一種蒸汽動力系統(tǒng)的運行操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及蒸汽動力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蒸汽動力系統(tǒng)的運行操作方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石化企業(yè)是典型的高耗能產(chǎn)業(yè)，如何通過改進設(shè)備和操作工藝來降低生產(chǎn)成本和 環(huán)境成本，一直是該行業(yè)所面臨的嚴峻問題。在石化企業(yè)中，蒸汽動力系統(tǒng)是供能中的重要 環(huán)節(jié)，其通過消耗燃料油、燃料氣及新鮮水，為整個生產(chǎn)過程提供不同等級蒸汽、動力乃至 電力能源。
[0003] 蒸汽動力系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)固定的系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化，主要包括現(xiàn)有系統(tǒng)操作條件的優(yōu)化 和新系統(tǒng)設(shè)計或舊系統(tǒng)改造時對某一結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計參數(shù)和操作條件的優(yōu)化。目前，針對 這類蒸汽動力系統(tǒng)操作參數(shù)優(yōu)化的方法主要有線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法和帶有混合整數(shù) 的非線性規(guī)劃法。
[0004] 申請公布號為CN103544551A的發(fā)明專利申請文獻公開了一種蒸汽動力系統(tǒng)的操 作優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：確定蒸汽動力系統(tǒng)所包含的各設(shè)備的性能特征參數(shù)以 及所述蒸汽動力系統(tǒng)的工藝參數(shù)；根據(jù)所述蒸汽動力系統(tǒng)的能量守恒方程、所述蒸汽動力 系統(tǒng)的質(zhì)量守恒方程、所述各設(shè)備的能量守恒方程、所述各設(shè)備的質(zhì)量守恒方程以及所述 各設(shè)備的性能特征參數(shù)和所述蒸汽動力系統(tǒng)的工藝參數(shù)建立所述蒸汽動力系統(tǒng)的非線性 數(shù)學(xué)模型；對所述非線性數(shù)學(xué)模型進行模擬求解，得到模擬運算結(jié)果；設(shè)定所述非線性數(shù) 學(xué)模型中優(yōu)化變量的取值范圍，以及設(shè)定所述非線性數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化目標函數(shù)；將所述模 擬運算結(jié)果作為所述非線性數(shù)學(xué)模型優(yōu)化運算的初始可行解，在所述優(yōu)化變量的取值范圍 內(nèi)，采用序列二次規(guī)劃法和序貫線性規(guī)劃法混合優(yōu)化方法對所述非線性數(shù)學(xué)模塊進行優(yōu)化 求解，得到優(yōu)化求解結(jié)果；判斷所述優(yōu)化求解結(jié)果是否使得所述優(yōu)化目標函數(shù)的值在所述 優(yōu)化變量的取值范圍內(nèi)達到最小，如果是，則將所述優(yōu)化求解結(jié)果作為所述蒸汽動力模型 的運行參數(shù)。
[0005] 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)和方法側(cè)重于不同等級蒸汽的生產(chǎn)、消耗平衡關(guān)系，使得以最低 的生產(chǎn)成本滿足生產(chǎn)需求。然而，這種粗放型的生產(chǎn)控制方式并沒有考慮到由此帶來的環(huán) 境成本，尤其在當前環(huán)境問題日益突出的大背景下，企業(yè)在生產(chǎn)中不僅需要考慮"節(jié)能"，更 應(yīng)統(tǒng)籌考慮"減排"。章建棟等提出了瓦斯與蒸汽動力系統(tǒng)的集成優(yōu)化調(diào)度策略，但其重載 實現(xiàn)瓦斯和蒸汽在全廠的調(diào)度平衡關(guān)系，而未能考慮環(huán)境因素對于實際生產(chǎn)方法的影響。 戴文智和羅向龍等在蒸汽調(diào)度中考慮了環(huán)境因素，但是其實施案例中汽輪機的功能較為單 一，同時對于環(huán)境因素的考慮也只局限于在目標函數(shù)中增加環(huán)境成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種蒸汽動力系統(tǒng)的運行操作方法，該運行操作方法滿足生產(chǎn)成本 和排放成本兩個目標的優(yōu)化策略，獲得了蒸汽動力系統(tǒng)的最佳生產(chǎn)加工方案。
[0007] -種蒸汽動力系統(tǒng)的運行操作方法，包括以下步驟：
[0008] (1)采集蒸汽動力系統(tǒng)中各設(shè)備的性能特征參數(shù)以及蒸汽動力系統(tǒng)的工藝參數(shù)；
[0009] (2)根據(jù)蒸汽動力系統(tǒng)的能量、質(zhì)量守恒方程建立所述蒸汽動力系統(tǒng)的混合整數(shù) 線性規(guī)劃模型，并設(shè)定所述混合整數(shù)線性規(guī)劃模型的優(yōu)化目標函數(shù)；
[0010] ⑶以生產(chǎn)成本和廢氣排放成本為目標，采用增廣ε約束法求解優(yōu)化目標函數(shù)， 獲得目標優(yōu)化參數(shù)；
[0011] (4)將所述目標優(yōu)化參數(shù)作為蒸汽動力系統(tǒng)的運行參數(shù)進行蒸汽動力系統(tǒng)的運行 控制。
[0012] 所述的設(shè)備為蒸汽動力系統(tǒng)中的產(chǎn)能設(shè)備、耗能設(shè)備以及運能系統(tǒng)（不同等級蒸 汽管網(wǎng)）間的減溫減壓器；
[0013] 其中，所述產(chǎn)能設(shè)備涉及的性能特征參數(shù)為：最大負荷，最大燃料流量，熱損失比 例和負荷比例回歸函數(shù)的兩個回歸參數(shù)，蒸汽從過熱溫度到飽和溫度的散熱強度、飽和水 介于新鮮水入鍋爐時溫度和蒸汽出鍋爐時溫度之間的比熱以及啟停費用；耗能設(shè)備涉及的 性能特征參數(shù)為：最大負荷，最大能量負荷與全負荷效率回歸函數(shù)的回歸參數(shù)，蒸汽焓降以 及啟停費用。
[0014] 所述蒸汽動力系統(tǒng)的工藝參數(shù)包括：燃料性能參數(shù)、生產(chǎn)需求參數(shù)以及物料成本 參數(shù)。
[0015] 其中，燃料性能參數(shù)為：熱值、含S量、含C量、含N量以及燃料的燃燒產(chǎn)物含量；生 產(chǎn)需求參數(shù)為：不同溫度壓力的蒸汽需求量、汽輪機動力需求量以及電力需求量；物料成 本參數(shù)為：燃料、電和水的單價、廢氣排放收費標準。
[0016] 本發(fā)明蒸汽動力系統(tǒng)的優(yōu)化目標是在滿足蒸汽、動力和電力需求的前提條件下， 調(diào)整燃料參數(shù)、產(chǎn)能和耗能設(shè)備的運行參數(shù)、運能系統(tǒng)（蒸汽管網(wǎng)）內(nèi)部不同等級蒸汽的平 衡、設(shè)備啟停參數(shù)以及外購電量和新鮮水購買量，從而在實現(xiàn)生產(chǎn)計劃的前提下，同時兼顧 生產(chǎn)成本和環(huán)境成本。所以，本發(fā)明蒸汽動力系統(tǒng)運行操作方法的優(yōu)化目標為兩個：（1)生 產(chǎn)成本，（2)環(huán)境成本。
[0017] 所述優(yōu)化目標函數(shù)為： 「00181
【主權(quán)項】
1. 一種蒸汽動力系統(tǒng)的運行操作方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 采集蒸汽動力系統(tǒng)中各設(shè)備的性能特征參數(shù)以及蒸汽動力系統(tǒng)的工藝參數(shù)； (2) 根據(jù)蒸汽動力系統(tǒng)的能量、質(zhì)量守恒方程建立所述蒸汽動力系統(tǒng)的混合整數(shù)線性 規(guī)劃模型，并設(shè)定所述混合整數(shù)線性規(guī)劃模型的優(yōu)化目標函數(shù)； (3) 以生產(chǎn)成本和廢氣排放成本為目標，采用增廣ε約束法求解優(yōu)化目標函數(shù)，獲得 目標優(yōu)化參數(shù)； (4) 將所述目標優(yōu)化參數(shù)作為蒸汽動力系統(tǒng)的運行參數(shù)進行蒸汽動力系統(tǒng)的運行控 制。
2. 如權(quán)利要求1所述的運行操作方法，其特征在于，所述優(yōu)化目標函數(shù)為：
式中七^^^為燃料在周期七內(nèi)的流量&^為燃料的單價疋^^^為新鮮水在 周期t內(nèi)的流量；Cwat為新鮮水的單價；Elenrt, t為周期t內(nèi)的外購電量；為外購電量的 單價；Cdl bl為產(chǎn)能設(shè)備運行狀態(tài)切換一次對應(yīng)的成本；C Itb為耗能設(shè)備運行狀態(tài)切換一次 對應(yīng)的成本；K為0-1變量，用來表征設(shè)備啟?？蛇x約束是否采用，K = 1表示采用約束，K =0表不不米用約束； 以及：
式中，CL/fT,co：為產(chǎn)能設(shè)備中〇)2的氣體排放量；G;Wt.,, SC2為產(chǎn)能設(shè)備中SO2的氣體排放 量；為產(chǎn)能設(shè)備中腸5(的氣體排放量；g為燃料燃燒后的排放氣體，包括C02、502和 N0x;C 8為CO 2、SO# NO濟放費用的單價。
3. 如權(quán)利要求1所述的運行操作方法，其特征在于，所述蒸汽動力系統(tǒng)的工藝參數(shù)包 括：燃料性能參數(shù)、生產(chǎn)需求參數(shù)和物料成本參數(shù)。
4. 如權(quán)利要求3所述的運行操作方法，其特征在于，燃料性能參數(shù)方程為： ^co2 - 3.667 XFjkd XTatc Jkd (17) Gu, =1.63x/-；,wx(m/,,;w+0,000938) (18) = 2 X l· liicl X rals liu-l (19) 式中，F(xiàn)fuel為燃料流量；和為氣體污染物的排放量；ratc,fuel、 ratN,fuei 和rats,fuel為燃料中C、N、S元素含量比率。
5. 如權(quán)利要求1所述的運行操作方法，其特征在于，產(chǎn)能設(shè)備性能參數(shù)方程為：
式中，Tin為新鮮水入產(chǎn)能設(shè)備時的溫度；：Cf為蒸汽出產(chǎn)能設(shè)備的溫度；Cp為飽和水介 于Tin和之間的比熱；q為蒸汽從過熱溫度到飽和溫度的散熱強度；a和b為產(chǎn)能設(shè)備熱 損失比例和負荷比例回歸函數(shù)的兩個回歸參數(shù)；Fstm,b()ilOT,t為產(chǎn)能設(shè)備在周期t內(nèi)的蒸汽流 量；QflKl為燃料提供的熱能。 以及：
式中，fuel為產(chǎn)能設(shè)備所用的燃料；Ffuel,b()ile,,t為燃料fuel在周期t內(nèi)的流量；H fuelS 燃料fuel熱值。
6. 如權(quán)利要求1所述的運行操作方法，其特征在于，耗能設(shè)備性能參數(shù)方程為
式中，AHturb為蒸汽焓降；CU,為耗能設(shè)備最大蒸汽負荷；A和B是耗能設(shè)備最大能 量負荷與其全負荷效率回歸函數(shù)的回歸參數(shù)；Fstm,tuA,t為耗能設(shè)備在周期t內(nèi)的耗汽流量； EtuA, t為周期t內(nèi)耗能設(shè)備turb提供的動力。
7. 如權(quán)利要求1所述的運行操作方法，其特征在于，所述優(yōu)化目標參數(shù)包括：燃料的種 類和流量，產(chǎn)能設(shè)備、耗能設(shè)備和減溫減壓器的運行負荷，新鮮水流量，外購電量以及設(shè)備 啟停狀態(tài)。
8. 如權(quán)利要求7所述的運行操作方法，其特征在于，設(shè)備啟停狀態(tài)的確定方程為：
式中，Zn, t用來表征相比于周期t-l(t= {2, 3,…T})，設(shè)備η在周期t是否發(fā)生運行 狀態(tài)的切換；Yn,t為0-1變量，用來表征設(shè)備是否運行，Yn, t= 1表示設(shè)備處于開啟狀態(tài)，Yn, t= 0表示設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蒸汽動力系統(tǒng)的運行操作方法，該方法包括：采集蒸汽動力系統(tǒng)中各設(shè)備的性能特征參數(shù)以及蒸汽動力系統(tǒng)的工藝參數(shù)；根據(jù)蒸汽動力系統(tǒng)的能量、質(zhì)量守恒方程建立所述蒸汽動力系統(tǒng)的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，并設(shè)定所述混合整數(shù)線性規(guī)劃模型的優(yōu)化目標函數(shù)；以生產(chǎn)成本和廢氣排放成本為目標，采用增廣ε約束法求解優(yōu)化目標函數(shù)，獲得目標優(yōu)化參數(shù)；將所述目標優(yōu)化參數(shù)作為蒸汽動力系統(tǒng)的運行參數(shù)進行蒸汽動力系統(tǒng)的運行控制。本發(fā)明以生產(chǎn)成本和廢氣排放成本為目標，采用增廣ε約束法求解優(yōu)化目標函數(shù)，獲得了滿足生產(chǎn)成本和排放成本兩個目標的優(yōu)化策略，可幫助企業(yè)在保證生產(chǎn)成本的同時，適應(yīng)節(jié)能環(huán)保要求趨勢，科學(xué)調(diào)整生產(chǎn)運行策略。
【IPC分類】G06Q10-04
【公開號】CN104657789
【申請?zhí)枴緾N201510073874
【發(fā)明人】榮岡, 張鵬飛, 馮毅萍
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月12日