集成动力站及装置产用汽的蒸汽动力系统优化方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及蒸汽动力领域，具体而言，涉及一种集成动力站及装置产用汽的蒸汽 动力系统的操作优化方法及系统。
【背景技术】
[0002] 蒸汽动力系统是大型化工或石油化工联合装置中的重要组成部分，其任务是向过 程系统提供所需要的动力、电力、热能等公用工程，蒸汽动力系统的设计水平、运行和控制 性能对过程工业的能量利用效率和经济性能有重要影响。
[0003] 蒸汽动力系统流程结构固定的系统参数优化，主要包括现有系统操作条件的优化 和新系统设计或旧系统改造时对某一结构方案的设计参数和操作条件的优化。目前，针对 该类蒸汽动力系统操作参数优化，建立相关数学模型的方法主要有两种：一是简化蒸汽管 网模型，固定蒸汽管网的操作压力和操作温度为定值，不考虑蒸汽管网中存在的压降和热 损，而重点优化动力站模型中的变量。显然，该不符合实际，因为蒸汽在蒸汽管网中流动必 然存在散热和压损，会导致蒸汽温度和压力的降低，从而使管网中的每个点的蒸汽温度和 压力发生变化。在过程工业企业中蒸汽传输的距离通常较远，蒸汽的温降和压降均比较显 著，如果在数学模型中不考虑该种变化，就会与实际运行数据产生较大误差。二是简化动力 站模型，只将动力站模型按蒸汽发生设备的模型处理，不考虑其对蒸汽动力系统的调控作 用，而重点优化蒸汽管网中各节点流量、温度和压力，计算各蒸汽管段的压降和热损。同样， 该样也会与实际有较大误差，因为动力站中蒸汽的流量、温度和压力均是可W调控的变量， 该必然影响着蒸汽管网中各节点的流量负荷分配W及温度和压力。W上该两种方法，均没 有集成动力站、蒸汽管网系统和工艺装置内部蒸汽系统的数学模型，虽然在一定程度上简 化了计算，但是模拟和优化结果与实际数据存在较大偏差，使蒸汽动力系统优化的指导意 义降低。
[0004] 如何实现蒸汽管网模型与锅炉、汽轮发电机等动力站设备模型W及工艺装置内部 蒸汽系统的集成优化，从而解决蒸汽动力系统操作参数优化的相关瓶颈，提出更符合实际 操作限制的优化方法，为本领域技术人员的研究方向所在。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种集成动力站及装置产用汽的蒸汽动力系统的操作优化方法及系 统，用W克服现有技术中存在的至少一个问题。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供了一种集成动力站及装置产用汽的蒸汽动力系统的 操作优化方法，包括W下步骤：
[0007] S1，确定蒸汽动力系统所需的各设备的性能特征参数W及所述蒸汽动力系统的工 艺参数；
[0008] S2,根据所述蒸汽动力系统带矢量方向性的能量守恒方程、所述蒸汽动力系统的 质量守恒方程、所述各设备的能量守恒方程、所述各设备的质量守恒方程、蒸汽管网中的热 损方程和带矢量方向性的压降方程、w及所述各设备的性能特征参数和所述蒸汽动力系统 的工艺参数建立蒸汽动力系统的非线性数学模型，其中所述非线性数学模型包括带矢量方 向性的蒸汽管网数学模型和动力站及装置产用汽系统模型；
[0009]S3,对所述非线性数学模型进行模拟求解，得到模拟运算结果，其中，该模拟运算 结果包括所述蒸汽动力系统中所有设备的性能特征参数；
[0010]S4,设定所述非线性数学模型中优化变量的取值范围，W及设定所述非线性数学 模型的优化目标函数，其中所述非线性数学模型中流股及设备关键节点的蒸汽负荷分配、 压力和温度值均为变量，在指定的数值范围内进行变化；
[0011]S5,将所述模拟运算结果作为所述非线性数学模型优化运算的初始可行解，在所 述优化变量的取值范围内计算优化计算的递减梯度；
[0012]S6,根据所述递减梯度进行优化运算，求出所述非线性数学模型新的可行解和新 的递减梯度值；
[0013]S7,判断所述新的递减梯度值是否小于设定阔值，如果小于所述设定阔值则执行 步骤S8 ;否则返回步骤S6,并利用所述新的可行解和新的递减梯度值继续进行优化运算；
[0014]S8,判断小于所述设定阔值的递减梯度值对应的可行解是否使得所述优化目标函 数的值在所述优化变量的取值范围内达到最小，如果是，则将对应的可行解作为所述蒸汽 动力系统的运行参数。
[0015] 可选的，上述方法还包括W下步骤：
[0016] 如果步骤S8中的判断结果为不能使得所述优化目标函数的值在所述优化变量的 取值范围内达到最小，则返回步骤S4调整所述优化变量的取值范围，重新进行优化运算。
[0017] 可选的，所述带矢量方向性的压降方程为：
[0018]
[0019] 其中，AP为管道压力降；A为管道摩擦系数；d为管道内径；1为直管长度；1。为 当量长度；Pm为管道中蒸汽的平均密度；F(i，j)为从节点j流至节点i的蒸汽流量。
[0020] 可选的，所述热损方程为：
[0024] q为单位表面的热损失量，t为管道内部平均温度，tg为环境温度，A'为实际传热 系数，d。为保温层外直径，屯为管道外径，di为两层保温层中内层的外径，a为保温层外表 面向大气的放热系数，入'1为两层保温层中内层的实际热导率，入'2为两层保温层中外层 的实际热导率，为管道外表面温度，V为风速。
[0025] 可选的，所述带矢量方向性的能量平衡方程为：
[0026]
[0027] 其中，地是单位时间内的热损失量，q为单位表面的热损失量，d。为保温层外直 径，F(i，j)为从节点j流至节点i的蒸汽流量，d为管道内径，Pm为管道中蒸汽的平均密 度。
[0028] 可选的，所述优化目标函数为：
[0029] T0C=TPC+TFC+TSC，并使目标函数在优化变量的取值范围内达到最小，其中，T0C为 年操作费用，TPC为年用电费用，TFC为年燃料费用，TSC为年蒸汽购买费用；
[0030] 或者为：
[003。TC=TCC+TPC+TFC+TSC，其中，TC为年总费用，TCC为年投资费用，TPC为年用电费 用，TFC为年燃料费用，TSC为年蒸汽购买费用。
[0032] 为达到上述目的，本发明提供了一种集成动力站及装置产用汽的蒸汽动力系统的 操作优化系统，包括：
[0033] 性能参数模块，用于确定蒸汽动力系统所需的各设备的性能特征参数W及所述蒸 汽动力系统的工艺参数；
[0034] 建模模块，用于根据所述蒸汽动力系统带矢量方向性的能量守恒方程、所述蒸汽 动力系统的质量守恒方程、所述各设备的能量守恒方程、所述各设备的质量守恒方程、蒸汽 管网中的热损方程和带矢量方向性的压降方程、W及所述各设备的性能特征参数和所述蒸 汽动力系统的工艺参数建立蒸汽动力系统的非线性数学模型，其中所述非线性数学模型包 括带矢量方向性的蒸汽管网数学模型和动力站及装置产用汽系统模型；
[0035] 模拟求解模块，用于对所述非线性数学模型进行模拟求解，得到模拟运算结果，其 中，该模拟运算结果包括所述蒸汽动力系统中所有设备的性能特征参数；
[0036] 优化设定模块，用于设定所述非线性数学模型中优化变量的取值范围，W及设定 所述非线性数学模型的优化目标函数，其中所述非线性数学模型中流股及设备关键节点的 蒸汽负荷分配、压力和温度值均为变量，在指定的数值范围内进行变化；
[0037] 优化求解模块，用于将所述模拟运算结果作为所述非线性数学模型优化运算的初 始可行解，在所述优化变量的取值范围内计算优化计算的递减梯度，并根据所述递减梯度 进行优化运算，求出所述非线性数学模型新的可行解和新的递减梯度值；
[0038] 梯度阔值判断模块，用于判断所述新的递减梯度值是否小于设定阔值，如果小于 所述设定阔值则判断执行模块执行；否则由所述优化求解模块利用所述新的可行解和新的 递减梯度值继续进行优化运算；
[0039] 判断执行模块，用于判断小于所述设定阔值的递减梯度值对应的可行解是否使得 所述优化目标函数的值在所述优化变量的取值范围内达到最小，如果是，则将对应的可行 解作为所述蒸汽动力系统的运行参数。
[0040] 可选的，所述判断执行模块还用于当判断结果为不能使得所述优化目标函数的值 在所述优化变量的取值范围内达到最小时，则由所述优化设定模块调整所述优化变量的取 值范围，重新进行优化运算。
[0041] 可选的，所述带矢量方向性的压降方程为：
[0042]
[0043] 其中，AP为管道压力降；A为管道摩擦系数；d为管道内径；1为直管长度；1。为 当量长度；Pm为管道中蒸汽的平均密度；F(i，j)为从节点j流至节点i的蒸汽流量。
[0044] 可选的，所述热损方程为：
[004引 q为单位表面的热损失量，t为管道内部平均温度，tg为环境温度，A'为实际传热 系数，d。为保温层外直径，屯为管道外径，di为两层保温层中内层的外径，a为保温层外表 面向大气的放热系数，A'l为两层保温层中内层的实际热导率