过程系统能量综合、优化是当今高耗能过程工业节能的重要手段。其对节约资源和保护环境，建设低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环、可持续发展的国民经济体系具有十分重要的意义。努力提高高耗能工业能源利用率，解决我国能源供应不足的矛盾，是社会经济发展的重要一环，是国家经济安全的重要保障。本文针对我国过程工业能源利用率较低的现状，在综合研究分析国内外先进理论和技术的基础上，结合具体过程工业中的某些实际问题，研究开发较为优化的过程能量系统，以期能够为过程工业中新厂的建设、老厂的改造提供借鉴性建议。首先，从能量的本质属性出发，结合热力学第一、第二定律，用换热网络传热过程的（火用）损费用代替冷、热公用工程费用作为目标函数中的操作费用，提出了换热网络（火用）经济目标函数，并对该目标函数进行分解、分级，逐级求解，以此求取换热网络的最小传热温差。基于换热网络的温焓图，在平衡的热、冷组合曲线上随机地选取相垂直的两点，取两点之间的积分微元，并沿组合曲线对其进行分段积分，整体性求解换热网络传热过程的（火用）损。研究分析了污垢对换热网络温度波动及其在网络结构中传递的影响。基于整个网络系统，对网络结构中的换热器相互影响因素进行研究，定性及定量分析污垢对换热网络传热性能、温度波动在系统中的传递，并考虑消除其负面影响的应对措施。提出温度传递系数的概念，并基于温度传递系数的概念，制作温度传递系数表，进而获得需要改进换热网络的数据和信息，该表可以成为工程师们分析、评价网络系统中温度干扰传递的一个有力工具。综合考虑换热网络的操作费用、清洗时间、清洗费用以及清洗停产造成的损失等因素。建立了最佳清洗周期数学模型，确定网络结构中各个换热单元的最佳清洗周期。并给出了合成氨变换系统及CO₂脱除系统换热器的最佳清洗周期结果，对于工厂实际检修、清洗换热设备的时间、周期具有参考意义。考虑网络结构中换热单元的优化设计、强化传热对整个换热网络的影响，并考虑压降约束在各个换热单元中的分配。在考虑压降约束的基础上，对换热网络涉及的单体换热设备进行详细设计。对于同一流股，整体压降约束在所涉及到的单个换热器当中按面积比例线性宏观初始分配，并以详细设计结果为依据进行二次分配。经过换热器详细设计，综合出的新能量系统与现场能量系统的比较结果表明了该方法的可行性。基于换热网络的温度传递系数分析，能够定量地求得决策变量和参数对状态变量和目标函数产生的影响，可以求得状态变量随决策变量的变化。为了进行实验验证，设计开发了一套换热网络实验装置，可进行单个换热单元的传热实验，或若干台换热器串、并联组成小规模的换热网络。实验结果表明：换热网络温度传递系数分析可以较为准确地分析、预测决策变量的温度波动带给状态变量的影响程度。