兩種設(shè)計策略：（i）高溫過程自身加熱其進口水流，這樣既保

5、持了自身循環(huán)加熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單的特點，又解決了換熱器數(shù)目較多的問題；（ii）流股在非等溫混合前首先進行間接換熱，使冷熱流股的溫度差值不至于過大，進而降低由于混合造成的能量降級。提出冷熱流股的換熱規(guī)則，提高能量的利用效率并減少外部能量消耗。分別考慮這兩種設(shè)計策略，獲得換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。實例計算結(jié)果表明，采用上述方法設(shè)計所得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比文獻結(jié)果更加簡單。
　　第五章，對于包含能量集成的用水系統(tǒng)，用水過程與換熱網(wǎng)絡(luò)高度集成，這給系統(tǒng)操作和控制帶