全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討.ppt

1、全廠蒸汽動力平衡以及系統(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,一. 什么是全廠蒸汽動力系統(tǒng),1. 狹義 2. 廣義,狹義,廣義,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),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,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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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

2、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(shí)熱量回收率更低。,三. 蒸汽動力系統(tǒng)的平衡,1.什么時(shí)候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡工作 2. 蒸汽的特點(diǎn) 3. 蒸汽動力系統(tǒng)運(yùn)行的要求 4. 蒸汽動力系統(tǒng)平衡需要考慮的問題,1. 什么時(shí)候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡工作,2. 蒸汽的特點(diǎn),蒸汽的不可貯存性 蒸汽存在狀態(tài)變化的可能性,3. 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(yùn)行的安全運(yùn)行。 蒸汽動力系統(tǒng)的能級匹配。 蒸汽與電力的平衡。,產(chǎn)耗平衡,目的： 滿足各用戶的溫度、壓力需求。

3、 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(jià)燃料的鍋爐蒸發(fā)量。,蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行的安全運(yùn)行,蒸汽系統(tǒng)無緩沖裕量，必須時(shí)刻保持產(chǎn)耗的動態(tài)平衡。 蒸汽動力系統(tǒng)運(yùn)行必須有調(diào)節(jié)裕量。 所有運(yùn)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(yùn)行蒸汽管路的盲端必須疏水，防止水擊的發(fā)生。,蒸汽動力系統(tǒng)的能級匹配,前提:前面二個(gè) 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。,蒸汽與電力的

4、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,4. 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,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,A、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(jì)算機(jī)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(fù)荷分配方案，使整個(gè)熱力系統(tǒng)處在最優(yōu)的條件下運(yùn)行。,B、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

5、線性規(guī)劃方法 c. 啟發(fā)式算法 計(jì)算方法的發(fā)展過程： 離線計(jì)算 在線計(jì)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),等微增率法,基礎(chǔ)：嚴(yán)格的數(shù)學(xué)極值理論 誕生時(shí)間：1934年。 原理：這一方法在理論上給出了并聯(lián)運(yùn)行的若干機(jī)組滿足總能耗最小的最優(yōu)條件，即當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的耗量微增率不相等時(shí)，可以通過減小耗量微增率大的機(jī)組的負(fù)荷，增加耗量微增率小的機(jī)組的負(fù)荷來達(dá)到全廠的總消耗量最小。,等微增率法,優(yōu)點(diǎn)：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(jī)爐一體的單元機(jī)組，很難應(yīng)用于母管制熱力系統(tǒng)中；

6、其次，即使在單元機(jī)組中，這種方法對煤耗特性曲線的要求也是比較嚴(yán)格的，只有當(dāng)特性曲線為凸函數(shù)時(shí)才能得到嚴(yán)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(fù)荷的調(diào)度和電負(fù)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。,b. 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：R T Couch等對6臺鍋爐、25臺汽輪機(jī)和1臺備用汽輪機(jī)構(gòu)成的供電系統(tǒng)進(jìn)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(fù)荷分配

7、問題，其中涉及到了部分機(jī)組啟停的情況。,b. 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(jì)算往往與實(shí)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： 應(yīng)用情況：A T Clary在1996年對Tennessee Eastman Division of Eastman化工公司24臺鍋爐、19臺汽輪機(jī)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)使用非線性算法進(jìn)行了計(jì)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

8、能準(zhǔn)確地收斂到全局最優(yōu)解。,c. 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(Tabu Search)法：Glover在1986年首次提出 。 (2)模擬退火（Simulated Annealing）法:Mertropolis于1953年提出。,c. 啟發(fā)式算法,(3)遺傳算法（Genetic Algorithms）：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)(Neutral Network)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、優(yōu)化調(diào)度

9、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(jì)角度確定了熱負(fù)荷的分配方案 。 早期，R T Couch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(fù)荷的約束。 K Moslehi等在90年代初對個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)電廠構(gòu)成的熱電聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)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(jī)，它需要考慮到外界電負(fù)荷和各類供汽量的要求，結(jié)果在最優(yōu)情況下總費(fèi)用減小了1.1%。,C、優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用,d. M S Diaz和J A Bandoni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

10、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(jī)、110t/h余熱鍋爐、4臺常規(guī)鍋爐、5臺背壓式汽輪機(jī)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(jìn)行了研究。,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)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(fèi)用百萬德國馬克。 f. A Thomas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(jì)算的軟件包，表明在線優(yōu)化計(jì)算已經(jīng)進(jìn)入市場應(yīng)用階段。,C、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(jìn)行了研究，他們對燕山石化

11、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(jìn)行了詳細(xì)的優(yōu)化調(diào)度計(jì)算，分別對其中的燃?xì)廨啓C(jī)、催化裂化氣壓機(jī)、發(fā)電用汽輪機(jī)、鍋爐、減溫減壓器和換熱器等熱力系統(tǒng)進(jìn)行了部分化建模并完成了整個(gè)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(jī)組熱電負(fù)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,c. 清華大學(xué)和撫順石化熱電廠進(jìn)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37%。,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)前系統(tǒng)的真實(shí)特性。 所建立的模型無法體現(xiàn)系統(tǒng)部

12、件特性的變化。 優(yōu)化計(jì)算軟件缺乏通用性,E、發(fā)展方向-在線自適應(yīng)優(yōu)化方法,以實(shí)時(shí)運(yùn)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(yùn)行通過分析運(yùn)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,組成部分： a. 系統(tǒng)輸入部分 b. 實(shí)時(shí)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(jì)算部分 f. 調(diào)度決策部分 g. 漸近尋優(yōu)部分,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(xiàng)目以北京華思維科技有限公

13、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(xiàng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化推廣應(yīng)用階段。,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?fù)鋵W(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和熱能工程等領(lǐng)域的知識，其整體設(shè)計(jì)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?fù)淠Ｐ?，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(diǎn)的溫度、壓力等參數(shù)，實(shí)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(yùn)行。,F、管網(wǎng)模型,c. 關(guān)鍵技術(shù)措施 將基爾霍

14、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?fù)鋵W(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,d. 數(shù)學(xué)模型 熱網(wǎng)分析監(jiān)測模型由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?、網(wǎng)絡(luò)熱力學(xué)模型、網(wǎng)絡(luò)流體力學(xué)模型三個(gè)部分組成，而網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ陀职ǎ河糜诿枋鼍W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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,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(jì)算速度有了明顯的提高，例如計(jì)算一個(gè)具有400根管段的管網(wǎng)模型，其計(jì)算時(shí)間

15、約為10秒鐘，滿足在線運(yùn)行的需要。,F、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(yùn)行工況，分析管網(wǎng)的可靠性和保溫狀況，計(jì)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(jì)新管網(wǎng)和模擬改造老管網(wǎng)的有力工具； 在線運(yùn)行能夠模擬監(jiān)測管網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，使運(yùn)行管理人員隨時(shí)掌握管網(wǎng)的工況，實(shí)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(yùn)行參數(shù)以及歷次改造的信息數(shù)據(jù)，能為擴(kuò)建及改造工程及時(shí)、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,需要改進(jìn)或注意的問題： (1) 計(jì)算數(shù)據(jù)校核的依據(jù)只能

16、是現(xiàn)有的蒸汽流量、溫度、壓力參數(shù)，但這些參數(shù)測點(diǎn)不少點(diǎn)本身存在較大的誤差，導(dǎo)致計(jì)算有失真現(xiàn)象。 (2)蒸汽母管因進(jìn)出蒸汽分枝多，且壓力測點(diǎn)不足，運(yùn)用管網(wǎng)壓差，計(jì)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(shí)錄入的問題。,簡易在線蒸汽動力平衡表,簡易在線蒸汽動力平衡表,簡易在線蒸汽動力平衡表,蒸汽產(chǎn)耗平衡表,A、編制原則： a. 產(chǎn)耗分別開列。 b. 只計(jì)算最終的產(chǎn)及耗的發(fā)生量，不計(jì)算中間轉(zhuǎn)移量。 B、分開工、運(yùn)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。,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

17、實(shí)際工作中如何開展蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化工作,1. 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,熱力學(xué)目標(biāo)方法,A、夾點(diǎn)分析法 B、頂層分析法,A、夾點(diǎn)分析法,a. 產(chǎn)生：1982年Linnhoff等人提出的夾點(diǎn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了熱力學(xué)目標(biāo)方法。 b. 夾點(diǎn)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(jī)熱泵等單個(gè)能量集中單元與全局能量集成,幾個(gè)工藝過程組成組成的全局系統(tǒng),A、夾點(diǎn)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(jìn)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(jì)決策，并且根據(jù)該熱力學(xué)目標(biāo)可以選擇最

18、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(jì)者在交互模式下進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)方案的篩選。,A、夾點(diǎn)分析法,e. 夾點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)： 全局過程的夾點(diǎn)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(jìn)行能量集成的方法和策略。 f. 優(yōu)點(diǎn)：該方法對于新設(shè)計(jì)節(jié)能效果顯著。 g.不足：對改造項(xiàng)目，其公用工程系統(tǒng)已存在，有時(shí)雖實(shí)施節(jié)能，卻無經(jīng)濟(jì)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(yùn)行著的大型石化企業(yè)，進(jìn)行如此詳盡的數(shù)據(jù)收集需

19、花費(fèi)大量的人力和時(shí)間，這無疑會影響全局過程夾點(diǎn)分析法的應(yīng)用。,B、頂層分析法,a. 起源：夾點(diǎn)分析法的不足 b. 1997年Zhu XX 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(jì)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(diǎn)分析方法進(jìn)行能量集成 。,B、頂層分析法,d. 圖示,B、頂層分析法,e. 基本方法： (1) 剩余熱負(fù)荷的產(chǎn)生 (2) 剩余熱負(fù)荷通過發(fā)電汽輪機(jī)做功 (3) 外購動力節(jié)省剩余熱負(fù)荷 (4) 剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑的

20、經(jīng)濟(jì)效益分析,(1) 剩余熱負(fù)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(fù)荷的轉(zhuǎn)化途徑一般有：（）用做功效率最高的途徑做功，使公用工程系統(tǒng)多產(chǎn)功；（）減少剩余熱負(fù)荷，直接節(jié)省燃料，同時(shí)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(bǔ)；（）維持現(xiàn)有消耗途徑。因此，實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化改造所產(chǎn)生的效益，必須尋找剩余熱負(fù)荷的最佳轉(zhuǎn)化途徑。,(2) 剩余熱負(fù)荷通過發(fā)電汽輪機(jī)做功,過剩熱負(fù)荷通過某一途徑轉(zhuǎn)化可增加系統(tǒng)做功量，而節(jié)省對應(yīng)的燃料消耗量的變化為。過剩熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑的做功效率為：,(3) 外購動力節(jié)省

21、剩余熱負(fù)荷,對于必須進(jìn)行熱功權(quán)衡的公用工程系統(tǒng)，節(jié)省剩余熱負(fù)荷就等于節(jié)省了鍋爐蒸汽，其結(jié)果是燃料消耗減少，同時(shí)造成了系統(tǒng)做功量的下降。為彌補(bǔ)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(fèi)用為，外購單位動力所需費(fèi)用為，定義外購動力的效率為 in in1，則應(yīng)購入外部動力。,(4) 剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟(jì)效益分析,若將1MJ燃料的熱負(fù)荷從現(xiàn)有途徑移至最佳效率途徑可多產(chǎn)功Wadd為： WaddWmWcmc 式中，c為現(xiàn)有途徑效率，m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Wadd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： FWaddlea

22、st（mc）least 式中，least為最差途徑效率。即在公用工程系統(tǒng)中，1MJ燃料的熱負(fù)荷從現(xiàn)有途徑移至最佳效率途徑可多做功Wadd。,(4) 剩余熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化途徑的經(jīng)濟(jì)效益分析,通過做功效率最差的途徑減少做功Wadd，即可實(shí)現(xiàn)最大的燃料節(jié)省，其相應(yīng)節(jié)省燃料費(fèi)用為： CFQFCF（ mc ）least 若1t蒸汽相當(dāng)于s(MJ)燃料，經(jīng)濟(jì)效益B（元t）為： CFs（mc）least 式中s（Ploss）boiler,B、頂層分析法,f. 基本步驟 ： （）收集公用工程數(shù)據(jù)； （）計(jì)算現(xiàn)有和可選蒸汽消耗途徑效率及負(fù)荷限制； （）計(jì)算節(jié)省剩余熱負(fù)荷外購動力途徑效率； （）比較現(xiàn)有途徑，可選途徑和

23、外購動力效率； （）選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)化途徑并計(jì)算優(yōu)化后的效益。,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(gè)數(shù)學(xué)規(guī)劃問題并提供一個(gè)合適的優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。 C、發(fā)展：80年代，隨著計(jì)算機(jī)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(yùn)模型的線性規(guī)劃方法，求出最小公用工程費(fèi)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,D、方法： 第一步是構(gòu)造一個(gè)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(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、電動機(jī)，不同壓力的蒸汽管網(wǎng)以及其他輔助設(shè)備。由此可

24、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(yùn)行以及運(yùn)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(yùn)行時(shí)間內(nèi)總的設(shè)備投資和操作費(fèi)用最小。,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(jìn)行全局的yong分析和yong經(jīng)濟(jì)分析，提出了過程用能的三環(huán)節(jié)模型（如圖

25、所示）、過程用能的yong經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法以及全局系統(tǒng)的yong經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法，完善了包括個(gè)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(yán)格的通用模型。嚴(yán)格地說，三環(huán)節(jié)方法是一個(gè)把系統(tǒng)技術(shù)和熱（yong）經(jīng)濟(jì)學(xué)有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)方法。,三環(huán)節(jié)模型圖,三環(huán)節(jié)模型法,D、不同壓力等級蒸汽的能量、yong和能級,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u或yong轉(zhuǎn)換效率xu，屬轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)； N類降低工藝總用能n或yongxn，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

26、提高能量回收效率（R或火用回收效率xR，屬回收環(huán)節(jié)。,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(gè)層次，工藝裝置、公用工程到全廠綜合優(yōu)化三個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)全局用能優(yōu)化。 c. 通過yong經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)化，對過程系統(tǒng)提出物料和能量綜合同時(shí)優(yōu)化的改進(jìn)方案。 d. 開發(fā)新工藝流程，進(jìn)行裝置的“瓶頸”分析，實(shí)現(xiàn)在擴(kuò)產(chǎn)同時(shí)的能量綜合優(yōu)化。 e. 對現(xiàn)有裝置進(jìn)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(dá)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,G、

27、特點(diǎn)： 通過對過程系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的嚴(yán)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(jì)算的復(fù)雜性和實(shí)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。,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(jì)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(jì)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 。,A、撫順石化熱電廠熱電聯(lián)供系

28、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,A、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,汽輪機(jī)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,A、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,A、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,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(jì)算，年運(yùn)行300d計(jì)，則年獲利就達(dá)約1880萬元。,3. 實(shí)際工作中如何開展蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化工作,分為二個(gè)階段

29、來考慮： 設(shè)計(jì)、改造時(shí) 正常運(yùn)行時(shí),設(shè)計(jì)、改造時(shí),A、 原則 B、 投資決策過程,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(shí)（一般13.5 MPa），應(yīng)優(yōu)先考慮按合同購進(jìn)蒸汽。因?yàn)樵谝话闱闆r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(jià)格相仿時(shí)，宜仔細(xì)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。 b. 提高第一定律效率，即鍋爐、汽輪機(jī)組、電機(jī)等的熱效率；節(jié)省燃料、汽、電。,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(fù)荷將在一定范圍內(nèi)波動。此時(shí)，按固定條件設(shè)計(jì)的蒸汽動力系統(tǒng)在以上三個(gè)方面的目標(biāo)和預(yù)期效果，都會偏離;有時(shí)嚴(yán)重偏離。因此，考慮適應(yīng)各種變化條件的柔性設(shè)計(jì)，具有很大的節(jié)能潛力。,B、投資決策過程,a. 首先運(yùn)用三環(huán)節(jié)方法、夾點(diǎn)分析等過程能量綜合技術(shù)對蒸汽動力系統(tǒng)與整個(gè)系統(tǒng)的能量進(jìn)行集成，提出多個(gè)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(jì)或