变参数蒸汽动力系统多周期优化

论文摘要

蒸汽动力系统是过程工业的重要组成部分,蒸汽动力系统在向工艺过程提供动力、电力、热、工艺蒸汽等的同时本身也消耗大量的能源,其能耗在整个石化企业中占有相当大的比例,它的安全、稳定运行是企业安全、稳定、长周期运行的基础。蒸汽动力系统的优化运行对石化企业的安全生产和成本控制具有重要的影响。因此,优化蒸汽动力系统的操作,降低运行成本,是石油化工业节能降耗、提高效益的重要途径。首先,本文在总结前人在蒸汽动力系统优化的工作成果的基础上,针对蒸汽动力系统的特点,将过程能量系统多层次集成建模的思想应用到蒸汽动力系统,阐述蒸汽动力系统的物理结构、流结构、功能层次结构模型,对蒸汽动力系统中包括锅炉、汽轮机、余热锅炉等主要设备建立适用于集成优化求解的数学模型。其次,本文建立了确定性参数条件下的考虑设备启停费用的蒸汽动力系统多周期最优运行的混合整数线性规划模型,并将锅炉和汽轮机的模型根据实际运行情况进行了合理的线性化,这样既保证了系统运行优化求解精度,又避免了非线性模型求解困难。将本文建立的模型运用到齐鲁石化炼油厂的实例和某设计案例中,利用规划软件LINGO进行优化求解,并得到了合理的优化运行计划,节省了大量的运行成本。再次,随着工艺过程加工量、产品方案、气候和季节的变化以及各不确定性因素导致外界对蒸汽动力系统的汽电需求处于动态的变化过程中,给实际优化运行管理带来了极大困难。本文在深入分析炼油企业蒸汽动力系统运行层次活动特点的基础上,提出了不确定性因素的处理方法,即将不确定性参数在其可行域内进行离散化,将不确定性问题转化为确定性问题的方法。最后,建立了参数不确定条件下的蒸汽动力系统(即变参数)混合整数线性规划模型(MILP),结合工程实例,采用提出的问题处理策略,利用优化软件LINGO求解,得到了经济性和可操作性都较好的运行计划方案,证明了模型的可行性和合理性。通过模型计算还能得到运行费用同系统参数不确定性水平之间的关系,进一步为企业运行计划人员提供定量的计划调度指导。不但对炼油企业蒸汽动力系统的运行管理有非常重要的指导意义,而且为蒸汽动力系统的改造指明了方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 蒸汽动力系统最优设计与运行调优方面的研究
• 1.2.2 蒸汽动力系统优化控制方面的研究
• 1.3 本研究课题主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 蒸汽动力系统多层次集成建模
• 2.1 蒸汽动力系统多层次集成建模的基本思想
• 2.2 蒸汽动力系统集成模型结构
• 2.2.1 蒸汽动力系统物理结构模型
• 2.2.2 蒸汽动力系统流结构模型
• 2.2.3 蒸汽动力系统功能层次结构模型
• 2.3 本章小结
• 3 蒸汽动力系统运行优化与设计数学模型
• 3.1 蒸汽动力系统优化模型
• 3.2 设备数学模型
• 3.2.1 锅炉性能模型
• 3.2.2 汽轮机性能模型
• 3.2.3 余热锅炉性能模型
• 3.2.4 其他设备性能模型
• 3.3 本章小结
• 4 参数确定性条件下蒸汽动力系统的优化分析与求解
• 4.1 蒸汽动力系统运行活动特点分析
• 4.1.1 系统需求变化大
• 4.1.2 蒸汽动力系统和工艺过程系统运行安全稳定性要求高
• 4.1.3 多因素影响经济性目标
• 4.2 参数确定性条件下的蒸汽动力系统优化
• 4.2.1 参数确定性条件下的蒸汽动力系统运行优化模型
• 4.2.2 LINGO简介
• 4.2.3 蒸汽动力系统优化运行调度算例
• 4.2.4 蒸汽动力系统设计与运行同步优化算例
• 4.3 本章小结
• 5 参数不确定性条件下蒸汽动力系统的运行优化研究
• 5.1 系统运行不确定性因素分析
• 5.1.1 燃料价格变化的不确定性
• 5.1.2 设备效率变化的不确定性
• 5.1.3 汽电需求的不确定性
• 5.2 线性系统运行不确定性问题的处理
• 5.3 参数不确定性条件下蒸汽动力系统运行优化模型
• 5.4 案例应用
• 5.4.1 案例描述
• 5.4.2 优化结果及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 全文符号说明
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢