多雜質水和能量系統(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)集成技術廣泛應用于過程集成與設計優(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。本章研究了具有中間水道的再生循環(huán)水網絡設計。對于包含固定雜質移除率模型的水網絡，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，確定構成中間水道的源水流，形成水網絡初始結構。采用迭代方法對初始網絡結構進行調整，計算收斂后即可獲得最終水網絡設計。本方法適用于包含固定雜質負荷過程與固定流量過程的復雜水網絡設計。實例

3、研究結果表明，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系統(tǒng)，本文提出新的設計方法。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計水網絡：(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絡設計。最后，在所得水網絡基礎上設計相應的換熱網絡。實例計算表明，采用該方法獲得的網絡設計結果可與采用數(shù)學規(guī)劃法獲得的文獻結果相媲美，且網絡結構更加簡單。
　　第四章，對于水和能量同時集成的多雜質系統(tǒng)，設計過程分為兩步：首先結合過程的濃度和溫度條件對多雜質用水網絡進行設計，然后根據(jù)用水網絡結構設計相應的換熱網絡。在換熱網絡設計過程中，采取兩種設計策略：（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)加熱網絡結構簡單的特點，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。分別考慮這兩種設計策略，獲得換熱網絡設計。實例計算結果表明，采用上述方法設計所得網絡結構比文獻結果更加簡單。
　　第五章，對于包含能量集成的用水系統(tǒng)，用水過程與換熱網絡高度集成，這給系統(tǒng)操作和控制帶