全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討課件

全廠蒸汽動力平衡以及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能全廠蒸汽動力平衡以及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能1二者關(guān)系全廠蒸汽動力平衡系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能二者關(guān)系全廠蒸汽動力平衡系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能2一.什么是全廠蒸汽動力系統(tǒng)1.狹義2.廣義一.什么是全廠蒸汽動力系統(tǒng)1.狹義3狹義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級蒸汽輸送系統(tǒng)各級蒸汽用汽系統(tǒng)狹義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級蒸汽輸送系統(tǒng)各級蒸汽4廣義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽系統(tǒng)電力系統(tǒng)各級蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級蒸汽輸送系統(tǒng)各級蒸汽用汽系統(tǒng)凝結(jié)水回收系統(tǒng)廣義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽系統(tǒng)電力系統(tǒng)各級蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級5二.為什么要研究全廠蒸汽動力系統(tǒng)二.為什么要研究全廠蒸汽動力系統(tǒng)6二.為什么要研究全廠蒸汽動力系統(tǒng)蒸汽動力系統(tǒng)管理方式-----粗放管理“表面”管理“差不多”管理“短暫”管理二.為什么要研究全廠蒸汽動力系統(tǒng)蒸汽動力系統(tǒng)管理方式---7蒸汽動力平衡的管理層次滿足用戶的蒸汽品質(zhì)要求經(jīng)優(yōu)化后的粗放管理在線無實時優(yōu)化功能的數(shù)據(jù)管理利用管網(wǎng)優(yōu)化軟件的模型管理建立實時集管網(wǎng)、產(chǎn)汽、用汽、發(fā)電為一體的動態(tài)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型管理蒸汽動力平衡的管理層次滿足用戶的蒸汽品質(zhì)要求8蒸汽動力系統(tǒng)存在的主要問題相當(dāng)一部分蒸汽動力系統(tǒng)設(shè)備陳舊，效率低下，規(guī)模小。熱電聯(lián)產(chǎn)潛力沒有挖掘出來。低壓、低效的燒油凝汽發(fā)電。蒸汽管網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上形成了多級、多環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。蒸汽管網(wǎng)投入不足，管理力度不足，導(dǎo)致跑冒滴漏現(xiàn)象不少。凝結(jié)水回收率低，而且凝結(jié)水回收時熱量回收率更低。蒸汽動力系統(tǒng)存在的主要問題相當(dāng)一部分蒸汽動力系統(tǒng)設(shè)備陳舊，效9三.蒸汽動力系統(tǒng)的平衡1.什么時候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡工作2.蒸汽的特點3.蒸汽動力系統(tǒng)運行的要求4.蒸汽動力系統(tǒng)平衡需要考慮的問題三.蒸汽動力系統(tǒng)的平衡1.什么時候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡101.什么時候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡工作蒸汽動力平衡工作設(shè)計運行持續(xù)改進正常生產(chǎn)事故狀態(tài)1.什么時候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡工作蒸汽動力平衡工作112.蒸汽的特點蒸汽的不可貯存性蒸汽存在狀態(tài)變化的可能性2.蒸汽的特點蒸汽的不可貯存性123.蒸汽動力系統(tǒng)平衡涉及哪些工作產(chǎn)耗平衡。蒸汽管網(wǎng)運行的安全運行。蒸汽動力系統(tǒng)的能級匹配。蒸汽與電力的平衡。3.蒸汽動力系統(tǒng)平衡涉及哪些工作產(chǎn)耗平衡。13產(chǎn)耗平衡目的：滿足各用戶的溫度、壓力需求。作用：A、使各級蒸汽生產(chǎn)量與消耗量及損耗量平衡。B、在平衡中努力消滅放空現(xiàn)象，減少損耗量。C、通過產(chǎn)耗平衡，減少用戶不合理的用汽量和用汽方式。D、平衡各產(chǎn)汽單位的發(fā)汽量，利用足低價燃料的鍋爐蒸發(fā)量。產(chǎn)耗平衡目的：14蒸汽管網(wǎng)運行的安全運行蒸汽系統(tǒng)無緩沖裕量，必須時刻保持產(chǎn)耗的動態(tài)平衡。蒸汽動力系統(tǒng)運行必須有調(diào)節(jié)裕量。所有運行的蒸汽管路必須保持最低流通量，以保證蒸汽溫度。未投用蒸汽管路或運行蒸汽管路的盲端必須疏水，防止水擊的發(fā)生。蒸汽管網(wǎng)運行的安全運行蒸汽系統(tǒng)無緩沖裕量，必須時刻保持產(chǎn)耗的15蒸汽動力系統(tǒng)的能級匹配前提:前面二個內(nèi)容：A、用戶使用的蒸汽品質(zhì)－溫度、壓力要求應(yīng)選取剛好能滿足條件的蒸汽等級。B、最在限度減少無功減溫減壓量。蒸汽動力系統(tǒng)的能級匹配前提:前面二個16蒸汽與電力的平衡企業(yè)電力來源：自備發(fā)電及網(wǎng)供電鍋爐總蒸發(fā)量=自備發(fā)電用汽量+供熱總量蒸汽與電力的平衡企業(yè)電力來源：自備發(fā)電及網(wǎng)供電174.如何開展蒸汽動力平衡工作數(shù)學(xué)模型簡易在線蒸汽動力平衡表蒸汽產(chǎn)耗平衡表4.如何開展蒸汽動力平衡工作數(shù)學(xué)模型18數(shù)學(xué)模型A、理論基礎(chǔ)：最優(yōu)化理論B、優(yōu)化調(diào)度的發(fā)展過程C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用D、優(yōu)化調(diào)度存在的問題E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法F、管網(wǎng)優(yōu)化模型數(shù)學(xué)模型A、理論基礎(chǔ)：最優(yōu)化理論19A、最優(yōu)化理論定義：熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度是隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的發(fā)展和計算機技術(shù)的推廣和應(yīng)用發(fā)展起來的，它采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，通過對熱力系統(tǒng)的分析，確定最佳的負荷分配方案，使整個熱力系統(tǒng)處在最優(yōu)的條件下運行。A、最優(yōu)化理論定義：20B、優(yōu)化調(diào)度的發(fā)展過程優(yōu)化算法的發(fā)展過程：等微增率法b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法c.啟發(fā)式算法計算方法的發(fā)展過程：離線計算在線計算研究對象的發(fā)展過程：單一循環(huán)方式純供電的熱力系統(tǒng)多種循環(huán)方式并存的熱電聯(lián)供的復(fù)雜系統(tǒng)

B、優(yōu)化調(diào)度的發(fā)展過程優(yōu)化算法的發(fā)展過程：21等微增率法基礎(chǔ)：嚴格的數(shù)學(xué)極值理論誕生時間：1934年。原理：這一方法在理論上給出了并聯(lián)運行的若干機組滿足總能耗最小的最優(yōu)條件，即當(dāng)并聯(lián)運行機組的耗量微增率不相等時，可以通過減小耗量微增率大的機組的負荷，增加耗量微增率小的機組的負荷來達到全廠的總消耗量最小。等微增率法基礎(chǔ)：嚴格的數(shù)學(xué)極值理論22等微增率法優(yōu)點：該方法的物理意義明確，易于被調(diào)度人員所理解。不足：首先，該方法采用鍋爐煤耗／發(fā)電功率曲線，因此只適用于機爐一體的單元機組，很難應(yīng)用于母管制熱力系統(tǒng)中；其次，即使在單元機組中，這種方法對煤耗特性曲線的要求也是比較嚴格的，只有當(dāng)特性曲線為凸函數(shù)時才能得到嚴格的最優(yōu)解，否則結(jié)果可能是失真的；最后，對于熱電聯(lián)供的熱力系統(tǒng)，熱負荷的調(diào)度和電負荷的調(diào)度往往是耦合在一起的，這就限制了該方法的使用。等微增率法優(yōu)點：該方法的物理意義明確，易于被調(diào)度人員所理解。23b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(1)線性規(guī)劃法：最主要的求解方法是單純形法，基于單純形法又針對混合整數(shù)線性規(guī)劃問題發(fā)展了分枝限界反向跟蹤法、隱枚舉法等，這些方法都可以準(zhǔn)確地求解全局最優(yōu)解。應(yīng)用情況：RTCouch等對6臺鍋爐、25臺汽輪機和1臺備用汽輪機構(gòu)成的供電系統(tǒng)進行了研究，采用線性混合整數(shù)規(guī)劃的方法在技術(shù)上解決了較為復(fù)雜的能量系統(tǒng)的負荷分配問題，其中涉及到了部分機組啟停的情況。b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(1)線性規(guī)劃法：24b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(2)非線性規(guī)劃法：發(fā)展原因：熱力系統(tǒng)部件的特性往往是非線性的，在很多情況下采用線性模型計算往往與實際相差很大，因此必須建立相應(yīng)的非線性算法。非線性算法：轉(zhuǎn)動坐標(biāo)軸直接搜索（DSFD）法、罰函數(shù)法等。b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(2)非線性規(guī)劃法：25b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(2)非線性規(guī)劃法：應(yīng)用情況：ATClary在1996年對TennesseeEastmanDivisionofEastman化工公司24臺鍋爐、19臺汽輪機構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)使用非線性算法進行了計算。不足：這些算法雖然已經(jīng)比較成熟，但無法保證對于任意的非線性規(guī)劃問題都能準(zhǔn)確地收斂到全局最優(yōu)解。b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(2)非線性規(guī)劃法：26c.啟發(fā)式算法基礎(chǔ)：蒸汽動力系統(tǒng)的熱力學(xué)分析目的：推導(dǎo)出針對能量使用優(yōu)化的總體原則和各種指導(dǎo)準(zhǔn)則方法：(1)搜索禁忌(TabuSearch)法：Glover在1986年首次提出。(2)模擬退火（SimulatedAnnealing）法:Mertropolis于1953年提出。c.啟發(fā)式算法基礎(chǔ)：蒸汽動力系統(tǒng)的熱力學(xué)分析27c.啟發(fā)式算法(3)遺傳算法（GeneticAlgorithms）：70年代初期由美國密執(zhí)根大學(xué)的Holland教授提出(4)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NeutralNetwork)法：Hopfield教授將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的早期成就應(yīng)用于優(yōu)化問題中形成的一種算法。c.啟發(fā)式算法(3)遺傳算法（GeneticAlgori28C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用國外應(yīng)用例子：Marecki等較早地將數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法應(yīng)用于熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的研究中，并在70年代后期對大型熱電聯(lián)供的核電廠從經(jīng)濟角度確定了熱負荷的分配方案。早期，RTCouch等研究的單一供電蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度相對比較簡單，僅僅涉及到外界電負荷的約束。KMoslehi等在90年代初對４個熱電聯(lián)產(chǎn)電廠構(gòu)成的熱電聯(lián)供系統(tǒng)進行優(yōu)化計算，該熱電聯(lián)供系統(tǒng)共包含19臺鍋爐和11臺汽輪發(fā)電機，它需要考慮到外界電負荷和各類供汽量的要求，結(jié)果在最優(yōu)情況下總費用減小了1.1%。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用國外應(yīng)用例子：29C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用d.MSDiaz和JABandoni使用混合整數(shù)非線性規(guī)劃的方法提出了大型化工廠的優(yōu)化策略，所研究的系統(tǒng)包含8臺高溫裂解爐、1臺裂解氣壓縮機、110t/h余熱鍋爐、4臺常規(guī)鍋爐、5臺背壓式汽輪機構(gòu)成的三級母管制聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度進行了研究。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用d.MSDiaz和JABando30C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用e.KBC公司于1996年開發(fā)成蒸汽系統(tǒng)仿真和優(yōu)化軟件并在德國Gelsenkerchen的Scholven煉油廠得到了使用，平均每年可節(jié)省費用４百萬德國馬克。f.AThomas等提到在Westinghouse過程控制部門開發(fā)的集散控制系統(tǒng)中，新增加了在線監(jiān)測和優(yōu)化計算的軟件包，表明在線優(yōu)化計算已經(jīng)進入市場應(yīng)用階段。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用e.KBC公司于1996年開發(fā)成蒸汽系統(tǒng)31C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用國內(nèi)應(yīng)用例子：清華大學(xué)等較早地對熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度進行了研究，他們對燕山石化公司煉油廠的蒸汽系統(tǒng)采用0/1整數(shù)規(guī)劃的方法進行了詳細的優(yōu)化調(diào)度計算，分別對其中的燃氣輪機、催化裂化氣壓機、發(fā)電用汽輪機、鍋爐、減溫減壓器和換熱器等熱力系統(tǒng)進行了部分化建模并完成了整個系統(tǒng)的自動建模。西安交通大學(xué)李崇祥等通過將發(fā)電功率分解為純冷凝發(fā)電部分和熱化發(fā)電部分解決了供熱機組熱電負荷調(diào)度的問題，并將其方法應(yīng)用到石化廠中取得了較好的效果。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用國內(nèi)應(yīng)用例子：32C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用c.清華大學(xué)和撫順石化熱電廠進行合作，通過綜合采用分枝限界反向跟蹤優(yōu)化算法和轉(zhuǎn)動坐標(biāo)軸直接搜索可行方向法，節(jié)約燃料3~7%。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用c.清華大學(xué)和撫順石化熱電廠進行合作，通33D、優(yōu)化調(diào)度存在的問題對理論建模的過分依賴，無法精確反映當(dāng)前系統(tǒng)的真實特性。所建立的模型無法體現(xiàn)系統(tǒng)部件特性的變化。優(yōu)化計算軟件缺乏通用性D、優(yōu)化調(diào)度存在的問題對理論建模的過分依賴，無法精確反映當(dāng)34E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法以實時運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)用戶輸入的系統(tǒng)信息自動建立當(dāng)前熱力系統(tǒng)優(yōu)化模型，并隨著系統(tǒng)的運行通過分析運行數(shù)據(jù)來確定是否有必要重新建模。E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法以實35E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法組成部分：a.系統(tǒng)輸入部分b.實時數(shù)據(jù)采集部分c.數(shù)據(jù)處理部分d.自適應(yīng)建模部分e.優(yōu)化計算部分f.調(diào)度決策部分g.漸近尋優(yōu)部分E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法組成部分：36F、管網(wǎng)模型a.目前狀況：此類模型軟件極少。中國石化股份有限公司科技開發(fā)部、煉油事業(yè)部和節(jié)能中心組織協(xié)調(diào)了“煉油廠蒸汽管網(wǎng)監(jiān)測管理系統(tǒng)（簡稱SNAMER）”的開發(fā)工作，該項目以北京華思維科技有限公司為主，并在鎮(zhèn)海煉化等單位的配合下于2003年底通過了中國石化科技開發(fā)部組織的技術(shù)鑒定，目前該項技術(shù)已經(jīng)進入工業(yè)化推廣應(yīng)用階段。F、管網(wǎng)模型a.目前狀況：此類模型軟件極少。中國石化股份有37F、管網(wǎng)模型b.原理：熱力管網(wǎng)的仿真模擬涉及到網(wǎng)絡(luò)拓撲學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、計算數(shù)學(xué)和熱能工程等領(lǐng)域的知識，其整體設(shè)計構(gòu)想是根據(jù)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，汽源流量、溫度、壓力和用戶流量或壓力等有限參數(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)拓撲模型，并由模型自動生成流體網(wǎng)絡(luò)非線性方程組，通過求解非線性方程組得到網(wǎng)絡(luò)任意管段內(nèi)介質(zhì)的流量、流向、流速、壓降、溫降、散熱損失以及各節(jié)點的溫度、壓力等參數(shù)，實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度、合理用汽的節(jié)能目的，即能離線應(yīng)用，也能在線運行。F、管網(wǎng)模型b.原理：熱力管網(wǎng)的仿真模擬涉及到網(wǎng)絡(luò)拓撲學(xué)、38F、管網(wǎng)模型c.關(guān)鍵技術(shù)措施將基爾霍夫的電網(wǎng)理論應(yīng)用于流體管網(wǎng)，以非線性方程組描述管網(wǎng)流程，通過自由度分析判斷決策變量，允許用戶選擇溫度或壓力作為自變量。用圖形描述網(wǎng)絡(luò)流程，用表格輸入屬性，以拓撲學(xué)知識自動識別管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，自動建立數(shù)學(xué)模型。F、管網(wǎng)模型c.關(guān)鍵技術(shù)措施39F、管網(wǎng)模型d.數(shù)學(xué)模型熱網(wǎng)分析監(jiān)測模型由網(wǎng)絡(luò)拓撲模型、網(wǎng)絡(luò)熱力學(xué)模型、網(wǎng)絡(luò)流體力學(xué)模型三個部分組成，而網(wǎng)絡(luò)拓撲模型又包括：用于描述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與管段關(guān)系的關(guān)聯(lián)矩陣和描述網(wǎng)絡(luò)回路信息的圈矩陣以及描述網(wǎng)絡(luò)通路信息的割矩陣等部分。F、管網(wǎng)模型d.數(shù)學(xué)模型40F、管網(wǎng)模型e.數(shù)值求解方法SNAMER采用的數(shù)值解法是牛頓—拉夫森法，該算法經(jīng)過優(yōu)化后計算速度有了明顯的提高，例如計算一個具有400根管段的管網(wǎng)模型，其計算時間約為10秒鐘，滿足在線運行的需要。F、管網(wǎng)模型e.數(shù)值求解方法41F、管網(wǎng)模型f.作用：離線應(yīng)用可以模擬管網(wǎng)可能出現(xiàn)的運行工況，分析管網(wǎng)的可靠性和保溫狀況，計算散熱損失、凝結(jié)水的生成量和產(chǎn)生的位置，為合理排凝和工況調(diào)整提供決策依據(jù)，也是設(shè)計新管網(wǎng)和模擬改造老管網(wǎng)的有力工具；在線運行能夠模擬監(jiān)測管網(wǎng)的實際運行情況，使運行管理人員隨時掌握管網(wǎng)的工況，實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度。SNAMER還能為企業(yè)的蒸汽管網(wǎng)建立電子檔案數(shù)據(jù)庫，包括管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和運行參數(shù)以及歷次改造的信息數(shù)據(jù)，能為擴建及改造工程及時、準(zhǔn)確地提供完整的基礎(chǔ)資料，是制定全廠用能優(yōu)化決策方案的基礎(chǔ)。F、管網(wǎng)模型f.作用：42F、管網(wǎng)模型需要改進或注意的問題：(1)計算數(shù)據(jù)校核的依據(jù)只能是現(xiàn)有的蒸汽流量、溫度、壓力參數(shù)，但這些參數(shù)測點不少點本身存在較大的誤差，導(dǎo)致計算有失真現(xiàn)象。(2)蒸汽母管因進出蒸汽分枝多，且壓力測點不足，運用管網(wǎng)壓差，計算蒸汽流通量準(zhǔn)確性仍不足。(3)管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入工作量大，管網(wǎng)改造后可能存在數(shù)據(jù)未及時錄入的問題。F、管網(wǎng)模型需要改進或注意的問題：43簡易在線蒸汽動力平衡表簡易在線蒸汽動力平衡表44簡易在線蒸汽動力平衡表簡易在線蒸汽動力平衡表45簡易在線蒸汽動力平衡表簡易在線蒸汽動力平衡表46蒸汽產(chǎn)耗平衡表A、編制原則：a.產(chǎn)耗分別開列。b.只計算最終的產(chǎn)及耗的發(fā)生量，不計算中間轉(zhuǎn)移量。B、分開工、運行、事故狀態(tài)三種情況分別編寫。C、分析產(chǎn)耗不平衡，查找蒸汽系統(tǒng)存在的問題。蒸汽產(chǎn)耗平衡表A、編制原則：47四.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化的方法優(yōu)化軟件應(yīng)用的情況實際工作中如何開展蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化工作四.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化的方法481.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化的方法熱力學(xué)目標(biāo)方法數(shù)學(xué)規(guī)劃法三環(huán)節(jié)模型法啟發(fā)式方法1.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化的方法熱力學(xué)目標(biāo)方法49熱力學(xué)目標(biāo)方法A、夾點分析法B、頂層分析法熱力學(xué)目標(biāo)方法A、夾點分析法50A、夾點分析法a.產(chǎn)生：1982年Linnhoff等人提出的夾點技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了熱力學(xué)目標(biāo)方法。b.夾點技術(shù)應(yīng)用的演變

換熱網(wǎng)絡(luò)和單級、多級公用工程能量集成熱回收絡(luò)熱機熱泵等單個能量集中單元與全局能量集成幾個工藝過程組成組成的全局系統(tǒng)A、夾點分析法a.產(chǎn)生：1982年Linnhoff等人提出51A、夾點分析法c.核心技術(shù)：全局溫焓曲線d.具體方法：利用全局溫焓曲線對系統(tǒng)進行直接敏銳的分析，確定熱力學(xué)目標(biāo)以及提出很好的設(shè)計決策，并且根據(jù)該熱力學(xué)目標(biāo)可以選擇最優(yōu)的短網(wǎng)絡(luò)。通過性能的限制約束，熱力學(xué)目標(biāo)方法揭示了系統(tǒng)的改善范圍，使設(shè)計者在交互模式下進行不同的設(shè)計方案的篩選。A、夾點分析法c.核心技術(shù)：全局溫焓曲線52A、夾點分析法e.夾點技術(shù)特點：全局過程的夾點分析法，建立了從各過程冷、熱物流構(gòu)成組合曲線出發(fā)，逐步外推，最終形成全局溫焓曲線和全局公用工程總組合曲線，再進行能量集成的方法和策略。f.優(yōu)點：該方法對于新設(shè)計節(jié)能效果顯著。g.不足：對改造項目，其公用工程系統(tǒng)已存在，有時雖實施節(jié)能，卻無經(jīng)濟效益。而且這種全局集成策略是建立在對全局各過程間的相互關(guān)系有深入了解，并已收集到全局各過程所有冷、熱物流及公用工程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上的；對正在運行著的大型石化企業(yè)，進行如此詳盡的數(shù)據(jù)收集需花費大量的人力和時間，這無疑會影響全局過程夾點分析法的應(yīng)用。A、夾點分析法e.夾點技術(shù)特點：53B、頂層分析法a.起源：夾點分析法的不足b.1997年ZhuXX等提出這一概念c.方法：從公用工程出發(fā)，先完成公用工程系統(tǒng)的用能診斷，尋找出全局節(jié)能（節(jié)約蒸汽）的潛力所在，充分發(fā)揮公用工程系統(tǒng)的各種剩余熱轉(zhuǎn)化途徑作用，使剩余熱發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益。對于公用工程系統(tǒng)難以利用的剩余熱，尋找出相關(guān)過程，再利用全局夾點分析方法進行能量集成。B、頂層分析法a.起源：夾點分析法的不足54B、頂層分析法d.圖示B、頂層分析法d.圖示55B、頂層分析法e.基本方法：(1)剩余熱負荷的產(chǎn)生(2)剩余熱負荷通過發(fā)電汽輪機做功(3)外購動力節(jié)省剩余熱負荷(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析B、頂層分析法e.基本方法：56(1)剩余熱負荷的產(chǎn)生過程換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化可使過程用蒸汽量減少或過程副產(chǎn)蒸汽量增加，這兩種結(jié)果都將打破原有公用工程系統(tǒng)的平衡關(guān)系，產(chǎn)生剩余蒸汽。剩余熱負荷的轉(zhuǎn)化途徑一般有：（ａ）用做功效率最高的途徑做功，使公用工程系統(tǒng)多產(chǎn)功；（ｂ）減少剩余熱負荷，直接節(jié)省燃料，同時使公用工程系統(tǒng)做功能力下降，產(chǎn)／用功之間的差額需外購動力彌補；（ｃ）維持現(xiàn)有消耗途徑。因此，實現(xiàn)過程優(yōu)化改造所產(chǎn)生的效益，必須尋找剩余熱負荷的最佳轉(zhuǎn)化途徑。(1)剩余熱負荷的產(chǎn)生過程換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化57(2)剩余熱負荷通過發(fā)電汽輪機做功過剩熱負荷ΔＱＰ通過某一途徑轉(zhuǎn)化可增加系統(tǒng)做功量ΔＷ，而節(jié)省ΔＱＰ對應(yīng)的燃料消耗量的變化為ΔＱＦ。過剩熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的做功效率為：

(2)剩余熱負荷通過發(fā)電汽輪機做功過剩58(3)外購動力節(jié)省剩余熱負荷對于必須進行熱功權(quán)衡的公用工程系統(tǒng)，節(jié)省剩余熱負荷ΔＱＰ就等于節(jié)省了鍋爐蒸汽，其結(jié)果是燃料消耗減少ΔＱＦ，同時造成了系統(tǒng)做功量的下降。為彌補這部分做功能力的減少，公用工程系統(tǒng)需從外界購入動力或電力。若購買單位燃料所需費用為ＣＦ，外購單位動力所需費用為ＣＰ，定義外購動力的效率為ηin＝ＣＦ／ＣＰηin>1，則應(yīng)購入外部動力。(3)外購動力節(jié)省剩余熱負荷對于必須59(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析若將1MJ燃料的熱負荷從現(xiàn)有途徑移至最佳效率途徑可多產(chǎn)功ΔWadd為：ΔWadd＝ΔWm－ΔWc＝ηm－ηc式中，ηc為現(xiàn)有途徑效率，ηm為最佳途徑效率。為保持公用工程系統(tǒng)產(chǎn)／用功的平衡，多產(chǎn)的功量ΔWadd可從效率最差的途徑減少相應(yīng)的功量，相應(yīng)節(jié)省燃料為：ΔＱF＝ΔWadd／ηleast＝（ηm－ηc）／ηleast式中，ηleast為最差途徑效率。即在公用工程系統(tǒng)中，1MJ燃料的熱負荷從現(xiàn)有途徑移至最佳效率途徑可多做功ΔWadd。(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析60(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析通過做功效率最差的途徑減少做功ΔWadd，即可實現(xiàn)最大的燃料節(jié)省，其相應(yīng)節(jié)省燃料費用為：CFΔQF＝CF（ηm－ηc）／ηleast若1t蒸汽相當(dāng)于Ｑs(MJ)燃料，經(jīng)濟效益B（元／t）為：Ｂ＝CFＱs（ηm－ηc）／ηleast式中Ｑs＝（ΔＱP＋ΔＱloss）／ηboiler(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析通過61B、頂層分析法f.基本步驟：（１）收集公用工程數(shù)據(jù)；（２）計算現(xiàn)有和可選蒸汽消耗途徑效率及負荷限制；（３）計算節(jié)省剩余熱負荷外購動力途徑效率；（４）比較現(xiàn)有途徑，可選途徑和外購動力效率；（５）選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)化途徑并計算優(yōu)化后的效益。B、頂層分析法f.基本步驟：62數(shù)學(xué)規(guī)劃法A、基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)模型B、原理：通過把蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為一個數(shù)學(xué)規(guī)劃問題并提供一個合適的優(yōu)化算法來實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。C、發(fā)展：80年代，隨著計算機的普及的熱力學(xué)理論的日益完善，才發(fā)展起來的。1983年，Grossmann采用結(jié)構(gòu)最優(yōu)化合成換熱網(wǎng)絡(luò)，提出用轉(zhuǎn)運模型的線性規(guī)劃方法，求出最小公用工程費用，較為方便地考慮物流匹配有約束的情況。數(shù)學(xué)規(guī)劃法A、基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)模型63數(shù)學(xué)規(guī)劃法D、方法：第一步是構(gòu)造一個超結(jié)構(gòu)(Superstructure)，其中包括通常所用的單元設(shè)備，如鍋爐、蒸汽輪機、燃氣輪機、電動機，不同壓力的蒸汽管網(wǎng)以及其他輔助設(shè)備。由此可產(chǎn)生許多可行的蒸汽動力系統(tǒng)方案。第二步是建立混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)模型或混合整數(shù)非線性一(MINLP)模型來表征蒸汽動力系統(tǒng)，其中連續(xù)變量代表所有單元設(shè)備的處理能力和各流股流量，二元變量表示在給定操作條件下所選單元設(shè)備是否存在，多周期問題表示單元設(shè)備在某周期是否運行以及運行中單元設(shè)備的操作方式。目標(biāo)函數(shù)是使系統(tǒng)在所有運行時間內(nèi)總的設(shè)備投資和操作費用最小。數(shù)學(xué)規(guī)劃法D、方法：64三環(huán)節(jié)模型法A、角度：yong(火+用)分析B、華南理工大學(xué)華賁教授等提出這一方法C、方法：從追蹤能量變化的全過程和揭示子系統(tǒng)的能量流結(jié)構(gòu)入手，對過程系統(tǒng)進行全局的yong分析和yong經(jīng)濟分析，提出了過程用能的三環(huán)節(jié)模型（如圖所示）、過程用能的yong經(jīng)濟評價方法以及全局系統(tǒng)的yong經(jīng)濟優(yōu)化方法，完善了包括３個不同功能子系統(tǒng)的能量結(jié)構(gòu)模型的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法。該模型不僅揭示了各種類型和各種復(fù)雜程度的過程系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的共性規(guī)律，而且建立了嚴格的通用模型。嚴格地說，三環(huán)節(jié)方法是一個把系統(tǒng)技術(shù)和熱（yong）經(jīng)濟學(xué)有機結(jié)合的系統(tǒng)方法。三環(huán)節(jié)模型法A、角度：yong(火+用)分析65三環(huán)節(jié)模型圖三環(huán)節(jié)模型圖66三環(huán)節(jié)模型法D、不同壓力等級蒸汽的能量、yong和能級

壓力，MPa

溫度，℃能量E，MJ/tyongEx,MJ/t能級系數(shù)ε10.05403475.41650.90.4263.84503263.61330.10.4071.02502878947.10.329三環(huán)節(jié)模型法壓力，MPa溫度，℃能量E，MJ/tyong67三環(huán)節(jié)模型法E、改善過程系統(tǒng)用能的措施按其作用分類：U類———提高能量轉(zhuǎn)換效率ηu或yong轉(zhuǎn)換效率ηxu，屬轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)；N類———降低工藝總用能Ｅn或yongＥxn，屬利用環(huán)節(jié)；K類———減少利用環(huán)節(jié)過程yong損耗DKP，屬利用環(huán)節(jié)；R類———提高能量回收效率（ηR或火用回收效率ηxR，屬回收環(huán)節(jié)。三環(huán)節(jié)模型法E、改善過程系統(tǒng)用能的措施按其作用分類：68三環(huán)節(jié)模型法F、作用：a.通過能量綜合分析，清楚地展示裝置用能情況，找出用能薄弱環(huán)節(jié)，提出節(jié)能降耗的方向。b.通過單元設(shè)備、局部子系統(tǒng)、全局三個層次，工藝裝置、公用工程到全廠綜合優(yōu)化三個步驟，實現(xiàn)全局用能優(yōu)化。c.通過yong經(jīng)濟分析和優(yōu)化，對過程系統(tǒng)提出物料和能量綜合同時優(yōu)化的改進方案。d.開發(fā)新工藝流程，進行裝置的“瓶頸”分析，實現(xiàn)在擴產(chǎn)同時的能量綜合優(yōu)化。e.對現(xiàn)有裝置進行不改動設(shè)備流程條件下的操作調(diào)優(yōu)，給出在各種條件下的工藝參數(shù)的優(yōu)化值，用以指導(dǎo)生產(chǎn)。從而達到提高產(chǎn)品品質(zhì)、節(jié)能降耗的目的。三環(huán)節(jié)模型法F、作用：69三環(huán)節(jié)模型法G、特點：通過對過程系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的嚴格描述，揭示了過程系統(tǒng)用能的本質(zhì)，并注重本身理論體系的完善。但由于yong計算的復(fù)雜性和實際工程體系的復(fù)雜性，三環(huán)節(jié)模型的推廣和應(yīng)用受到限制。三環(huán)節(jié)模型法G、特點：702.應(yīng)用情況A、清華大學(xué)呂澤華教授等開發(fā)的熱電廠優(yōu)化調(diào)度管理軟件，應(yīng)用于撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度。B、清華大學(xué)開發(fā)的蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計軟件GPODHS，應(yīng)用于燕山石化蒸汽動力與供熱系統(tǒng)新建及改造方案的優(yōu)化。C、清華大學(xué)開發(fā)的通用蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計軟件ODDSS-TH，應(yīng)用于茂名乙烯蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化。D、KBC公司的Prosteam軟件應(yīng)用于大慶、鎮(zhèn)海煉化分公司、燕山石化等。2.應(yīng)用情況A、清華大學(xué)呂澤華教授等開發(fā)的熱電廠優(yōu)化調(diào)度管71A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度

A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度72A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度73A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度74A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度汽輪機數(shù)學(xué)模型A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度汽輪機數(shù)學(xué)模型75A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度鍋爐數(shù)學(xué)模型A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度鍋爐數(shù)學(xué)模型76A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度77A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度78A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度79A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度優(yōu)化后總蒸汽消耗量由原來的917.1t/h減小為876.4t/h，節(jié)約蒸汽40.7t/h，以每噸蒸汽100元計算，年運行300d計，則年獲利就達約1880萬元。A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度優(yōu)803.實際工作中如何開展蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化工作分為二個階段來考慮：設(shè)計、改造時正常運行時3.實際工作中如何開展蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化工作分為二個階段來考81設(shè)計、改造時A、原則B、投資決策過程設(shè)計、改造時A、原則82A、原則a.蒸汽是絕大多數(shù)石化企業(yè)必需的能量形式之一，必需保證穩(wěn)定可靠的供應(yīng)。當(dāng)企業(yè)鄰近有較大規(guī)模的高效熱電站，可以保證穩(wěn)定供應(yīng)工藝所需參數(shù)的蒸汽時（一般1—3.5MPa），應(yīng)優(yōu)先考慮按合同購進蒸汽。因為在一般情況下，即使充分聯(lián)產(chǎn)，小規(guī)模、燒油、中壓鍋爐產(chǎn)汽成本也無法同大型熱電站競爭。在兩者價格相仿時，宜仔細作技術(shù)經(jīng)濟比較。b.提高第一定律效率，即鍋爐、汽輪機組、電機等的熱效率；節(jié)省燃料、汽、電。A、原則a.蒸汽是絕大多數(shù)石化企業(yè)必需的能量形式之一，必83A、原則c.提高第二定律效率，即通過功熱聯(lián)產(chǎn)大大提高一次能源利用的yong效率；主要是利用生產(chǎn)工藝用低壓蒸汽之前的高溫?zé)幔▂ong）先多作功。d.通過與工藝裝置的熱聯(lián)合，充分利用低溫余熱發(fā)汽和預(yù)熱各溫度段的給水，以節(jié)省自用汽和燃料。e.因市場狀況決定的加工量和產(chǎn)品方案的變化和因氣候、季節(jié)等因素決定的汽、電需求的變化，全廠總用電、汽負荷將在一定范圍內(nèi)波動。此時，按固定條件設(shè)計的蒸汽動力系統(tǒng)在以上三個方面的目標(biāo)和預(yù)期效果，都會偏離;有時嚴重偏離。因此，考慮適應(yīng)各種變化條件的柔性設(shè)計，具有很大的節(jié)能潛力。A、原則c.提高第二定律效率，即通過功熱聯(lián)產(chǎn)大大提高一次84B、投資決策過程a.首先運用三環(huán)節(jié)方法、夾點分析等過程能量綜合技術(shù)對蒸汽動力系統(tǒng)與整個系統(tǒng)的能量進行集成，提出多個蒸汽動力系統(tǒng)的優(yōu)化改造投資方案；b.根據(jù)過程概念設(shè)計或?qū)＜蚁到y(tǒng)提出的改造方案，建立蒸汽動力系統(tǒng)的超結(jié)構(gòu)模型；c.建立超結(jié)構(gòu)模型中各個設(shè)備的數(shù)學(xué)模型；B、投資決策過程a.首先運用三環(huán)節(jié)方法、夾點分析等過程能量85B、投資決策過程d.利用人工智能技術(shù)，根據(jù)經(jīng)驗建立專家系統(tǒng)以提高計算效率；e.運用數(shù)學(xué)規(guī)劃法和專家系統(tǒng)進行能量集成，利用計算機軟件求出全局最優(yōu)解；f.計算各方案的實施效果，進行效益對比和結(jié)果分析，在上述基礎(chǔ)上做出合理的投資決策。B、投資決策過程d.利用人工智能技術(shù)，根據(jù)經(jīng)驗建立專家系統(tǒng)86正常運行時有優(yōu)化模型：應(yīng)用無優(yōu)化模型：怎么辦？正常運行時有優(yōu)化模型：應(yīng)用87正常運行時通過對優(yōu)化軟件應(yīng)用的分析，可簡化分為低溫?zé)崂?，提高熱電廠的效益，降低管網(wǎng)損失三個方面開展工作。正常運行時通過對優(yōu)化軟件應(yīng)用的分析，可簡88A、低溫?zé)崂胊.將工藝熱源、熱阱，包括數(shù)量，溫位(現(xiàn)在溫度、目標(biāo)溫度)列表b.分析現(xiàn)有高熱低用的設(shè)備，是否存在改用低級蒸汽的可能。c.用夾點技術(shù)或三環(huán)節(jié)模型分析熱源與熱阱的優(yōu)化機會，并將熱量用后面所講的效益計算進行計算。A、低溫?zé)崂胊.將工藝熱源、熱阱，包括數(shù)量，溫位(現(xiàn)在溫89B、提高熱電廠的效益a.搜集數(shù)據(jù)(1)公用工程的約束條件，包括鍋爐、汽機進汽量、汽機抽汽量、汽機發(fā)電量、減溫減壓器、母管的流通上下限，汽機最小排汽量。；(2)構(gòu)成動力的成本單價，包括燃料、循環(huán)水、除過濾水、外購電、外購蒸汽等。(3)汽機建模所需要的數(shù)據(jù)。(4)明顯的節(jié)能機會：各減溫減壓器流通量，蒸汽放空問題，鍋爐的氧量、汽溫、壓力參數(shù)，給水的溫度，加熱器的投用率。B、提高熱電廠的效益a.搜集數(shù)據(jù)90B、提高熱電廠的效益b.為上述明顯的節(jié)能機會設(shè)定合適的目標(biāo)值，并提出可行的措施。c.優(yōu)化分配汽輪機的進汽量、鍋爐的發(fā)汽量d.效益計算如下：(1)建立簡易的汽機、鍋爐的數(shù)學(xué)模型(2)核算各鍋爐發(fā)汽的成本，初步確定鍋爐發(fā)汽的經(jīng)濟性，得出原則性的鍋爐發(fā)汽順序。(3)分別計算各汽輪機純凝發(fā)電和抽汽發(fā)電的邊際成本，與外購電價比對，確定純凝發(fā)電的經(jīng)濟性。B、提高熱電廠的效益b.為上述明顯的節(jié)能機會設(shè)定合適的目標(biāo)91B、提高熱電廠的效益(4)計算各級蒸汽在各汽機做功的效率，優(yōu)化各汽輪機的進汽量。(5)通過汽輪機總進汽量及減溫減壓器量，確定鍋爐總負荷。(6)通過鍋爐模型再細分鍋爐負荷。通過小指標(biāo)競賽等方法調(diào)動班組積極性。(7)通過簡易的模型計算出效益：如果能再增加發(fā)電(當(dāng)然是發(fā)電效益比省燃料效益高)則用發(fā)電利潤計算，如果發(fā)電已滿，則用效益最低的鍋爐節(jié)省燃料量計算。B、提高熱電廠的效益(4)計算各級蒸汽在各汽機做功的效率，優(yōu)92C、降低管網(wǎng)損失有模型：應(yīng)用無模型：難了C、降低管網(wǎng)損失有模型：應(yīng)用93C、降低管網(wǎng)損失可憐的措施：a.測管網(wǎng)保溫層溫度與環(huán)境溫度之差b.檢查現(xiàn)場疏水器的狀況C、降低管網(wǎng)損失可憐的措施：94全廠蒸汽動力平衡以及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能全廠蒸汽動力平衡以及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能95二者關(guān)系全廠蒸汽動力平衡系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能二者關(guān)系全廠蒸汽動力平衡系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能96一.什么是全廠蒸汽動力系統(tǒng)1.狹義2.廣義一.什么是全廠蒸汽動力系統(tǒng)1.狹義97狹義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級蒸汽輸送系統(tǒng)各級蒸汽用汽系統(tǒng)狹義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級蒸汽輸送系統(tǒng)各級蒸汽98廣義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽系統(tǒng)電力系統(tǒng)各級蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級蒸汽輸送系統(tǒng)各級蒸汽用汽系統(tǒng)凝結(jié)水回收系統(tǒng)廣義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽系統(tǒng)電力系統(tǒng)各級蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級99二.為什么要研究全廠蒸汽動力系統(tǒng)二.為什么要研究全廠蒸汽動力系統(tǒng)100二.為什么要研究全廠蒸汽動力系統(tǒng)蒸汽動力系統(tǒng)管理方式-----粗放管理“表面”管理“差不多”管理“短暫”管理二.為什么要研究全廠蒸汽動力系統(tǒng)蒸汽動力系統(tǒng)管理方式---101蒸汽動力平衡的管理層次滿足用戶的蒸汽品質(zhì)要求經(jīng)優(yōu)化后的粗放管理在線無實時優(yōu)化功能的數(shù)據(jù)管理利用管網(wǎng)優(yōu)化軟件的模型管理建立實時集管網(wǎng)、產(chǎn)汽、用汽、發(fā)電為一體的動態(tài)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型管理蒸汽動力平衡的管理層次滿足用戶的蒸汽品質(zhì)要求102蒸汽動力系統(tǒng)存在的主要問題相當(dāng)一部分蒸汽動力系統(tǒng)設(shè)備陳舊，效率低下，規(guī)模小。熱電聯(lián)產(chǎn)潛力沒有挖掘出來。低壓、低效的燒油凝汽發(fā)電。蒸汽管網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上形成了多級、多環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。蒸汽管網(wǎng)投入不足，管理力度不足，導(dǎo)致跑冒滴漏現(xiàn)象不少。凝結(jié)水回收率低，而且凝結(jié)水回收時熱量回收率更低。蒸汽動力系統(tǒng)存在的主要問題相當(dāng)一部分蒸汽動力系統(tǒng)設(shè)備陳舊，效103三.蒸汽動力系統(tǒng)的平衡1.什么時候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡工作2.蒸汽的特點3.蒸汽動力系統(tǒng)運行的要求4.蒸汽動力系統(tǒng)平衡需要考慮的問題三.蒸汽動力系統(tǒng)的平衡1.什么時候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡1041.什么時候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡工作蒸汽動力平衡工作設(shè)計運行持續(xù)改進正常生產(chǎn)事故狀態(tài)1.什么時候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡工作蒸汽動力平衡工作1052.蒸汽的特點蒸汽的不可貯存性蒸汽存在狀態(tài)變化的可能性2.蒸汽的特點蒸汽的不可貯存性1063.蒸汽動力系統(tǒng)平衡涉及哪些工作產(chǎn)耗平衡。蒸汽管網(wǎng)運行的安全運行。蒸汽動力系統(tǒng)的能級匹配。蒸汽與電力的平衡。3.蒸汽動力系統(tǒng)平衡涉及哪些工作產(chǎn)耗平衡。107產(chǎn)耗平衡目的：滿足各用戶的溫度、壓力需求。作用：A、使各級蒸汽生產(chǎn)量與消耗量及損耗量平衡。B、在平衡中努力消滅放空現(xiàn)象，減少損耗量。C、通過產(chǎn)耗平衡，減少用戶不合理的用汽量和用汽方式。D、平衡各產(chǎn)汽單位的發(fā)汽量，利用足低價燃料的鍋爐蒸發(fā)量。產(chǎn)耗平衡目的：108蒸汽管網(wǎng)運行的安全運行蒸汽系統(tǒng)無緩沖裕量，必須時刻保持產(chǎn)耗的動態(tài)平衡。蒸汽動力系統(tǒng)運行必須有調(diào)節(jié)裕量。所有運行的蒸汽管路必須保持最低流通量，以保證蒸汽溫度。未投用蒸汽管路或運行蒸汽管路的盲端必須疏水，防止水擊的發(fā)生。蒸汽管網(wǎng)運行的安全運行蒸汽系統(tǒng)無緩沖裕量，必須時刻保持產(chǎn)耗的109蒸汽動力系統(tǒng)的能級匹配前提:前面二個內(nèi)容：A、用戶使用的蒸汽品質(zhì)－溫度、壓力要求應(yīng)選取剛好能滿足條件的蒸汽等級。B、最在限度減少無功減溫減壓量。蒸汽動力系統(tǒng)的能級匹配前提:前面二個110蒸汽與電力的平衡企業(yè)電力來源：自備發(fā)電及網(wǎng)供電鍋爐總蒸發(fā)量=自備發(fā)電用汽量+供熱總量蒸汽與電力的平衡企業(yè)電力來源：自備發(fā)電及網(wǎng)供電1114.如何開展蒸汽動力平衡工作數(shù)學(xué)模型簡易在線蒸汽動力平衡表蒸汽產(chǎn)耗平衡表4.如何開展蒸汽動力平衡工作數(shù)學(xué)模型112數(shù)學(xué)模型A、理論基礎(chǔ)：最優(yōu)化理論B、優(yōu)化調(diào)度的發(fā)展過程C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用D、優(yōu)化調(diào)度存在的問題E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法F、管網(wǎng)優(yōu)化模型數(shù)學(xué)模型A、理論基礎(chǔ)：最優(yōu)化理論113A、最優(yōu)化理論定義：熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度是隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的發(fā)展和計算機技術(shù)的推廣和應(yīng)用發(fā)展起來的，它采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，通過對熱力系統(tǒng)的分析，確定最佳的負荷分配方案，使整個熱力系統(tǒng)處在最優(yōu)的條件下運行。A、最優(yōu)化理論定義：114B、優(yōu)化調(diào)度的發(fā)展過程優(yōu)化算法的發(fā)展過程：等微增率法b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法c.啟發(fā)式算法計算方法的發(fā)展過程：離線計算在線計算研究對象的發(fā)展過程：單一循環(huán)方式純供電的熱力系統(tǒng)多種循環(huán)方式并存的熱電聯(lián)供的復(fù)雜系統(tǒng)

B、優(yōu)化調(diào)度的發(fā)展過程優(yōu)化算法的發(fā)展過程：115等微增率法基礎(chǔ)：嚴格的數(shù)學(xué)極值理論誕生時間：1934年。原理：這一方法在理論上給出了并聯(lián)運行的若干機組滿足總能耗最小的最優(yōu)條件，即當(dāng)并聯(lián)運行機組的耗量微增率不相等時，可以通過減小耗量微增率大的機組的負荷，增加耗量微增率小的機組的負荷來達到全廠的總消耗量最小。等微增率法基礎(chǔ)：嚴格的數(shù)學(xué)極值理論116等微增率法優(yōu)點：該方法的物理意義明確，易于被調(diào)度人員所理解。不足：首先，該方法采用鍋爐煤耗／發(fā)電功率曲線，因此只適用于機爐一體的單元機組，很難應(yīng)用于母管制熱力系統(tǒng)中；其次，即使在單元機組中，這種方法對煤耗特性曲線的要求也是比較嚴格的，只有當(dāng)特性曲線為凸函數(shù)時才能得到嚴格的最優(yōu)解，否則結(jié)果可能是失真的；最后，對于熱電聯(lián)供的熱力系統(tǒng)，熱負荷的調(diào)度和電負荷的調(diào)度往往是耦合在一起的，這就限制了該方法的使用。等微增率法優(yōu)點：該方法的物理意義明確，易于被調(diào)度人員所理解。117b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(1)線性規(guī)劃法：最主要的求解方法是單純形法，基于單純形法又針對混合整數(shù)線性規(guī)劃問題發(fā)展了分枝限界反向跟蹤法、隱枚舉法等，這些方法都可以準(zhǔn)確地求解全局最優(yōu)解。應(yīng)用情況：RTCouch等對6臺鍋爐、25臺汽輪機和1臺備用汽輪機構(gòu)成的供電系統(tǒng)進行了研究，采用線性混合整數(shù)規(guī)劃的方法在技術(shù)上解決了較為復(fù)雜的能量系統(tǒng)的負荷分配問題，其中涉及到了部分機組啟停的情況。b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(1)線性規(guī)劃法：118b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(2)非線性規(guī)劃法：發(fā)展原因：熱力系統(tǒng)部件的特性往往是非線性的，在很多情況下采用線性模型計算往往與實際相差很大，因此必須建立相應(yīng)的非線性算法。非線性算法：轉(zhuǎn)動坐標(biāo)軸直接搜索（DSFD）法、罰函數(shù)法等。b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(2)非線性規(guī)劃法：119b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(2)非線性規(guī)劃法：應(yīng)用情況：ATClary在1996年對TennesseeEastmanDivisionofEastman化工公司24臺鍋爐、19臺汽輪機構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)使用非線性算法進行了計算。不足：這些算法雖然已經(jīng)比較成熟，但無法保證對于任意的非線性規(guī)劃問題都能準(zhǔn)確地收斂到全局最優(yōu)解。b.傳統(tǒng)的線性和非線性規(guī)劃方法(2)非線性規(guī)劃法：120c.啟發(fā)式算法基礎(chǔ)：蒸汽動力系統(tǒng)的熱力學(xué)分析目的：推導(dǎo)出針對能量使用優(yōu)化的總體原則和各種指導(dǎo)準(zhǔn)則方法：(1)搜索禁忌(TabuSearch)法：Glover在1986年首次提出。(2)模擬退火（SimulatedAnnealing）法:Mertropolis于1953年提出。c.啟發(fā)式算法基礎(chǔ)：蒸汽動力系統(tǒng)的熱力學(xué)分析121c.啟發(fā)式算法(3)遺傳算法（GeneticAlgorithms）：70年代初期由美國密執(zhí)根大學(xué)的Holland教授提出(4)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NeutralNetwork)法：Hopfield教授將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的早期成就應(yīng)用于優(yōu)化問題中形成的一種算法。c.啟發(fā)式算法(3)遺傳算法（GeneticAlgori122C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用國外應(yīng)用例子：Marecki等較早地將數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法應(yīng)用于熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的研究中，并在70年代后期對大型熱電聯(lián)供的核電廠從經(jīng)濟角度確定了熱負荷的分配方案。早期，RTCouch等研究的單一供電蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度相對比較簡單，僅僅涉及到外界電負荷的約束。KMoslehi等在90年代初對４個熱電聯(lián)產(chǎn)電廠構(gòu)成的熱電聯(lián)供系統(tǒng)進行優(yōu)化計算，該熱電聯(lián)供系統(tǒng)共包含19臺鍋爐和11臺汽輪發(fā)電機，它需要考慮到外界電負荷和各類供汽量的要求，結(jié)果在最優(yōu)情況下總費用減小了1.1%。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用國外應(yīng)用例子：123C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用d.MSDiaz和JABandoni使用混合整數(shù)非線性規(guī)劃的方法提出了大型化工廠的優(yōu)化策略，所研究的系統(tǒng)包含8臺高溫裂解爐、1臺裂解氣壓縮機、110t/h余熱鍋爐、4臺常規(guī)鍋爐、5臺背壓式汽輪機構(gòu)成的三級母管制聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度進行了研究。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用d.MSDiaz和JABando124C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用e.KBC公司于1996年開發(fā)成蒸汽系統(tǒng)仿真和優(yōu)化軟件并在德國Gelsenkerchen的Scholven煉油廠得到了使用，平均每年可節(jié)省費用４百萬德國馬克。f.AThomas等提到在Westinghouse過程控制部門開發(fā)的集散控制系統(tǒng)中，新增加了在線監(jiān)測和優(yōu)化計算的軟件包，表明在線優(yōu)化計算已經(jīng)進入市場應(yīng)用階段。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用e.KBC公司于1996年開發(fā)成蒸汽系統(tǒng)125C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用國內(nèi)應(yīng)用例子：清華大學(xué)等較早地對熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度進行了研究，他們對燕山石化公司煉油廠的蒸汽系統(tǒng)采用0/1整數(shù)規(guī)劃的方法進行了詳細的優(yōu)化調(diào)度計算，分別對其中的燃氣輪機、催化裂化氣壓機、發(fā)電用汽輪機、鍋爐、減溫減壓器和換熱器等熱力系統(tǒng)進行了部分化建模并完成了整個系統(tǒng)的自動建模。西安交通大學(xué)李崇祥等通過將發(fā)電功率分解為純冷凝發(fā)電部分和熱化發(fā)電部分解決了供熱機組熱電負荷調(diào)度的問題，并將其方法應(yīng)用到石化廠中取得了較好的效果。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用國內(nèi)應(yīng)用例子：126C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用c.清華大學(xué)和撫順石化熱電廠進行合作，通過綜合采用分枝限界反向跟蹤優(yōu)化算法和轉(zhuǎn)動坐標(biāo)軸直接搜索可行方向法，節(jié)約燃料3~7%。C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用c.清華大學(xué)和撫順石化熱電廠進行合作，通127D、優(yōu)化調(diào)度存在的問題對理論建模的過分依賴，無法精確反映當(dāng)前系統(tǒng)的真實特性。所建立的模型無法體現(xiàn)系統(tǒng)部件特性的變化。優(yōu)化計算軟件缺乏通用性D、優(yōu)化調(diào)度存在的問題對理論建模的過分依賴，無法精確反映當(dāng)128E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法以實時運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)用戶輸入的系統(tǒng)信息自動建立當(dāng)前熱力系統(tǒng)優(yōu)化模型，并隨著系統(tǒng)的運行通過分析運行數(shù)據(jù)來確定是否有必要重新建模。E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法以實129E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法組成部分：a.系統(tǒng)輸入部分b.實時數(shù)據(jù)采集部分c.數(shù)據(jù)處理部分d.自適應(yīng)建模部分e.優(yōu)化計算部分f.調(diào)度決策部分g.漸近尋優(yōu)部分E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法組成部分：130F、管網(wǎng)模型a.目前狀況：此類模型軟件極少。中國石化股份有限公司科技開發(fā)部、煉油事業(yè)部和節(jié)能中心組織協(xié)調(diào)了“煉油廠蒸汽管網(wǎng)監(jiān)測管理系統(tǒng)（簡稱SNAMER）”的開發(fā)工作，該項目以北京華思維科技有限公司為主，并在鎮(zhèn)海煉化等單位的配合下于2003年底通過了中國石化科技開發(fā)部組織的技術(shù)鑒定，目前該項技術(shù)已經(jīng)進入工業(yè)化推廣應(yīng)用階段。F、管網(wǎng)模型a.目前狀況：此類模型軟件極少。中國石化股份有131F、管網(wǎng)模型b.原理：熱力管網(wǎng)的仿真模擬涉及到網(wǎng)絡(luò)拓撲學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、計算數(shù)學(xué)和熱能工程等領(lǐng)域的知識，其整體設(shè)計構(gòu)想是根據(jù)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，汽源流量、溫度、壓力和用戶流量或壓力等有限參數(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)拓撲模型，并由模型自動生成流體網(wǎng)絡(luò)非線性方程組，通過求解非線性方程組得到網(wǎng)絡(luò)任意管段內(nèi)介質(zhì)的流量、流向、流速、壓降、溫降、散熱損失以及各節(jié)點的溫度、壓力等參數(shù)，實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度、合理用汽的節(jié)能目的，即能離線應(yīng)用，也能在線運行。F、管網(wǎng)模型b.原理：熱力管網(wǎng)的仿真模擬涉及到網(wǎng)絡(luò)拓撲學(xué)、132F、管網(wǎng)模型c.關(guān)鍵技術(shù)措施將基爾霍夫的電網(wǎng)理論應(yīng)用于流體管網(wǎng)，以非線性方程組描述管網(wǎng)流程，通過自由度分析判斷決策變量，允許用戶選擇溫度或壓力作為自變量。用圖形描述網(wǎng)絡(luò)流程，用表格輸入屬性，以拓撲學(xué)知識自動識別管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，自動建立數(shù)學(xué)模型。F、管網(wǎng)模型c.關(guān)鍵技術(shù)措施133F、管網(wǎng)模型d.數(shù)學(xué)模型熱網(wǎng)分析監(jiān)測模型由網(wǎng)絡(luò)拓撲模型、網(wǎng)絡(luò)熱力學(xué)模型、網(wǎng)絡(luò)流體力學(xué)模型三個部分組成，而網(wǎng)絡(luò)拓撲模型又包括：用于描述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與管段關(guān)系的關(guān)聯(lián)矩陣和描述網(wǎng)絡(luò)回路信息的圈矩陣以及描述網(wǎng)絡(luò)通路信息的割矩陣等部分。F、管網(wǎng)模型d.數(shù)學(xué)模型134F、管網(wǎng)模型e.數(shù)值求解方法SNAMER采用的數(shù)值解法是牛頓—拉夫森法，該算法經(jīng)過優(yōu)化后計算速度有了明顯的提高，例如計算一個具有400根管段的管網(wǎng)模型，其計算時間約為10秒鐘，滿足在線運行的需要。F、管網(wǎng)模型e.數(shù)值求解方法135F、管網(wǎng)模型f.作用：離線應(yīng)用可以模擬管網(wǎng)可能出現(xiàn)的運行工況，分析管網(wǎng)的可靠性和保溫狀況，計算散熱損失、凝結(jié)水的生成量和產(chǎn)生的位置，為合理排凝和工況調(diào)整提供決策依據(jù)，也是設(shè)計新管網(wǎng)和模擬改造老管網(wǎng)的有力工具；在線運行能夠模擬監(jiān)測管網(wǎng)的實際運行情況，使運行管理人員隨時掌握管網(wǎng)的工況，實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度。SNAMER還能為企業(yè)的蒸汽管網(wǎng)建立電子檔案數(shù)據(jù)庫，包括管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和運行參數(shù)以及歷次改造的信息數(shù)據(jù)，能為擴建及改造工程及時、準(zhǔn)確地提供完整的基礎(chǔ)資料，是制定全廠用能優(yōu)化決策方案的基礎(chǔ)。F、管網(wǎng)模型f.作用：136F、管網(wǎng)模型需要改進或注意的問題：(1)計算數(shù)據(jù)校核的依據(jù)只能是現(xiàn)有的蒸汽流量、溫度、壓力參數(shù)，但這些參數(shù)測點不少點本身存在較大的誤差，導(dǎo)致計算有失真現(xiàn)象。(2)蒸汽母管因進出蒸汽分枝多，且壓力測點不足，運用管網(wǎng)壓差，計算蒸汽流通量準(zhǔn)確性仍不足。(3)管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入工作量大，管網(wǎng)改造后可能存在數(shù)據(jù)未及時錄入的問題。F、管網(wǎng)模型需要改進或注意的問題：137簡易在線蒸汽動力平衡表簡易在線蒸汽動力平衡表138簡易在線蒸汽動力平衡表簡易在線蒸汽動力平衡表139簡易在線蒸汽動力平衡表簡易在線蒸汽動力平衡表140蒸汽產(chǎn)耗平衡表A、編制原則：a.產(chǎn)耗分別開列。b.只計算最終的產(chǎn)及耗的發(fā)生量，不計算中間轉(zhuǎn)移量。B、分開工、運行、事故狀態(tài)三種情況分別編寫。C、分析產(chǎn)耗不平衡，查找蒸汽系統(tǒng)存在的問題。蒸汽產(chǎn)耗平衡表A、編制原則：141四.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化的方法優(yōu)化軟件應(yīng)用的情況實際工作中如何開展蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化工作四.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化的方法1421.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化的方法熱力學(xué)目標(biāo)方法數(shù)學(xué)規(guī)劃法三環(huán)節(jié)模型法啟發(fā)式方法1.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化的方法熱力學(xué)目標(biāo)方法143熱力學(xué)目標(biāo)方法A、夾點分析法B、頂層分析法熱力學(xué)目標(biāo)方法A、夾點分析法144A、夾點分析法a.產(chǎn)生：1982年Linnhoff等人提出的夾點技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了熱力學(xué)目標(biāo)方法。b.夾點技術(shù)應(yīng)用的演變

換熱網(wǎng)絡(luò)和單級、多級公用工程能量集成熱回收絡(luò)熱機熱泵等單個能量集中單元與全局能量集成幾個工藝過程組成組成的全局系統(tǒng)A、夾點分析法a.產(chǎn)生：1982年Linnhoff等人提出145A、夾點分析法c.核心技術(shù)：全局溫焓曲線d.具體方法：利用全局溫焓曲線對系統(tǒng)進行直接敏銳的分析，確定熱力學(xué)目標(biāo)以及提出很好的設(shè)計決策，并且根據(jù)該熱力學(xué)目標(biāo)可以選擇最優(yōu)的短網(wǎng)絡(luò)。通過性能的限制約束，熱力學(xué)目標(biāo)方法揭示了系統(tǒng)的改善范圍，使設(shè)計者在交互模式下進行不同的設(shè)計方案的篩選。A、夾點分析法c.核心技術(shù)：全局溫焓曲線146A、夾點分析法e.夾點技術(shù)特點：全局過程的夾點分析法，建立了從各過程冷、熱物流構(gòu)成組合曲線出發(fā)，逐步外推，最終形成全局溫焓曲線和全局公用工程總組合曲線，再進行能量集成的方法和策略。f.優(yōu)點：該方法對于新設(shè)計節(jié)能效果顯著。g.不足：對改造項目，其公用工程系統(tǒng)已存在，有時雖實施節(jié)能，卻無經(jīng)濟效益。而且這種全局集成策略是建立在對全局各過程間的相互關(guān)系有深入了解，并已收集到全局各過程所有冷、熱物流及公用工程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上的；對正在運行著的大型石化企業(yè)，進行如此詳盡的數(shù)據(jù)收集需花費大量的人力和時間，這無疑會影響全局過程夾點分析法的應(yīng)用。A、夾點分析法e.夾點技術(shù)特點：147B、頂層分析法a.起源：夾點分析法的不足b.1997年ZhuXX等提出這一概念c.方法：從公用工程出發(fā)，先完成公用工程系統(tǒng)的用能診斷，尋找出全局節(jié)能（節(jié)約蒸汽）的潛力所在，充分發(fā)揮公用工程系統(tǒng)的各種剩余熱轉(zhuǎn)化途徑作用，使剩余熱發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益。對于公用工程系統(tǒng)難以利用的剩余熱，尋找出相關(guān)過程，再利用全局夾點分析方法進行能量集成。B、頂層分析法a.起源：夾點分析法的不足148B、頂層分析法d.圖示B、頂層分析法d.圖示149B、頂層分析法e.基本方法：(1)剩余熱負荷的產(chǎn)生(2)剩余熱負荷通過發(fā)電汽輪機做功(3)外購動力節(jié)省剩余熱負荷(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析B、頂層分析法e.基本方法：150(1)剩余熱負荷的產(chǎn)生過程換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化可使過程用蒸汽量減少或過程副產(chǎn)蒸汽量增加，這兩種結(jié)果都將打破原有公用工程系統(tǒng)的平衡關(guān)系，產(chǎn)生剩余蒸汽。剩余熱負荷的轉(zhuǎn)化途徑一般有：（ａ）用做功效率最高的途徑做功，使公用工程系統(tǒng)多產(chǎn)功；（ｂ）減少剩余熱負荷，直接節(jié)省燃料，同時使公用工程系統(tǒng)做功能力下降，產(chǎn)／用功之間的差額需外購動力彌補；（ｃ）維持現(xiàn)有消耗途徑。因此，實現(xiàn)過程優(yōu)化改造所產(chǎn)生的效益，必須尋找剩余熱負荷的最佳轉(zhuǎn)化途徑。(1)剩余熱負荷的產(chǎn)生過程換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化151(2)剩余熱負荷通過發(fā)電汽輪機做功過剩熱負荷ΔＱＰ通過某一途徑轉(zhuǎn)化可增加系統(tǒng)做功量ΔＷ，而節(jié)省ΔＱＰ對應(yīng)的燃料消耗量的變化為ΔＱＦ。過剩熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的做功效率為：

(2)剩余熱負荷通過發(fā)電汽輪機做功過剩152(3)外購動力節(jié)省剩余熱負荷對于必須進行熱功權(quán)衡的公用工程系統(tǒng)，節(jié)省剩余熱負荷ΔＱＰ就等于節(jié)省了鍋爐蒸汽，其結(jié)果是燃料消耗減少ΔＱＦ，同時造成了系統(tǒng)做功量的下降。為彌補這部分做功能力的減少，公用工程系統(tǒng)需從外界購入動力或電力。若購買單位燃料所需費用為ＣＦ，外購單位動力所需費用為ＣＰ，定義外購動力的效率為ηin＝ＣＦ／ＣＰηin>1，則應(yīng)購入外部動力。(3)外購動力節(jié)省剩余熱負荷對于必須153(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析若將1MJ燃料的熱負荷從現(xiàn)有途徑移至最佳效率途徑可多產(chǎn)功ΔWadd為：ΔWadd＝ΔWm－ΔWc＝ηm－ηc式中，ηc為現(xiàn)有途徑效率，ηm為最佳途徑效率。為保持公用工程系統(tǒng)產(chǎn)／用功的平衡，多產(chǎn)的功量ΔWadd可從效率最差的途徑減少相應(yīng)的功量，相應(yīng)節(jié)省燃料為：ΔＱF＝ΔWadd／ηleast＝（ηm－ηc）／ηleast式中，ηleast為最差途徑效率。即在公用工程系統(tǒng)中，1MJ燃料的熱負荷從現(xiàn)有途徑移至最佳效率途徑可多做功ΔWadd。(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析154(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析通過做功效率最差的途徑減少做功ΔWadd，即可實現(xiàn)最大的燃料節(jié)省，其相應(yīng)節(jié)省燃料費用為：CFΔQF＝CF（ηm－ηc）／ηleast若1t蒸汽相當(dāng)于Ｑs(MJ)燃料，經(jīng)濟效益B（元／t）為：Ｂ＝CFＱs（ηm－ηc）／ηleast式中Ｑs＝（ΔＱP＋ΔＱloss）／ηboiler(4)剩余熱負荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟效益分析通過155B、頂層分析法f.基本步驟：（１）收集公用工程數(shù)據(jù)；（２）計算現(xiàn)有和可選蒸汽消耗途徑效率及負荷限制；（３）計算節(jié)省剩余熱負荷外購動力途徑效率；（４）比較現(xiàn)有途徑，可選途徑和外購動力效率；（５）選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)化途徑并計算優(yōu)化后的效益。B、頂層分析法f.基本步驟：156數(shù)學(xué)規(guī)劃法A、基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)模型B、原理：通過把蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為一個數(shù)學(xué)規(guī)劃問題并提供一個合適的優(yōu)化算法來實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。C、發(fā)展：80年代，隨著計算機的普及的熱力學(xué)理論的日益完善，才發(fā)展起來的。1983年，Grossmann采用結(jié)構(gòu)最優(yōu)化合成換熱網(wǎng)絡(luò)，提出用轉(zhuǎn)運模型的線性規(guī)劃方法，求出最小公用工程費用，較為方便地考慮物流匹配有約束的情況。數(shù)學(xué)規(guī)劃法A、基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)模型157數(shù)學(xué)規(guī)劃法D、方法：第一步是構(gòu)造一個超結(jié)構(gòu)(Superstructure)，其中包括通常所用的單元設(shè)備，如鍋爐、蒸汽輪機、燃氣輪機、電動機，不同壓力的蒸汽管網(wǎng)以及其他輔助設(shè)備。由此可產(chǎn)生許多可行的蒸汽動力系統(tǒng)方案。第二步是建立混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)模型或混合整數(shù)非線性一(MINLP)模型來表征蒸汽動力系統(tǒng)，其中連續(xù)變量代表所有單元設(shè)備的處理能力和各流股流量，二元變量表示在給定操作條件下所選單元設(shè)備是否存在，多周期問題表示單元設(shè)備在某周期是否運行以及運行中單元設(shè)備的操作方式。目標(biāo)函數(shù)是使系統(tǒng)在所有運行時間內(nèi)總的設(shè)備投資和操作費用最小。數(shù)學(xué)規(guī)劃法D、方法：158三環(huán)節(jié)模型法A、角度：yong(火+用)分析B、華南理工大學(xué)華賁教授等提出這一方法C、方法：從追蹤能量變化的全過程和揭示子系統(tǒng)的能量流結(jié)構(gòu)入手，對過程系統(tǒng)進行全局的yong分析和yong經(jīng)濟分析，提出了過程用能的三環(huán)節(jié)模型（如圖所示）、過程用能的yong經(jīng)濟評價方法以及全局系統(tǒng)的yong經(jīng)濟優(yōu)化方法，完善了包括３個不同功能子系統(tǒng)的能量結(jié)構(gòu)模型的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法。該模型不僅揭示了各種類型和各種復(fù)雜程度的過程系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的共性規(guī)律，而且建立了嚴格的通用模型。嚴格地說，三環(huán)節(jié)方法是一個把系統(tǒng)技術(shù)和熱（yong）經(jīng)濟學(xué)有機結(jié)合的系統(tǒng)方法。三環(huán)節(jié)模型法A、角度：yong(火+用)分析159三環(huán)節(jié)模型圖三環(huán)節(jié)模型圖160三環(huán)節(jié)模型法D、不同壓力等級蒸汽的能量、yong和能級

壓力，MPa

溫度，℃能量E，MJ/tyongEx,MJ/t能級系數(shù)ε10.05403475.41650.90.4263.84503263.61330.10.4071.02502878947.10.329三環(huán)節(jié)模型法壓力，MPa溫度，℃能量E，MJ/tyong161三環(huán)節(jié)模型法E、改善過程系統(tǒng)用能的措施按其作用分類：U類———提高能量轉(zhuǎn)換效率ηu或yong轉(zhuǎn)換效率ηxu，屬轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)；N類———降低工藝總用能Ｅn或yongＥxn，屬利用環(huán)節(jié)；K類———減少利用環(huán)節(jié)過程yong損耗DKP，屬利用環(huán)節(jié)；R類———提高能量回收效率（ηR或火用回收效率ηxR，屬回收環(huán)節(jié)。三環(huán)節(jié)模型法E、改善過程系統(tǒng)用能的措施按其作用分類：162三環(huán)節(jié)模型法F、作用：a.通過能量綜合分析，清楚地展示裝置用能情況，找出用能薄弱環(huán)節(jié)，提出節(jié)能降耗的方向。b.通過單元設(shè)備、局部子系統(tǒng)、全局三個層次，工藝裝置、公用工程到全廠綜合優(yōu)化三個步驟，實現(xiàn)全局用能優(yōu)化。c.通過yong經(jīng)濟分析和優(yōu)化，對過程系統(tǒng)提出物料和能量綜合同時優(yōu)化的改進方案。d.開發(fā)新工藝流程，進行裝置的“瓶頸”分析，實現(xiàn)在擴產(chǎn)同時的能量綜合優(yōu)化。e.對現(xiàn)有裝置進行不改動設(shè)備流程條件下的操作調(diào)優(yōu)，給出在各種條件下的工藝參數(shù)的優(yōu)化值，用以指導(dǎo)生產(chǎn)。從而達到提高產(chǎn)品品質(zhì)、節(jié)能降耗的目的。三環(huán)節(jié)模型法F、作用：163三環(huán)節(jié)模型法G、特點：通過對過程系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的嚴格描述，揭示了過程系統(tǒng)用能的本質(zhì)，并注重本身理論體系的完善。但由于yong計算的復(fù)雜性和實際工程體系的復(fù)雜性，三環(huán)節(jié)模型的推廣和應(yīng)用受到限制。三環(huán)節(jié)模型法G、特點：1642.應(yīng)用情況A、清華大學(xué)呂澤華教授等開發(fā)的熱電廠優(yōu)化調(diào)度管理軟件，應(yīng)用于撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度。B、清華大學(xué)開發(fā)的蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計軟件GPODHS，應(yīng)用于燕山石化蒸汽動力與供熱系統(tǒng)新建及改造方案的優(yōu)化。C、清華大學(xué)開發(fā)的通用蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計軟件ODDSS-TH，應(yīng)用于茂名乙烯蒸汽系