钢铁企业蒸汽动力系统优化

随着能源短缺与环境污染问题日益紧迫,钢铁企业所面临的节能减排压力也越来越大,合理的生产方案对降低企业运行成本、减少污染物排放起着重要的作用。本文针对钢铁企业蒸汽动力系统,采用锅炉效率非线性拟合公式和汽轮机分解模型,考虑能源设备、生产操作以及分时电价等因素,建立了混合整数非线性规划(MINLP)模型,其中,非线性锅炉效率拟合公式的引入使得模型更加符合实际生产状况。模型以蒸汽动力系统运行成本为目标函数,通过优化求解得到各时段燃料和设备负荷的分配方案,与优化前相比,系统总的运行费用减少了4.26%。同时,本文还分析了煤价变化对优化方案的影响以及燃料结构对污染物排放的影响,为企业提高生产效率、降低运行成本及节能减排提供理论依据。     

装置蒸汽动力系统与热电厂运行同步优化

石化企业装置蒸汽动力系统通常独立设计和操作,忽视了与热电厂蒸汽动力系统的联系。热电厂蒸汽动力系统通常在固定的蒸汽和电力需求下进行优化,忽视了与装置蒸汽动力系统的联系。为实现石化企业蒸汽动力系统的全局优化,本文提出了用于装置蒸汽动力系统与热电厂运行同步优化的方法。首先使用热电厂透平和锅炉的设计及运行数据回归得到设备模型系数,依照现有结构建立热电厂蒸汽动力系统约束。然后以装置蒸汽动力系统设计和操作灵活性为区分,将装置分为三类：第一类装置蒸汽和电力需求无法调节;第二类装置可以通过减温减压调节蒸汽需求;第三类装置既可以通过减温减压调节蒸汽需求,也可以通过驱动选择调节热电需求。装置透平模型参数采用文献值,通过采集各类装置蒸汽和电力需求等数据建立装置蒸汽动力系统约束,最后通过热电厂与装置蒸汽和电力的连接关系建立耦合模型。耦合模型以年度费用为目标函数,其中包括热电厂运行费用以及装置透平和电机的年度投资费用,通过优化求解得到热电厂设备负荷分配方案以及装置蒸汽动力系统设计方案。通过算例论证了同步优化方法的可行性,与独立优化相比,同步优化降低年度费用451万美元。     

基于数学规划法的蒸汽动力系统优化运行研究

为满足石油化工行业实际生产中各单元、各工艺过程对不同等级蒸汽的需求,将不同蒸汽动力循环过程归纳综合为一种通用的过程,并利用数学规划的方法建立了数学模型。采用数学规划法对实际操作系统进行优化,得到最佳操作参数,并与人工调度方案进行了比较。结果表明:对于复杂蒸汽动力系统的优化,借助优化模型和求解软件可以方便地确定系统最优运行状态,使整个蒸汽动力系统的运行费用最低。该方法可为过程动力、热能、工艺蒸汽等的分配提供参考数据,对实际蒸汽动力系统的优化改造有着重要的指导意义。     

过程工业蒸汽-凝结水-换热网络协同集成优化

针对传统蒸汽作为公用工程只利用潜热部分的不足,提出蒸汽潜热和显热与工业企业换热网络同步集成的新思路,建立同步集成优化的超结构和数学规划模型,获得总费用最小的换热网络匹配及蒸汽系统设计方案,并通过案例对比,得到总费用节省12%的优化效果。     

蒸汽动力系统设计与多周期运行同步优化

蒸汽动力系统(Steam power system,SPS)是炼油企业的重要组成部分,针对炼油企业蒸汽动力系统设计与运行方案上存在的不合理方面,通过对蒸汽动力系统建立混合整数线性优化模型(MILP),改善部分系统结构、调整系统多周期运行方案,从而降低蒸汽动力系统的运行费用实现系统的优化。以某炼油企业蒸汽动力系统实为背景,对企业蒸汽动力系统的设计与多周期生产调度方案进行优化,并验证优化策略的有效性。     

蒸汽动力系统经济成本分摊及运行优化

石化企业蒸汽动力系统的任务是为工艺提供蒸汽和动力,蒸汽动力系统的汽电成本计算或分摊一直是工业界和学术界关注的焦点问题。文中基于经济学原理,通过建立设备及系统的质量平衡、能量平衡、平衡及经济平衡、成本补充方程,对某石化企业蒸汽动力系统进行了成本计算,得出了蒸汽动力系统各流成本,给出了确定汽电需求下的总成本并进行了分析,并以总成本为目标,对运行方案进行了优选。所得结果对于对决策人员实施运行优化及系统更新改进具有一定的指导意义。     

煤制气蒸汽动力系统多周期模拟与优化

蒸汽动力系统是煤化工的重要组成部分,为工艺提供蒸汽和动力.针对煤制气动力系统存在的能源浪费和经济亏损的问题,建立了锅炉、汽轮机、减温减压器和除氧器等关键设备的数学模型,以此集成得到蒸汽动力系统的数学模型.以系统运行成本为目标函数,采用某煤制气企业多周期的实际数据建立了混合整数非线性规划(MINLP)优化模型.优化后的系...     

基于线性规划法的通用蒸汽动力系统的优化

为解决实际化工生产中各生产单元、工艺过程对不同品级蒸汽的需求，本文把不同的蒸汽动力循环过程归纳综合成一种通用的过程，并利用混合整数线性规划（LP）的方法对实际操作系统进行优化，得到最佳的操作参数。使整个蒸汽动力系统运行费用最低，从而达到节能的目的。这种方法还可以为过程动力、热能、工艺蒸汽等的分配提供参考数据，对实际蒸汽动力系统的优化改造具有重要的指导意义。     

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。     

石化企业蒸汽使用系统分步操作优化

大型的石化企业中,蒸汽使用系统将来自锅炉的新鲜蒸汽转化为工艺系统需要的电力和一定压力的蒸汽,蒸汽使用系统蒸汽分配效率的高低直接关系着整个石化企业的能源利用率。蒸汽使用系统中汽轮机的热效率不同,背压汽轮机的热效率最高,并且在满足用户对热量需求的同时能副产电力。文章依据背压汽轮机的的特点,提出了蒸汽动力系统的分步优化方法:用户对蒸汽的需求优先使用背压汽轮机排气提供,同时最大限度副产电力;对电力的需求不足部分由凝气轮机满足,建立分步优化的模型。使用分步优化模型对某石化企业蒸汽动力系统进行优化,结果比使用一步优化方法的优化结果节能效果更显著。     

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。     

基于鲸鱼优化算法的汽轮机热耗率模型预测

为了准确地建立汽轮机热耗率预测模型,提出了一种基于反向学习自适应的鲸鱼优化算法（AWOA）和快速学习网（FLN）综合建模的方法。首先将改进后的鲸鱼算法与经典改进的粒子群、差分进化算法和基本鲸鱼算法进行比较,结果证明其具有更高的收敛精度和更快的收敛速度;然后采用某热电厂600 MW超临界汽轮机组现场收集的运行数据建立汽轮机热耗率预测模型,并将改进后的鲸鱼算法优化的快速学习网模型的预测结果与基本快速学习网及经典改进的粒子群、差分进化算法和基本鲸鱼算法优化的快速学习网模型预测结果相比较。结果表明,AWOA-FLN预测模型具有更高的预测精度和更强的泛化能力,更能准确地预测汽轮机的热耗率。     

聚酯装置酯化蒸气的综合利用

对聚酯装置酯化蒸气的热量进行了计算,讨论了聚酯装置酯化蒸气在供暖和制冷系统中的应用,对在生产过程中所出现的问题,如酯化蒸气发生量异常波动、热水温度偏高对装置的影响等进行了分析,提出了相应的解决办法。结果表明:通过装置改造,新增2台酯化蒸气换热器,与采暖水换热,由酯化蒸气换热器向供暖系统或溴化锂制冷机提供热水即可实现余热的回收利用;酯化蒸气综合利用的工艺流程简单,实施酯化蒸气供暖和制冷工艺后,聚酯酯化系统运行良好,2010年减少0.8 MPa蒸汽消牦21.3 kt,取得了明显的节能效果。     

大型吸收式热电联产机组性能分析与对比

燃煤热电联产机组在电能与热能的协调和转换中起到至关重要的作用，并且在未来一段时间内仍是我国北方冬季采暖的主力热源。本文构建了包含电厂侧和热力站侧两部分在内的一种热电联产系统方案，并研究了机组背压、供给热电比、汽水系统?效率、热网换热器?效率、机组发电量、热网水泵功率在变工况下和单独改变供热功率、供水温情况下的变化规律，开创了电热价比的方法对电热两种捆绑式生产的热电联产机组来衡量其整体经济收益，最后通过热网水质量流量、热电比、背压、抽凝比和发电煤耗率这些指标将新方案与传统热电联产方案进行了对比。结果表明：对于热电联产机组，系统热力学参数随工况、供热负荷和供水温度变化呈现不同规律；本文新提出的电热价比方法能为热电联产机组提供运行决策和收益预测规划；新方案可通过提升热网供回水温差可以显著提高系统供热能力和能源利用效率：使得发电煤耗率减小3.22～7.00g/(kW·h)，机组背压降低了65.07%，热网水流量减少了33.33%。     

石化企业蒸汽动力系统柔性设计

蒸汽动力系统的设计工作是一项复杂的、系统的工程,除了力求实现全周期内总费用最小的经济性目标外,还要保证实际运行过程中的各种工况下的操作柔性。针对石化企业蒸汽动力系统变工况的特点,提出了蒸汽动力系统柔性优化设计策略;将确定性变化需求转化成多周期问题,将不确定性变化需求转化成虚拟的多工况问题,并对连续不确定性和离散不确定性变化分别处理;以经济性和可操作性的最优综合为目标,建立蒸汽动力系统柔性优化设计的大型混合整数线性（MILP）模型,并采用广义Benders分解算法进行求解。采用本文提出的柔性优化设计模型和求解方法,对某炼油厂蒸汽动力系统进行了柔性优化设计,并与传统设计方案和经济性最优的设计方案进行对比。与经济性最优的方案对比结果表明,该优化设计方案总费用增加不多,但实现了在各种变化工况下的安全、稳定、柔性操作;而与传统设计方案对比结果表明,不但提高了各种工况下的操作柔性,而且节省了大量的投资和运行费用,即柔性设计方案具备可操作性和经济性的综合最优性。从而证明了本文提出的柔性设计建模和求解方法的合理性和实用性。     

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。     

煤制烯烃企业全厂能量系统优化策略及应用

为了实现煤制烯烃企业全厂能量系统优化,提出了煤制烯烃企业全厂能量系统基于单元、子系统和全局划分的渐进协同优化策略,包括全厂用能状况分析、工艺装置用能及换热网络优化、低品位热回收和优化利用、全厂蒸汽动力系统优化等步骤。应用上述优化策略,对某60万t/a煤制烯烃企业全厂能量系统优化进行研究,得到全厂各单元能耗分布,提出了甲醇合成和甲醇制烯烃单元换热网络优化、全厂蒸汽动力系统降低蒸汽减温减压量及低品位热合理匹配利用等节能方案,理论上可以提高全厂系统能效3%以上,年节约标煤10万t以上,投资回收期小于1 a。     

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。     

蒸汽动力系统设计与综合优化研究综述

蒸汽动力系统是过程工业企业的重要组成部分,其设计水平、运行和控制性能对过程工业的能量利用效率和经济性具有重要影响,在过去的30多年里,蒸汽动力系统的优化研究一直是国内外学者研究的热点。本文归纳了过程工业蒸汽动力系统设计与综合优化方面的研究内容;从优化内容、优化方法、优化准则目标等方面详细介绍了过程工业蒸汽动力系统研究工作进展;针对当前研究工作的局限展开了评论,对蒸汽动力系统设计与综合的深入研究重点和方向提出了展望。