RWCE優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)的不可行解影響分析及強化策略

蘇戈曼，崔國民，鮑中凱，肖媛，蔣奧煒

（上海理工大學(xué)新能源科學(xué)與工程研究所，上海200093）

換熱網(wǎng)絡(luò)（heat exchanger network，HEN）是一種在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的熱回收系統(tǒng)，其優(yōu)化能進(jìn)一步提高節(jié)能降耗水平和企業(yè)經(jīng)濟效益，受到了眾多學(xué)者的關(guān)注。1990 年，Yee 和Grossmann[1-2]建立了換熱網(wǎng)絡(luò)分級超結(jié)構(gòu)模型（stage-wise superstructure,SWS），其包含大量可行的結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了換熱網(wǎng)絡(luò)的同步優(yōu)化。近年來，一些新的同步優(yōu)化模型相繼被提出。He 和Cui[3]、Zhang[4]等分別提出和改進(jìn)了換熱網(wǎng)絡(luò)棋盤模型，結(jié)構(gòu)簡單、布置靈活。Hong等[5]建立了一種新的換熱網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)運模型，包含更多復(fù)雜結(jié)構(gòu)，此外還提供了線性約束條件與更為精確的換熱面積計算方法，優(yōu)化效果較好。Pav?o等[6]提出了一種增強型SWS，豐富了公用工程的布置方式；在此基礎(chǔ)上，該作者還增加了子級、子分流等結(jié)構(gòu)特征[7]，也取得了一定效果。

換熱網(wǎng)絡(luò)同步優(yōu)化模型在不斷發(fā)展，但從本質(zhì)上來看，其求解均屬于混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，目標(biāo)函數(shù)不連續(xù)，且包含眾多約束條件。在模型的求解過程中，約束條件的處理必不可少且十分重要。目前常用的約束處理方法包括懲罰函數(shù)法[8]、拉格朗日乘子法[9]、簡約梯度法[10]、約束變尺度法[11]等。其中，懲罰函數(shù)法將有約束問題轉(zhuǎn)化為無約束問題，適用范圍廣，對目標(biāo)函數(shù)要求寬松，在換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題中被廣泛使用。Richardson 等[12]在遺傳算法的優(yōu)化過程中采用了懲罰函數(shù)來處理約束。方大俊等[13]同樣采用懲罰函數(shù)處理約束，并結(jié)合微分進(jìn)化算法，建立了罰因子協(xié)同進(jìn)化機制以保證罰因子的最佳取值。……