一种蒸汽动力系统的运行操作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及蒸汽动力系统技术领域，具体涉及一种蒸汽动力系统的运行操作方 法。
【背景技术】
[0002] 石化企业是典型的高耗能产业，如何通过改进设备和操作工艺来降低生产成本和 环境成本，一直是该行业所面临的严峻问题。在石化企业中，蒸汽动力系统是供能中的重要 环节，其通过消耗燃料油、燃料气及新鲜水，为整个生产过程提供不同等级蒸汽、动力乃至 电力能源。
[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 这类蒸汽动力系统操作参数优化的方法主要有线性规划法、非线性规划法和带有混合整数 的非线性规划法。
[0004] 申请公布号为CN103544551A的发明专利申请文献公开了一种蒸汽动力系统的操 作优化方法，该方法包括以下步骤：确定蒸汽动力系统所包含的各设备的性能特征参数以 及所述蒸汽动力系统的工艺参数；根据所述蒸汽动力系统的能量守恒方程、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以及所述 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所述蒸汽动力系统的非线性 数学模型；对所述非线性数学模型进行模拟求解，得到模拟运算结果；设定所述非线性数 学模型中优化变量的取值范围，以及设定所述非线性数学模型的优化目标函数；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，采用序列二次规划法和序贯线性规划法混合优化方法对所述非线性数学模块进行优化 求解，得到优化求解结果；判断所述优化求解结果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，则将所述优化求解结果作为所述蒸汽动力模型 的运行参数。
[0005] 传统的控制系统和方法侧重于不同等级蒸汽的生产、消耗平衡关系，使得以最低 的生产成本满足生产需求。然而，这种粗放型的生产控制方式并没有考虑到由此带来的环 境成本，尤其在当前环境问题日益突出的大背景下，企业在生产中不仅需要考虑"节能"，更 应统筹考虑"减排"。章建栋等提出了瓦斯与蒸汽动力系统的集成优化调度策略，但其重载 实现瓦斯和蒸汽在全厂的调度平衡关系，而未能考虑环境因素对于实际生产方法的影响。 戴文智和罗向龙等在蒸汽调度中考虑了环境因素，但是其实施案例中汽轮机的功能较为单 一，同时对于环境因素的考虑也只局限于在目标函数中增加环境成本。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种蒸汽动力系统的运行操作方法，该运行操作方法满足生产成本 和排放成本两个目标的优化策略，获得了蒸汽动力系统的最佳生产加工方案。
[0007] -种蒸汽动力系统的运行操作方法，包括以下步骤：
[0008] (1)采集蒸汽动力系统中各设备的性能特征参数以及蒸汽动力系统的工艺参数；
[0009] (2)根据蒸汽动力系统的能量、质量守恒方程建立所述蒸汽动力系统的混合整数 线性规划模型，并设定所述混合整数线性规划模型的优化目标函数；
[0010] ⑶以生产成本和废气排放成本为目标，采用增广ε约束法求解优化目标函数， 获得目标优化参数；
[0011] (4)将所述目标优化参数作为蒸汽动力系统的运行参数进行蒸汽动力系统的运行 控制。
[0012] 所述的设备为蒸汽动力系统中的产能设备、耗能设备以及运能系统（不同等级蒸 汽管网）间的减温减压器；
[0013] 其中，所述产能设备涉及的性能特征参数为：最大负荷，最大燃料流量，热损失比 例和负荷比例回归函数的两个回归参数，蒸汽从过热温度到饱和温度的散热强度、饱和水 介于新鲜水入锅炉时温度和蒸汽出锅炉时温度之间的比热以及启停费用；耗能设备涉及的 性能特征参数为：最大负荷，最大能量负荷与全负荷效率回归函数的回归参数，蒸汽焓降以 及启停费用。
[0014] 所述蒸汽动力系统的工艺参数包括：燃料性能参数、生产需求参数以及物料成本 参数。
[0015] 其中，燃料性能参数为：热值、含S量、含C量、含N量以及燃料的燃烧产物含量；生 产需求参数为：不同温度压力的蒸汽需求量、汽轮机动力需求量以及电力需求量；物料成 本参数为：燃料、电和水的单价、废气排放收费标准。
[0016] 本发明蒸汽动力系统的优化目标是在满足蒸汽、动力和电力需求的前提条件下， 调整燃料参数、产能和耗能设备的运行参数、运能系统（蒸汽管网）内部不同等级蒸汽的平 衡、设备启停参数以及外购电量和新鲜水购买量，从而在实现生产计划的前提下，同时兼顾 生产成本和环境成本。所以，本发明蒸汽动力系统运行操作方法的优化目标为两个：（1)生 产成本，（2)环境成本。
[0017] 所述优化目标函数为： 「00181
【主权项】
1. 一种蒸汽动力系统的运行操作方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 采集蒸汽动力系统中各设备的性能特征参数以及蒸汽动力系统的工艺参数； (2) 根据蒸汽动力系统的能量、质量守恒方程建立所述蒸汽动力系统的混合整数线性 规划模型，并设定所述混合整数线性规划模型的优化目标函数； (3) 以生产成本和废气排放成本为目标，采用增广ε约束法求解优化目标函数，获得 目标优化参数； (4) 将所述目标优化参数作为蒸汽动力系统的运行参数进行蒸汽动力系统的运行控 制。
2. 如权利要求1所述的运行操作方法，其特征在于，所述优化目标函数为：
式中七^^^为燃料在周期七内的流量&^为燃料的单价疋^^^为新鲜水在 周期t内的流量；Cwat为新鲜水的单价；Elenrt, t为周期t内的外购电量；为外购电量的 单价；Cdl bl为产能设备运行状态切换一次对应的成本；C Itb为耗能设备运行状态切换一次 对应的成本；K为0-1变量，用来表征设备启停可选约束是否采用，K = 1表示采用约束，K =0表不不米用约束； 以及：
式中，CL/fT,co：为产能设备中〇)2的气体排放量；G;Wt.,, SC2为产能设备中SO2的气体排放 量；为产能设备中腸5(的气体排放量；g为燃料燃烧后的排放气体，包括C02、502和 N0x;C 8为CO 2、SO# NO濟放费用的单价。
3. 如权利要求1所述的运行操作方法，其特征在于，所述蒸汽动力系统的工艺参数包 括：燃料性能参数、生产需求参数和物料成本参数。
4. 如权利要求3所述的运行操作方法，其特征在于，燃料性能参数方程为： ^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，Ffuel为燃料流量；和为气体污染物的排放量；ratc,fuel、 ratN,fuei 和rats,fuel为燃料中C、N、S元素含量比率。
5. 如权利要求1所述的运行操作方法，其特征在于，产能设备性能参数方程为：
式中，Tin为新鲜水入产能设备时的温度；：Cf为蒸汽出产能设备的温度；Cp为饱和水介 于Tin和之间的比热；q为蒸汽从过热温度到饱和温度的散热强度；a和b为产能设备热 损失比例和负荷比例回归函数的两个回归参数；Fstm,b()ilOT,t为产能设备在周期t内的蒸汽流 量；QflKl为燃料提供的热能。 以及：
式中，fuel为产能设备所用的燃料；Ffuel,b()ile,,t为燃料fuel在周期t内的流量；H fuelS 燃料fuel热值。
6. 如权利要求1所述的运行操作方法，其特征在于，耗能设备性能参数方程为
式中，AHturb为蒸汽焓降；CU,为耗能设备最大蒸汽负荷；A和B是耗能设备最大能 量负荷与其全负荷效率回归函数的回归参数；Fstm,tuA,t为耗能设备在周期t内的耗汽流量； EtuA, t为周期t内耗能设备turb提供的动力。
7. 如权利要求1所述的运行操作方法，其特征在于，所述优化目标参数包括：燃料的种 类和流量，产能设备、耗能设备和减温减压器的运行负荷，新鲜水流量，外购电量以及设备 启停状态。
8. 如权利要求7所述的运行操作方法，其特征在于，设备启停状态的确定方程为：
式中，Zn, t用来表征相比于周期t-l(t= {2, 3,…T})，设备η在周期t是否发生运行 状态的切换；Yn,t为0-1变量，用来表征设备是否运行，Yn, t= 1表示设备处于开启状态，Yn, t= 0表示设备处于关闭状态。
【专利摘要】本发明公开了一种蒸汽动力系统的运行操作方法，该方法包括：采集蒸汽动力系统中各设备的性能特征参数以及蒸汽动力系统的工艺参数；根据蒸汽动力系统的能量、质量守恒方程建立所述蒸汽动力系统的混合整数线性规划模型，并设定所述混合整数线性规划模型的优化目标函数；以生产成本和废气排放成本为目标，采用增广ε约束法求解优化目标函数，获得目标优化参数；将所述目标优化参数作为蒸汽动力系统的运行参数进行蒸汽动力系统的运行控制。本发明以生产成本和废气排放成本为目标，采用增广ε约束法求解优化目标函数，获得了满足生产成本和排放成本两个目标的优化策略，可帮助企业在保证生产成本的同时，适应节能环保要求趋势，科学调整生产运行策略。
【IPC分类】G06Q10-04
【公开号】CN104657789
【申请号】CN201510073874
【发明人】荣冈, 张鹏飞, 冯毅萍
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月12日