工业园区可以实现多个生产企业之间的资源共享,是目前化工行业发展的主流模式。为提高节水节能水平,促进园区内部的工业共生关系,构建园区内水网络与能量系统的耦合体系十分重要。以往研究中,针对工业园区的水网络综合与能量集成的研究多是分开进行的,而水热集成研究则主要局限于单厂内。本文针对化工工业园区的用水与用能问题,开展跨厂际热集成水分配网络优化设计的研究,挖掘水资源与能源共同节约的潜力。采用数学规划法,基于水分配网络及换热网络超结构,分别通过序贯分步和联立同步两种方法进行网络优化设计,并展开了比较与分析。主要内容如下:(1)采用水热分步集成的方法,依次对工业园区总网络中的水分配和热集成子系统进行优化设计。基于以厂为单位的综合思想,建立园区水分配网络超结构,考虑直接与间接两种跨厂水回用模式,以经济性最优为目标进行园区水网络综合。在最优化园区水网络基础上,对比选择最合适的园区热集成策略,从而确定热集成的潜在流股以及区域范围,在确保涵盖全部水流股的同时使网络结构得到简化,并充分利用流股间的非等温混合直接换热;基于换热网络分级超结构,结合转运模型,优化获得年度费用最小的换热子网络,将两个子系统整合得到分步优化设计的工业园区热集成水分配网络。将这一方法应用于两个算例,在GAMS中建模并求解,得到分步优化下的园区总网络设计。(2)在分步设计的基础上,研究园区内水热同步集成的优化设计方法,从全局角度进一步探索用水与用能的整体最优化。根据分步设计中的水网络交互方式及园区热集成策略,建立工业园区热集成水分配网络超结构与非线性规划(NLP)数学模型,在总网络年度总费用最小的单一目标下求解。模型中包含水回用与热集成的所有可能,以及水热参数耦合与潜在换热流股冷热性质的识别。针对同步优化模型复杂、求解难度大等问题,采用一系列策略简化模型并强化求解过程。对前述两个算例采用同步法进行优化求解,所得最优总网络的年度总费用较分步法更低,这一结果符合同步优化的特点。(3)基于算例结果,结合工业园区特点,从多个角度对分步和同步两种设计方法进行比较,分析各自的优劣势及适用情况。其中,采用不涉及厂际交互的单厂独立集成作为对比的基础。分步法由于不能充分考察水热子系统之间的关联,因而总体优化结果逊于同步法,但其建模与求解相对简单,而且对优化目标的处理较为灵活,对于各个子问题之间求解顺序严格或关联性不强的情况更为适合。在基于同步法的同样情况下,相比于单厂集成,园区集成所得结果更优,验证了园区集成可以进一步提升资源节约水平。