考虑不确定汽电需求的蒸汽动力系统优化设计

蒸汽动力系统优化设计不仅要保证系统全周期总费用最小,还要保证系统具有一定可操作性应对各种不确定变工况影响。本文提出了同时考虑汽电需求确定性多周期变化以及燃料、电力价格,汽电需求不确定性变化的蒸汽动力系统优化设计策略,专门提出不确定变化参数对优化目标及约束的影响以及数学表达,建立混合整数线性规划(MILP)优化模型进行求解,并应用于某石化企业蒸汽动力系统优化设计。实例设计结果表明,与按照传统策略设计结果相比,应用本文提出的考虑不确定参数的设计策略获得的优化方案,具体设计了针对不确定因素实现而对应的运行调度安排,降低年总费用,保证系统安全稳定运行,实现经济性和可操作性综合最优。     

炼油厂氢气网络柔性优化

随着炼油厂对氢气的需求量不断扩大,氢气系统已成为炼油厂的重要组成部分。炼油厂氢气网络的优化设计既要实现总成本最小的经济性目标,还要保证各种工况下氢气系统的安全稳定运行。针对炼油厂氢气系统不断变化的工况和氢气需求,提出了炼油厂氢气网络柔性优化策略,建立了多工况下的氢气网络柔性优化混合整数非线性规划(MINLP)模型,并对优化模型进行了线性化处理,采用优化建模工具Lingo建模求解。采用本文提出的柔性优化策略对某炼油厂氢气网络进行了柔性优化设计,与炼油厂的原始氢气网络对比表明,柔性优化后的网络可操作性强且具有较好的柔性调节能力,既节省了大量的运行成本,又为各种工况下氢气系统的安全稳定运行提供了保障,对实际炼油厂氢气网络的优化管理起了指导作用。     

考虑多类型不确定性的蒸汽动力系统运行优化

针对蒸汽动力系统中包含的多类型不确定性,根据基于时间表达、基于发生概率表达和基于集合表达划分不确定变量。多周期离散化操作解决基于时间表达的不确定变量;在各个周期内,耦合机会约束规划和鲁棒优化解决基于发生概率表达和基于集合表达的不确定变量,建立了机会约束鲁棒优化模型。以某石化企业蒸汽动力系统实例为背景,将该模型和传统模型的最优操作方案进行对比和分析。结果表明,该模型权衡系统经济性和稳定性,可获得在复杂不确定性下具有可接受风险的鲁棒性决策。     

基于马尔可夫链的蒸汽动力系统两阶段随机规划

现有的解决蒸汽动力系统蒸汽需求不确定性的优化方法有随机规划和鲁棒优化,但二者不能同时兼顾稳定性和经济性。本文提出一种基于马尔可夫链的两阶段随机规划去解决这个问题。第一阶段基于空间距离表达划分不确定变量,通过聚类算法划分成不同工况。第二阶段基于状态切换概率构建马尔可夫链,通过场景生成和削减的方法预测蒸汽的需求值。以某煤制气企业蒸汽动力系统为实例建立相应的优化模型,将预测的蒸汽值带入优化模型求解,得出的最优操作方案与随机规划和鲁棒优化法进行对比和分析。结果表明,本优化方法综合了随机规划经济性高和鲁棒优化稳定性高的优点,稳定性和经济性都介于随机规划和鲁棒优化的中间,为解决蒸汽动力系统的不确定优化问题提供了新思路。     

石化企业蒸汽动力系统优化设计建模及应用

在石化企业蒸汽动力系统(SPS)热力学分析与数学规划集成优化策略的指导下,建立了多周期设计与运行协同优化的混合整数线性规划模型(MILP)。通过热力学效率、电热供应比2个指标筛选组合子系统,采用设计负荷离散化的方法确定SPS初始超结构,大大降低了优化设计问题模型的规模和复杂度。案例分析部分采用提出的优化设计方法和建模求解策略,得到了最优设计和运行方案,同传统设计方法相比,模型求解时间大大降低,方案可操作性大大提高,证实了文中提出的优化设计策略、筛选规则和优化设计模型的可行性和有效性。     

蒸汽动力系统柔性设计和多目标优化研究进展

蒸汽动力系统(SPS)消耗一次能源(煤等),产生蒸汽、电、机械功与冷剂,在过程系统中起着至关重要的作用。设计与优化蒸汽动力系统不但要考虑柔性以应对来自工艺过程内部与外部的变动,而且要考虑系统的经济性,环保性等指标以适应可持续发展。蒸汽动力系统的柔性与多准则设计已成为过程集成研究的热点。本文首先总结了蒸汽动力系统设计的启发式方法(即经验法)、热力学目标法、数学规划法或将它们相互结合的组合方法的研究进展;进一步对确定条件和不确定条件下的蒸汽动力系统柔性设计的研究情况进行了分析;最后对近十年来考虑经济、环境、有效能等目标、考虑余热发电和可再生能源驱动蒸汽动力系统的多目标优化设计进行了重点综述。研究表明,多种能源驱动的、柔性的、多目标的蒸汽动力系统与工艺过程、换热网络的同步综合是今后研究的重点方向。     

多周期操作工况下热换网络的弹性设计

提出了基于专家系统的多周期换热网络的超结构形式及弹性设计方法。首先通过专家系统确定周期操作工况下物流的分流及匹配禁止情况。在此基础上建立网络多周期操作工况下的超结构模型;然后用遗传算法对上述模型进行求解。最后用分解协调法和网络结构和匹配单元同时进行优化。该方法不仅自动地合成多周期操作工况的换热网络最优流程结构,而且能同时满足网络在各操作工况下的各种工艺限制条件,最后,通过某个换热网络的最优合成设计     

考虑冗余控制的多周期换热网络设计

实际多周期换热网络的设计不但要满足多个离散周期的操作条件要求,还应该满足单个周期下的柔性要求,以补偿实际操作中单周期下可能出现的参数波动。而根据工程经验增加换热面积裕量和采用文献中的最大面积思想进行设计,都会造成多周期换热网络中换热面积的过度冗余,导致资源的浪费和投资成本的增加。针对以上问题,在综合考虑多周期操作条件要求和单周期柔性要求的基础上,提出了一种控制面积冗余的多周期换热网络设计方法。该方法首先在单周期换热网络集成的基础上获取一个初始的多周期换热网络设计方案。然后以此方案为基础,构建一个基于单周期换热网络模型和柔性分析模型的换热网络修正模型,并通过求解该模型获得初始多周期换热网络在各周期下的最优修正方案。通过综合初始多周期换热网络设计和修正方案,即可完成最终的多周期换热网络设计。最后,通过将所得多周期换热网络与文献中所得结果进行对比,验证了方法的有效性。     

考虑冗余控制的多周期换热网络设计

实际多周期换热网络的设计不但要满足多个离散周期的操作条件要求,还应该满足单个周期下的柔性要求,以补偿实际操作中单周期下可能出现的参数波动。而根据工程经验增加换热面积裕量和采用文献中的最大面积思想进行设计,都会造成多周期换热网络中换热面积的过度冗余,导致资源的浪费和投资成本的增加。针对以上问题,在综合考虑多周期操作条件要求和单周期柔性要求的基础上,提出了一种控制面积冗余的多周期换热网络设计方法。该方法首先在单周期换热网络集成的基础上获取一个初始的多周期换热网络设计方案。然后以此方案为基础,构建一个基于单周期换热网络模型和柔性分析模型的换热网络修正模型,并通过求解该模型获得初始多周期换热网络在各周期下的最优修正方案。通过综合初始多周期换热网络设计和修正方案,即可完成最终的多周期换热网络设计。最后,通过将所得多周期换热网络与文献中所得结果进行对比,验证了方法的有效性。     

石化企业蒸汽动力系统优化设计策略研究

针对石化企业蒸汽动力系统(SPS)设计和综合方面存在的超结构复杂、模型求解困难的问题,提出了热力学分析与数学规划法相结合的系统设计策略。该策略通过将整个SPS看成是能够独立供应蒸汽或动力的子系统的组合,对各种可能组合子系统进行分析,综合电热供应比和供能效率2个指标剔除明显不合理的子系统,初步确定优化的候选子系统,然后对候选子系统设备设计负荷进行离散化,得到候选设备的数量和设计负荷。通过子系统筛选和候选设备数量和尺寸离散化,既避免了凭经验确定初始超结构遗漏最优解的不足,又大大降低了系统的超结构规模和优化设计的混合整数线性规划模型(MILP模型)的复杂度,保证了SPS多周期优化设计方案的最优性和可操作性。     

基于不确定蒸汽需求和设备故障的锅炉系统随机规划设计

公用工程系统中锅炉系统设计不仅要考虑锅炉应对发生的故障的可靠性,还要保证系统具有一定应对蒸汽需求的波动的可操作性。本研究针对满足不确定蒸汽需求和考虑设备故障的锅炉系统设计,提出基于数学规划法的设计模型：对生产过程波动引起的不确定蒸汽需求以概率表达,采用Markov模型分析锅炉故障,表达为以一定概率发生的不确定参数。优化模型采用二阶段随机规划策略对蒸汽需求不确定波动和锅炉故障实现引起的约束违背进行补偿,以降低不确定变量对目标函数和约束条件的影响。以年总费用最小为目标,建立混合整数线性模型（MILP）,实现锅炉系统配置,设备模式确定以及应对蒸汽需求波动和设备故障发生的补偿操作的优化设计。     

改进PSO算法在蒸汽动力系统多周期运行优化中的应用

为了满足石化企业工艺过程对蒸汽和电力不断变化的要求,实现企业降低成本、节能降耗的目的,必须保证蒸汽动力系统在最优的状态下运行。针对这一问题在以往研究的基础上提出了包括设备维护和启停费用的改进的混合整数线性规划模型,利用改进的PSO算法对其求解,并通过实例证明了利用该模型、使用改进的PSO算法能很快得到最优的方案,并节省了大量的运行成本。     

基于带补偿随机规划的蒸汽动力系统优化设计

在蒸汽动力系统优化设计中,考虑不确定因素的优化策略能避免基于确定性设计策略的保守设计,并能针对不确定因素的实现提出相应的调度调节策略.本研究分析了蒸汽动力系统设计包含的不确定因素的特性及其对蒸汽动力系统优化目标和约束条件的影响.不确定因素的表达分成两类:基于时间变化表达和基于发生概率表达.对基于时间变化表达的因素,转化为多周期问题进行处理;对外部工艺过程变化引起的汽电需求不确定波动等基于发生概率表达的因素,应用随机规划策略,补偿不确定参数的实现可能引起的约束背离.基于本研究建立的多周期带补偿的二阶段随机规划MILP模型,求解蒸汽动力系统结构,同时优化调度调节策略,用调节决策和惩罚不足应对汽电需求等不确定因素的实现,实现系统安全稳定运行和经济效益最优.     

大型煤制烯烃工程蒸汽动力系统研究

为了解决煤制烯烃工程蒸汽动力系统存在的参数低、煤耗高、备用量大、管网不平衡等影响系统大型化的关键性问题,对运行中系统的数据进行了分析,通过引入超临界燃煤机组和总管制蒸汽管路等方法,提出了一种适应于更大规模煤制烯烃工程的蒸汽动力系统设计形式。在120万t/a煤制系统工程蒸汽动力系统设计中,配置2台350 MW超临界燃煤机组,结合8~9级回热和1级再热系统,可以将系统供电煤耗降低从450 g/k Wh降低到320 g/k Wh。利用机组间总管制的蒸汽管道可以实现蒸汽管网的灵活切换,在"零备用"条件下满足年运行8 000 h以上的高可靠性要求。系统发电出力不仅可以满足煤制烯烃工程自用要求,还可以向周围电网输出255 MW。该系统具有良好的扩展性,可以随煤制烯烃工程规模的变化灵活配置,满足未来更大规模工程的需求。     

热能在乙烯厂生产中的合理利用

蒸汽动力系统是石化企业的重要组成部分,为整个生产过程提供蒸汽、电力等公用工程。由于生产中产品品种变化及季节不同,必然引起公用工程用量的变化,相应的蒸汽动力系统能否适应所发生的变化,是否具有可调性,将决定企业的产品成本、经济效益和能源利用程度。热能合理利用成为工厂深入挖潜、节能增效的一项重要工作。     

管廊上蒸汽管道柔性设计及应力分析研究

蒸汽管道在石化生产过程中应用非常广泛,合理的管廊上蒸汽管道设计,是确保蒸汽管道安全、可靠和经济运行的前提条件。主要从管廊上蒸汽管道布置特点、运行介质特点和选材等方面出发,分两套方案对管系整体柔性以及分管段柔性进行系统分析和研究,同时,对蒸汽管线各固定点承受载荷大小、蒸汽管道膨胀应力、膨胀量大小进行计算,最终选择方案(2)作为设计的基础方案,整体上该方案符合柔性设计要求,必要节点增设人工补偿器,各固定点所承受内压和外压所产生的应力在许用应力范围内,相对于方案(1),占地面积和投资成本均有所减低,保障了蒸汽管道安全、经济运行。     

基于等效电法的钢铁企业蒸汽系统多目标运行优化策略

针对钢铁企业蒸汽系统汽源设备多、能源品种多的特点,以某大型钢铁企业实际运行的蒸汽系统为背景,运用等效电方法对蒸汽系统的能量转换作出科学分析,采用数学规划方法,建立多目标的混合整数非线性规划模型（MINLP）。采用分步优化方法,先以蒸汽系统小时能源总成本最低为目标,将得到的结果乘以松弛系数建立成本约束并以(火用)效率最高为目标,利用LINGO软件求得多目标-约束优化模型的全局最优解,再通过改变松弛系数得到一组Pareto前沿。最后与单目标优化和多目标遗传算法结果相比较,证明分步优化方法所得的结果是可行的综合最优结果,能够实现低成本和高(火用)效率的双目标,并为生产调度提供依据。