随着能源需求和价格的增长,对化工领域节能方法进行研究势在必行。通过合理设计换热器网络回收利用系统内能量,是实现过程工业节能减排的重要途径和手段。同时,作为重要的供能单元,公用工程系统通过消耗能源为生产过程提供各种形式的能量,是实现能量转化的重要一环。本文同时考虑这两部分之间的耦合关系,以促进能量合理分配、使用和回收。此外,工业园区换热器网络综合能够实现各厂之间能量资源的协同利用,提高能源利用效率。因此,本文通过改进超结构,实现从单厂到园区层面的换热器网络与公用工程系统同步综合。采用数学规划法,通过构建混合整数非线性规划(MINLP)模型进行优化设计。论文主要包括以下四方面内容:(1)对单厂换热器网络与公用工程系统进行同步综合,改进换热器网络超结构,同时考虑级间、级内多级公用工程的选择和使用,拓展换热器网络与公用工程系统之间结构耦合的可能性;探究换热网络结构与公用工程系统参数之间的相互影响,实现设备投资、能源消耗、经济收益之间的权衡。算例结果显示,使用改进后的超结构可使系统年度总费用降低14.7%和3.2%,证明所提方法可有效提高系统整体的经济性。(2)将换热器网络综合拓展至工业园区,在厂内热回收的基础上,以蒸汽为传热介质建立厂际热回收途径,重点拓展级间蒸汽的发生和使用,实现园区内能量的协同调配和利用;同时优化多级蒸汽发生和使用的等级、位置和负荷,并与公用工程系统相耦合,实现两系统的协同设计。相比于各厂独立的热集成,考虑厂际间及与公用工程系统耦合的集成方式能够从园区角度进一步强化能量回收效果,降低总经济成本。(3)在园区换热器网络与公用工程系统同步综合的基础上,同时考虑经济和环境目标进行多目标优化。本研究不局限于对一次能源的选择组合以及单纯设备费用与环境影响的权衡,而是在获得多目标解集的基础上,探究了换热器网络结构对系统整体环境和经济目标的影响规律,结果表明不同等级公用工程的选择使用对经济和环境目标具有不同影响趋势,使用高压蒸汽对环境更友好而使用低压蒸汽在经济成本方面更优。(4)在考虑利用过程流股余热发生蒸汽作为介质实现厂际余热回收的基础上,进一步加入厂际水介质循环流股,实现厂际间能量的梯级利用。同时,本研究提出在不区分热源厂热阱厂的条件下,仅使用一条介质循环流股,通过逻辑约束实现其冷热性质的自动识别,优化中间介质的选择和流率。最后,通过对所得网络结构的分析可得出不同中间介质在厂际能量回收中表现出的特点和适用性。