热能系统最优综合.ppt

第七章热能系统最优综合第一节系统综合的基本概念和方法一、系统设计与系统综合系统设计：一般属于多目标设计二、系统综合的步骤和问题2、系统综合的三个问题三、系统综合的基本方法四、结构参数法的超级结构与MIP解法2、超结构A点约束条件3.混合整数规划问题的求解对约束比较特殊的一类问题，有人提出了直接将MINLP问题转化为NLP问题来求解的方法。例如，对于下面的约束：第二节公用工程系统的最优综合公用工程系统综合问题可以采用混合整数规划(MIP)方法来处理，其显著特点是允许同时进行结构和参数的优化。超结构的物理性能约束一般可用线性和非线性方程表示：对于极小化费用目标函数，可转化为混合整数非线性规划(MINIP)求解利用确定的费用系数可将非线性的费用目标函数Z近似为线性函数。这样一个系统综合问题可以转化为MILP问题二、公用工程系统的最优综合模型公用工程系统结构简图MILP模型的建立由于某些单元可能对应几种离散的操作条件，为了表示每个单元的输出流股的离散条件，可以定义指标如下：超结构中的蒸汽流量作为连续变量，可用非负的变量表示，其意思是在操作条件k下，从单元n输出到单元m的流量。其中每个流量值都对应一个固定的比焓。对所有单元可列出其物料平衡和能量平衡方程：为使超结构中的流量和单元与对应的操作条件的选择相一致，必须设置逻辑约束。在超结构中还必须附加另外两个类型的逻辑约束：为了满足公用工程的需求，模型中的连续变量必须满足以下约束：(2)蒸汽（热负荷）需求各单元的容量公用工程需求量和输入量具有燃气透平发电机组的最优公用工程系统第三节换热器网络系统综合的结构优化法本节将介绍由Papoulias和Grassmann采用的结构最优化综合法。他们在夹点技术的基础上提出了所谓的“转运模型（TransshipmentModel）”，把问题归结为一个数学规划模型，用较小规模的LP方法解出换热网络所需要的最小公共工程费用，进而用MILP法确定最小的换热设备数目。热回收网络的最优综合问题的表述设计目标包括：一、转运模型间隔k二、最小公用工程费用问题令为进入间隔k的热物流i的热负荷，可列式：对于公用工程物流，要根据他们的入口和出口温度，放在间隔k的公用工程加热物流m的热负荷由下式给出：对温度间隔k的热量衡算式：公用工程物流的费用可表示为：最小公用工程物流费用的线性规划转运模型为：三、最小换热设备台数问题——子网络中出现的热，冷物流（集合）具有最少换热设备数的网络结构的混合整数转运模型四、系统集成转运系统每个流股i的成分用Di={d}表示，对所有流股划分温度间隔，得到无匹配限制的最小公用工程费用转运模型：五、换热器网络最优综合的步骤举例：两个热流股和两个冷流股的典型匹配换热问题（4SP1问题）温度间隔的确定4SP1问题计算结果（无匹配约束情况）4SP1问题的最佳换热回收网络第四节生产过程系统综合与总体系统综合的联合优化策略一个复杂的生产过程系统往往可以划分成几个层次或部分。对这种系统进行能量集成就需要用一定的综合方法对几个部分进行协调优化，确定整个系统的最优流程。一、生产过程系统的MILP模型的建立有了化工过程系统的超结构，可建立对应的MILP模型单元的离散操作条件（包括温度和压力，还可能有分流率和转化率等离散值）单元集合NP物料平衡与能量平衡方程式：对加热或冷却单元集合，作如下定义：化工过程单元容量可以根据其类型由下式给出：二、总体系统综合的联合优化策略基于混合整数规划的总体系统综合策略步骤第五节柔性系统问题与柔性已知的系统综合2.柔性综合与柔性分析3.柔性问题得类型与综合方法二、柔性系统的多阶段最优综合2.摄影约束求解策略投影约束策略的主要求解步骤4.求解约束问题三、已知不确定性范围的柔性系统综合2.两步规划模型1）运行阶段2)设计阶段上式中的可行性约束在数学上等同于下列子问题对固定的d和θ定义如下函数在凸函数情况下，临界点对应于多面体T的某些角点。3.求解方法多阶段设计的迭代算法
步骤1设k＝0，选择一组不定参数θ取值范围的初始多面体T0,它具有N0个角点，N0＜＜2p（p为θ的维数）
步骤2求解下列问题，确定设计向量dk步骤4将新的临界点θC,k并入到设计中，得到一个新的多面体Tk+1，其角点数为Nk+1,即