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反渗透海水淡化膜系统优化设计与优化调度的研究

作　者: 牛志远
导　师: 丁强
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 反渗透海水淡化优化设计调度
分类号: P747
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

海水淡化技术是解决日益严峻的淡水资源短缺的重要途径。反渗透海水淡化技术作为新型的海水淡化技术，自问世以来，发展十分迅速，采用反渗透技术的淡化工程逐年增加。该技术存在的问题是制水成本偏高，相关学者就此问题做了深入研究，研究表明，对反渗透海水淡化膜系统的优化设计能够有效降低制水能耗。反渗透淡化系统是一个典型的流程工业系统，对其运行状态进行优化调度，可降低其运行费用。本文拟在上述两个方向进行深入研究，旨在寻找最优的膜系统流程设计和淡化系统运行状态，以实现制水成本最低。研究内容主要包括以下几个方面：针对反渗透海水淡化膜系统的优化设计，本文对膜系统传统寻优方法进行转换，得出以制水能耗最低为优化目标的数学模型。首先，根据反渗透海水淡化膜系统的流程特点，建立过程单元的数学模型，通过模型模拟反渗透过程；其次，将设备的投资费用、系统运行时的能耗费用作为决策变量，建立反渗透海水淡化的经济模型；最后，在流程模型和经济模型的基础上，针对一级一段工艺和一级两段工艺分别建立优化设计模型，确立最优目标函数、约束关系、以及优化变量；采用GAMS软件对优化设计模型进行最优化求解，确定反渗透海水淡化膜系统的最优流程设计，并得出年能耗费用、吨水能耗费用等主要经济指标。对改变进水水质条件的膜系统设计进行了研究，得出了不同条件下的膜系统最优设计方案。对工程实例进行优化设计，得出的吨水能耗费用低于工程的实际值，表明该优化设计方案是有效的。针对反渗透海水淡化系统的优化运行与调度，本文将电力调度领域应用较为广泛的分支定界法应用于优化调度模型的求解。首先，在分析不同预测方法的基础上，结合六横岛的历史用水量数据特点，采用自回归移动平均预测方法，对未来调度时间段的用水量进行预测；其次，在获得预测用水量的基础上，根据淡化系统的工艺特点和运行状态，将产水池供水计划和淡化机组启停计划作为决策变量，建立以运行费用最小化为目标函数的调度模型；最后，分支定界法对调度模型进行了最优化求解。通过调度实例分析，该优化调度方案可有效降低系统的运行费用。在上述研究工作的基础上，结合淡化系统的工艺特点，在.Net平台下采用C#语言设计开发了反渗透海水淡化优化调度系统。对系统软件的实现进行了需求与可行性分析，介绍了系统软件的总体设计框架，主要分析和说明了各功能模块的实现方法，并对系统软件的测试方法和流程进行了阐述。系统运行结果表明，该调度系统能根据历史数据预测未来用水量，执行优化调度，生成合理的产水计划和供水计划。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外海水淡化进展  11
  1.3 国内反渗透技术进展  11-12
    1.3.1 国外反渗透技术进展  11-12
    1.3.2 国内反渗透海水淡化技术发展  12
  1.4 反渗透海水淡化优化设计研究现状  12-13
  1.5 反渗透海水淡化系统优化运行与调度研究现状  13-14
  1.6 课题研究内容和方法  14-16
第2章反渗透海水淡化(SWRO)系统  16-22
  2.1 反渗透基本原理  16
  2.2 反渗透海水淡化系统  16-20
    2.2.1 预处理过程  17-18
    2.2.2 反渗透过程  18-19
    2.2.3 后处理系统  19-20
  2.3 反渗透海水淡化工艺  20-21
    2.3.1 典型工艺  20
    2.3.2 非典型工艺  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章反渗透膜系统优化设计  22-35
  3.1 引言  22
  3.2 反渗透淡化模型  22-23
    3.2.1 反渗透过程模型  22-23
  3.3 经济模型  23-25
  3.4 优化设计模型  25-29
    3.4.1 优化设计模型分析  25
    3.4.2 优化设计模型表达  25-29
  3.5 优化模型求解  29-30
  3.6 优化设计实例  30-34
    3.6.1 实例介绍  30-31
    3.6.2 实例分析  31-34
  3.7 本章小结  34-35
第4章反渗透海水淡化系统运行的优化调度  35-48
  4.1 引言  35
  4.2 用水量预测  35-39
    4.2.1 用水量预测方法  35-36
    4.2.2 用水量预测模型及求解  36-39
  4.3 反渗透海水淡化优化调度模型  39-42
    4.3.1 模型优化目标  40-41
    4.3.2 模型约束条件  41-42
  4.4 反渗透海水淡化优化调度模型的求解  42-44
    4.4.1 分支定界法  42
    4.4.2 分支定界法的计算过程  42-44
    4.4.3 求解调度模型的算法流程  44
  4.5 实例分析  44-47
  4.6 本章小结  47-48
第5章优化运行与调度的软件实现  48-62
  5.1 引言  48
  5.2 需求与可行性分析  48-49
    5.2.1 调度的目标与实现方法  48
    5.2.2 调度过程  48-49
    5.2.3 开发语言与软件平台  49
  5.3 优化调度系统的总体设计  49-50
  5.4 软件模块设计  50-52
    5.4.1 预测算法模块  51
    5.4.2 用水量预测模块  51
    5.4.3 调度模块  51-52
    5.4.4 设备维护保养模块  52
  5.5 数据库设计  52-54
    5.5.1 逻辑结构设计  52-53
    5.5.2 数据表设计  53-54
  5.6 优化调度系统测试  54-61
    5.6.1 测试方法介绍  54-55
    5.6.2 功能模块测试  55-60
    5.6.3 系统联合调试  60-61
  5.7 本章小结  61-62
第6章总结与展望  62-64
  6.1 全文总结  62
  6.2 展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录  69

反渗透海水淡化膜系统优化设计与优化调度的研究

内容摘要

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