具有最简结构水回用网络的优化

当前对水回用网络的研究主要集中在如何构造新鲜水量最小的水网络, 却忽视了该水网络的不唯一性.为了降低水回用网络的费用,应考虑水网络的最简结构.今用连接数的概念来描述用水网络的结构复杂性.连接数就是新鲜水道与过程、过程与过程、过程与废水道之间连接个数的总和.今以最小新鲜水量和网络连接数为目标,在网络超结构的基础上,建立了多杂质水回用网络优化的数学模型.用该模型确定的用水网络,具有最小新鲜水用量和最简结构,因而具有很好的经济性.最后通过实例说明了本方法的有效性.     

并联连续再生/再循环的多杂质间歇用水系统优化方法

为了有效地减少多杂质间歇用水系统的新鲜水消耗量和再生处理量,针对多杂质间歇过程用水网络提出连续操作并联再生处理单元水网络结构模型及其优化设计方法。通过在用水网络中设置中间储罐和再生单元以实现对不同水质废水并联分质处理,建立了减少用水系统的新鲜水用量和再生水量以及废水排放量的数学规划模型,采用GAMS软件对一个实例进行求解。计算和分析表明：提出的水网络结构与优化设计方法可有效地解决按水质对废水进行并联处理的间歇用水系统,使系统的新鲜水用量和再生水流率同时达到最小。     

考虑再生操作的间歇过程用水网络优化

当前,水资源短缺与污染问题日益严重,废水再生后回用对节约水源和保护环境具有重要的意义。针对间歇过程,为了合理利用不同品质的过程水源,实现用水系统的最大水回用,本文建立了一个包含水源-水阱、水源-中间储罐-水阱、水源-连续再生体系-水阱与水源-废水处理系统的用水网络超结构,基于连续时间模型建立数学模型,并采用多目标分步法依次优化新鲜水用量、再生单元的再生速率以及中间储罐数目,最终得到新鲜水消耗量以及废水排放量最小的最优用水网络结构。同时,为贴近实际生产中的多操作周期过程,本文针对用水系统从启动周期到稳定周期的全过程,进行了用水网络的设计、分析与优化。最后通过算例计算,验证了本文所提方法的合理有效性。     

基于杂质赤字的再生回用水网络集成图示法

将氢网络中基于剩余率的集成优化法扩展至水网络，以杂质浓度为基础进行分析，提出了基于杂质赤字的再生回用水网络图像集成优化方法。该方法无需图像试差和迭代，通过构建浓度-流量图和杂质赤字图，可确定未考虑再生回用的水网络夹点位置及最小新鲜水用量。并在此基础上，考虑再生装置和水网络的优化以及二者的集成，分析水网络的新鲜水节省量与杂质脱除率、再生水源流量及再生废水浓度的定量关系；构建定量关系图确定最小新鲜水用量随各参数的变化关系、夹点位置、最大新鲜水节省量以及一定再生条件下的极限及最优提纯参数。案例分析表明，该方法简单、高效，对于各工况下的水网络，均可使新鲜水消耗量及废水排放量减小，为工艺设计和操作提供重要的参考。     

多杂质体系间歇过程用水网络优化

对多杂质体系完全间歇过程用水网络优化进行了研究,建立了用水网络超结构和非线性规划数学模型,利用中间储罐跨越时间约束,设置用水过程流量上下限以加速收敛。首先确定关键杂质,并将关键杂质浓度最大的水源直接排往废水,获得简化的用水网络超结构;其次,运用GAMS求解,得到最小新鲜水量、废水量、中间储罐数目及优化的用水网络结构。实例研究证明本文提出的方法可行,并能以较少周期获得优化的网络结构,同时可以减少中间储罐数目。     

采用水流浓度排序法设计多杂质用水网络

在多杂质用水网络设计中,过程的执行顺序和水流之间的匹配是两个关键环节。提出了过程水流相对于其他各过程水流的综合浓度势的概念,水流的综合浓度势反映了该水流与其他所有水流(包括源水流和需求水流)相比较时浓度的高低。设计时过程的执行顺序由需求水流综合浓度势的大小来确定,需求水流综合浓度势最低的过程首先执行。在满足需求水流时,优先回用虚拟分配量(用本文给出的方法确定)最大的可用源水流。源水流向需求水流的分配量可通过杂质负荷衡算及过程极限条件确定。计算实例表明,本文方法获得的水网络的新鲜水消耗量与最小新鲜水目标值非常接近,同时,其计算十分简捷。     

具有中间水道的废水再生循环水网络的优化

考虑废水再生循环的水网络,可以最大限度地减少系统的新鲜水消耗和废水排放量,具有中间水道的水网络结构,可以有效地提高系统的柔性,本文建立了具有中间水道的废水再生循环水网络的超结构,提出了网络优化的数学模型。由于该最优网络涉及多参数的优化,本文采用了分步优化的策略,根据各参数的相对重要性,依次对新鲜水消耗量、再生水流率和再生负荷进行优化。计算实例表明,本文建立的方法是有效的。     

水系统集成优化方案的博弈分析与评价方法

对水系统集成优化方案的分析和决策需要考虑新鲜水用量、用水系统的柔性和用水网络结构的复杂程度等方面。水网络优化设计方案的确定一般需要在这三者之间进行折中和协调,属于多目标优化问题。为了综合考虑新鲜水消耗量和网络结构复杂程度等指标,并定量分析和确定水网络的优化设计方案,本文提出一种基于博弈分析的水网络优化方案的定量分析方法。以具有中间水道水网络优化设计方案的决策为例,采用本文方法进行了优化设计方案的分析与评价。研究表明：该定量分析和评价用水网络的方法可以合理地评价用水网络的设计方案,该方法可用于定量确定水系统优化问题中的多目标优化方案,可为水系统优化集成方案的确定提供分析依据和指导。     

天津PTA水系统资源的优化

对天津石化PTA装置的脱盐水(D IW)系统和新鲜水系统的现状进行了分析。通过用蒸汽凝液替代D IW,母液闪蒸蒸汽凝液回用,提高进料固含量等方法对D IW系统进行了优化。并对精制单元和氧化单元新鲜水回用进行了优化。     

再生循环水网络设计在火电厂的应用

为解决水网络集成优化方法在火电厂水网络优化应用中存在的问题，该研究对杂质的传递过程进行了扩展，使用移质推动描述杂质负荷单元用水过程，以及用最大移质能力及移除率描述再生过程，并通过邻接矩阵描述网络单元间的连接关系，从而构建再生循环水网络模型；对3300 MW火电厂进行模型应用研究，将案例水网络划分为9个用水子系统，等效拆分为11个用水单元并对移质单元构建浓度修正模型从而实现最大移质过程，选取Cl^-、总悬浮固体(SS)、SO₄^2-三个杂质指标进行节水优化应用，通过对该优化问题KKT条件进行求解从而实现模型的简化，优化后水网络新鲜水取用量减少6.7%、排污量减少62.9%。通过案例研究表明，构建的基于“供-用-耗-排”过程的再生循环水网络模型是成功的，可实现火电厂多杂质指标、复杂系统考虑再生循环的水网络节水优化设计，解决了水网络集成优化方法在火电厂应用中单元间回用过程描述不够准确以及再生单元描述不适用于节水改造情景的问题。     

通过数学规划方法设计具有混合结构的水回用网络

A new design method for a water-reusing network, with a hybrid structure, to reduce the complexity of the network and to minimize freshwater consumption, is proposed. The unique feature of the methodology proposed .in this article is to control the complexity of the water network by regulation of the control number in a water-reusing system. It combines the advantages of a conventional water-reusing network and a water-reusing net work with internal water mains. To illustrate the proposed method, a single contaminant system and a multiple contaminant system serve as examples of the problems.     

基于矩阵编码的遗传算法多杂质间歇用水网络优化

针对多杂质间歇用水网络优化设计问题,建立了以新鲜水用量最小为目标的混合整数非线性规划(MINLP)模型,并提出基于矩阵编码的遗传算法和信赖域序列二次规划(trust region sequential quadratic programming,TRSQP)法相结合的求解策略。本文采用矩阵编码方法为时间条件约束提供了方便,从而使用水单元之间水回用关系更加清晰明确;采用基于矩阵编码的遗传算法对整数变量进行优化,采用TRSQP法对连续变量进行优化,集成应用两种方法进行优化求解,从而获得MINLP模型的最优解;并借助MATLAB软件进行编程并实现。利用本文所提出的求解方法和策略对文献中2个典型案例进行求解,求解结果均优于文献数据。实例计算表明,本文所提求解方法是可行的。     

A stepwise optimal design of water network☆

In order to take full advantage of regeneration process to reduce fresh water consumption and avoid the accumu-lation of trace contaminants, regeneration reuse and regeneration recycle should be distinctive. A stepwise opti-mal design for water network is developed to simplify solution procedures for the formulated MINLP problem. In this paper, a feasible water reuse network framework is generated. Some heuristic rules from water reuse net-work are used to guide the placement of regeneration process. Then the outlet stream of regeneration process is considered as new water source. Regeneration reuse network structure is obtained through an iterative optimal procedure by taking the insights from reuse water network structure. Furthermore, regeneration recycle is only utilized to eliminate fresh water usage for processes in which regeneration reuse is impossible. Compared with the results obtained by relevant researches for the same example, the present method not only provides an appro-priate regeneration reuse water network with minimum fresh water and regenerated water flow rate but also sug-gests a water network involving regeneration recycle with minimum recycle water flow rate. The design can utilize reuse, regeneration reuse and regeneration recycle step by step with minor water network structure change to achieve better flexibility. It can satisfy different demands for new plants and modernization of existing plants. ? 2016 The Chemical Industry and Engineering Society of China, and Chemical Industry Press. Al rights reserved.     

Optimal operation of RO system with daily variation of freshwater demand and seawater temperature

The optimal operation policy of flexible RO systems is studied in this work. The design and operation of RO process is optimized and controlled considering variations in water demands and changing seawater temperature throughout the day. A storage tank is added to the system layout to provide additional operational flexibility and to ensure the availability of freshwater to customer at all times. A steady state model for the RO process is developed and linked with a dynamic model for the storage tank. The membrane modules are divided into a number of groups to add flexibility in operation to RO network. The total operating cost of the RO process is minimized in order to find the optimal layout and operating variables at discreet time intervals for three design scenarios.     

污水回用网络优化设计的研究

在工业生产的各个用水过程中会产生大量污水，使污水最小化的一个有效的方法就是设计污水回用网络，以便使污水得到最大程度的回用，这样在满足用水要求的同时使新鲜水消耗最少，利用自适应模拟退火遗传算法对用水网络进行最优设计。     

A heuristic revamp strategy to improve operational flexibility of water networks based on active constraints

A novel heuristic revamp strategy is presented in this paper to improve the operational flexibility of existing water networks. The well-established concept of flexibility index (Swaney and Grossmann, 1985a, Swaney and Grossmann, 1985b) is adopted for quantitatively characterizing the ability of a given water network to cope with uncertain disturbances. Since it is necessary to solve a mixed-integer nonlinear program (MINLP) for this purpose, the convergence of corresponding numerical optimization process is not guaranteed. Two solution techniques are developed to promote efficiency, namely (1) generating the initial guesses by minimizing freshwater consumption rate of the nominal network structure, and (2) incorporating the smoothing functions to eliminate the binary variables in the MINLP model. A set of heuristics are also suggested to identify possible measures for relaxing the active constraints in the resulting optimal solution. Other than increasing the upper limit of freshwater supply rate, additional flexibility enhancement options concerning structural changes (which have never been systematically applied before) are considered thoroughly in the present study. These revamp methods include: (1) inserting/deleting pipeline connections and (2) adding/replacing treatment units. The implementation results of several case studies are provided at the end of this paper to demonstrate the effectiveness of proposed strategy.     

双组分污染物系统用水网络优化研究

运用水夹点技术,对某石化企业9个用水操作进行用水网络优化研究。结果表明,单组分和双组分污染物用水网络初始设计分别节约新鲜水38.31%和19.17%;对初始设计用水网络的优化设计可简化用水网络,双组分污染物用水网络优化后回用管路数由11条减少为6条。水夹点技术在节约工业用水和废水减量方面具有实用价值和较好的应用前景。