一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法及系统与流程

1.本发明涉及蒸汽动力系统技术领域，尤其涉及一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法及系统。


背景技术：

2.目前，国内大多数炼油化工企业蒸汽动力系统的调度调整基本仍靠经验，锅炉、汽机、减温减压等设备负荷的调节过分依赖人工，基本仅以满足工艺用汽需求、装置稳定运行为目的，造成大量的能源浪费，蒸汽动力系统运行成本偏高。蒸汽动力系统优化建模一般可归结为线性规划和非线性规划两类模型。
3.如果各级蒸汽管网的蒸汽参数固定，模型一般可归结为线性规划，再对系统各物流流量的分配及各单元设备的约束进行优化；
4.若蒸汽参数也作为优化变量，由于蒸汽热力参数计算关系式的复杂性及蒸汽管网能量平衡和透平做功过程的非线性，模型一般可归结为一个复杂的非线性问题，再对结构基本确定的公用工程系统进行设计参数和操作参数的优化。
5.线性规划模型比较简单和成熟，但它只是对非线性问题的一种近似，与实际情况有一定的偏差，甚至有时相差很多，而非线性规划模型更能反映实际情况，而且可用于新系统的设计优化和已有系统的操作优化。不同时期企业的热量和动力需求，装置的生产负荷、进料的组成、产品的规格以及外界环境的变化使得装置(单元)内发生的化工过程常处于变过程条件下，实际情况极为复杂，因此，目前的蒸汽动力系统优化建模大部分将问题简化为多周期问题，各周期具有不同的运行条件，随蒸汽动力系统单元和周期数量的增加，可能的方案呈指数增长，导致混合整数线性规划和混合整数非线性规划模型中的0和1变量数量激增，给模型求解带来极大困难，传统的优化求解算法难以在合理的时间内使问题收敛到最优解。
6.另外，目前的蒸汽动力系统优化建模主要集中考虑的是蒸汽动力系统的转换环节，即各等级蒸汽的工艺需求是根据已知固定的蒸汽参数计算得到的，忽略了能量传输环节即蒸汽在管网传输过程中参数的变化。实际上传输环节对于蒸汽动力系统的转换环节的优化有着很大的影响。因此，以往的蒸汽动力系统的运行优化得到的结果，显然偏离了企业的实际运行情况，只能是简化条件下的最优解，在工程中实施有一定的难度。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法及系统，其解决了目前的蒸汽动力系统优化建模主要集中考虑的是蒸汽动力系统的转换环节，即各等级蒸汽的工艺需求是根据已知固定的蒸汽参数计算得到的，忽略了能量传输环节即蒸汽在管网传输过程中参数的变化的技术问题。
9.(二)技术方案
10.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
11.第一方面，本发明实施例提供一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法，所述方法应用于炼油化工企业的蒸汽动力系统，所述方法包括：
12.s1、针对预先获取的蒸汽动力系统运行优化模型的需求变量，获取相应的蒸汽动力系统运行优化模型的求解变量；
13.蒸汽动力系统运行优化模型由设备模型和所述设备模型的约束条件组成；所述需求变量包括：各压力等级蒸汽需求量和总电量需求；所述求解变量包括：锅炉产汽量、汽机进汽量、抽汽量、排汽量；
14.s2、基于所述求解变量，采用管网模型进行计算，获取计算结果；
15.所述管网模型为蒸汽通过管道时的压降、温降以及管网节点的流量的模型；
16.s3、判断所述计算结果是否满足预先设定的热肼需求蒸汽参数的约束条件，若不满足则调整蒸汽动力系统的汽源产汽参数，并重复s1
‑
s3直至满足；
17.s4、若满足，则将所述计算结果作为第一计算结果，并则根据所述第一计算结果采用第一汽轮机模型获取新的热肼蒸汽需求量，并将所述新的热肼蒸汽需求量作为新的需求变量输入至所述蒸汽动力系统优化模型以获取新的求解变量；
18.所述第一汽轮机模型为进口蒸汽压降和温降的汽轮机模型；
19.s5、根据基于所述新的求解变量，采用所述管网模型进行计算获取第二计算结果，进一步，根据所述第一计算结果和第二计算结果调节汽源产汽量，以使热肼参数在预先设定的范围内。
20.优选的，所述根据所述第一计算结果和第二计算结果调节汽源产汽量，以使热肼参数在预先设定的范围内，具体包括：
21.判断所述第一计算结果和第二计算之间差值的绝对值是否小于预先设定的范围，若否，则调节汽源产汽量，并重复步骤s1
‑
s5直至所述第一计算结果和第二计算之间差值的绝对值在预先设定的范围。
22.优选的，
23.所述设备模型包括：锅炉模型、第二汽轮机模型、减温减压器模型；
24.所述设备模型的约束条件包括预先设定的：目标函数、物料平衡的约束条件、能量平衡的约束条件、设备能力的约束条件以及需求的约束条件。
25.优选的，
26.所述第二汽轮机模型为背压式汽轮机模型、凝汽式汽轮机模型、抽汽凝汽式汽轮机模型、抽汽背压式汽轮机模型中的一种；
27.其中，所述背压式汽轮机模型为：
28.d
01
＝－7.626 58.331w－30.817w2 6.558w3，(1mw≤w≤2mw)；
29.d
02
＝－74.011 96.9871w－25.190w2 2.418w3，(2mw＜w≤4.14mw)；
30.d
03
＝－152.313 95.093w－12.600w2 0.591w3，(4.14mw＜w≤6mw)；
31.w为汽轮机的发电量；
32.d
01
为发电量大于等于1mw小于等于2mw时背压式汽轮机的进汽量；
33.d
02
为发电量大于2mw小于等于4.14mw时背压式汽轮机的进汽量；
34.d
03
为发电量大于4.14mw小于等于6mw时背压式汽轮机的进汽量；
35.所述凝汽式汽轮机模型为：
36.d
11
＝2.562 3.915w，(1.1mw≤w≤8.3mw)；
37.d
11
为发电量大于等于1.1mw小于等于8.3mw时凝汽式汽轮机的进汽量；
38.d
12
＝－5.870 4.945w，(8.3mw＜w≤14mw)；
39.d
12
为发电量大于8.3mw小于等于14mw时凝汽式汽轮机的进汽量；
40.所述抽汽背压式汽轮机模型为：
41.d
20
＝4.245 0.797dc 0.004w；
42.d
20
为抽汽背压式汽轮机的进汽量；
43.dc为抽汽背压式汽轮机的抽汽量。
44.优选的，
45.所述锅炉模型为：
46.锅炉在过热蒸汽压力为3.82mpa，过热蒸汽温度为450℃时，
47.额定产气负荷为75t/h时锅炉效率拟合公式为：
48.η＝0.67 0.0038d－2.43
×
10
—5
d2；
49.额定产气负荷为130t/h时锅炉效率拟合公式：
50.η＝0.73 0.0011d－3.91
×
10
—6
d2；
51.η为锅炉效率；d为锅炉的蒸发量；
52.所述减温减压器模型为：
[0053][0054]
d0进入减温减压器的汽流量；
[0055]
d
k
为经过减温减压器降压后蒸汽流量；
[0056]
为未蒸发的水量占总喷水量的份额；
[0057]
h
gs
为减温水比焓；
[0058]
h
st
为减温减压阀流出的饱和水比焓；
[0059]
h0为进口蒸汽比焓；
[0060]
h
k
为降压后蒸汽比焓。
[0061]
优选的，
[0062]
所述目标函数为：
[0063]
minc＝∑
n
y
n
z
n
c
fuel
f
fuel
c
s
f
s
c
power
p；
[0064]
其中，y
n
为蒸汽动力系统中设备n的状态值，取值为0或1；
[0065]
蒸汽动力系统中设备n为蒸汽动力系统中所有设备中的第n个设备；所述设备为锅炉或汽轮机；
[0066]
z
n
为每小时设备n的折旧费用；
[0067]
c
fuel
为每吨燃料的价格；
[0068]
f
fuel
为每小时燃料的消耗量；
[0069]
c
s
为每吨外购蒸汽的价格；
[0070]
f
s
为每小时外购蒸汽流量；
[0071]
c
power
为每度外购电的价格；
[0072]
p为外购的电量；
[0073]
c为每小时的总费用；
[0074]
所述物料平衡的约束条件为：针对蒸汽动力系统中设备n满足：
[0075]
∑
in
f
n，in
‑
∑
out
f
n，out
＝0；
[0076]
其中，f
n，in
为流入设备n的物流流量；
[0077]
f
n，out
为从设备n流出的物流流量；
[0078]
所述能量平衡的约束条件为：针对单元设备n满足：
[0079]
∑
in
f
n，in
h
n，in
‑
∑
out
f
n，out
h
n，out
‑
w
n
‑
q
n
＝0；
[0080]
其中，h
n，in
为流入设备n的物流比焓；
[0081]
h
n，out
为流出设备n的物流比焓；
[0082]
w
n
为设备n对外界做的功；
[0083]
q
n
为设备n对外界放出的热量；
[0084]
所述设备能力的约束条件包括：
[0085]
f
n,out,min
≤f
n,out
≤f
n,out,max
；
[0086]
f
n,out,min
为从设备n流出的最小的物流流量；
[0087]
f
n,out,max
为从设备n流出的最大的物流流量；
[0088]
f
n,in,min
≤f
n,in
≤f
n,in,max
；
[0089]
f
n,in,min
为流入设备n的最小的物流流量；
[0090]
f
n,in,max
为流入设备n的最大的物流流量；
[0091]
w
n,min
≤w
n
≤w
n,max
；
[0092]
w
n,min
为设备n对外界做的功的最小值；
[0093]
w
n,max
为设备n对外界做的功的最大值；
[0094]
所述需求的约束条件为：
[0095][0096][0097]
p
dem
为用户所需的电量；
[0098]
f
n，s，k
为设备n供给用户的第k级蒸汽的量；
[0099]
f
s，k
为外购的第k级蒸汽的量；
[0100]
f
s，dem，k
为用户对第k级蒸汽需求。
[0101]
优选的，
[0102]
所述管网模型包括：
[0103]
蒸汽通过管道的压降满足：
[0104][0105]
δp
jt
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道压降；
[0106]
ρ
jt,aver
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽平均密度；
[0107]
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽流量平方；
[0108]
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管径的4次方；
[0109]
ε
j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道粗糙度；
[0110]
l
j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道长度；
[0111]
ε
je
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道局部摩擦系数；
[0112]
j为蒸汽动力系统中蒸汽管网中的管道集合；
[0113]
t为周期集合；
[0114]
e为管道局部阻力集合；
[0115]
蒸汽通过蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的温降满足：
[0116][0117]
δt
jt
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽温降；
[0118]
δ
0j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的厚度；
[0119]
δ
j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的保温层厚度；
[0120]
t
jt,aver
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽平均温度；
[0121]
t
a
为蒸汽动力系统中蒸汽管网所处的环境温度；
[0122]
λ
j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道导热系数；
[0123]
c
p,jt
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽平均比热容；
[0124]
α
jt
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的绝热层外表面向周围环境的放热系数；
[0125]
蒸汽动力系统中蒸汽管网的节点流量满足：
[0126]
m
djt
流经节点d的管道j蒸汽流量。
[0127]
优选的，
[0128]
所述热阱需求蒸汽参数约束条件为：
[0129][0130][0131]
为设定的热阱蒸汽压力下限；
[0132]
p
st
为计算结果中热阱蒸汽压力；
[0133]
为设定的热阱蒸汽压力上限；
[0134]
为设定的热阱蒸汽温度下限；
[0135]
t
st
为计算结果中热阱蒸汽温度；
[0136]
为设定的热阱蒸汽温度上限。
[0137]
优选的，
[0138]
所述第一汽轮机模型为：
[0139][0140]
a为预先设定第一系数；
[0141]
b为预先设定第二系数；
[0142]
m
t,act
为汽轮机实际的蒸汽需求量；
[0143]
δp1为驱动汽轮机进口压力变化量；
[0144]
由于汽轮机进口压力降低造成的单位质量流量少发电量；
[0145]
δt1为驱动汽轮机进口温度变化量；
[0146]
由于汽轮机进口温度降低造成的单位质量流量少发电量；
[0147]
所述新的热阱蒸汽需求量为：
[0148]
m
st,act
＝f(p
st
,t
st
,m
st,dem
)；
[0149]
m
st,act
为热阱的实际蒸汽需求量；
[0150]
m
st,dem
热阱的蒸汽需求量；
[0151]
f()是预先设定的和汽源需求参数温度t、压力p、m
st,dem
有关的函数；
[0152]
p
st
计算得到的热阱s压力；
[0153]
t
st
计算得到的热阱s温度。
[0154]
另一方面，本实施例还提供一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化系统，所述系统包括：
[0155]
至少一个处理器；以及
[0156]
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述任一的基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法。
[0157]
(三)有益效果
[0158]
本发明的有益效果是：本发明的一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法及系统，由于在针对预先获取的蒸汽动力系统运行优化模型的需求变量，获取相应的蒸汽动力系统运行优化模型的求解变量后，采用了考虑了蒸汽通过管道时的压降、温降以及管网节点的流量因素的管网模型进行计算，通过计算结果调整蒸汽动力系统的汽源产汽参数，相对于现有技术而言，通过管网模型的计算得到输送到达各个热肼的蒸汽参数，进而能够根据预先设定的热肼需求蒸汽参数的约束条件调整蒸汽动力系统的汽源产汽参数，进一步使得蒸汽动力系统运行负荷最优，效益最好，降低了企业的生产成本。
附图说明
[0159]
图1为本发明的一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法流程图；
[0160]
图2为本发明的一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法示意图；
[0161]
图3为本发明实施例中的背压式汽轮机的工况图；
[0162]
图4为本发明实施例中的凝汽式汽轮机工况图；
[0163]
图5为本发明实施例中的单抽凝汽式汽轮机的工况图；
[0164]
图6为本发明实施例中的抽背式汽轮机变工况时流量与功率、抽汽量的关系曲线；
[0165]
图7为本发明实施例中的燃煤锅炉运行效率曲线。
具体实施方式
[0166]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
[0167]
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0168]
蒸汽动力系统是石化、化工等大型企业公用工程系统的重要组成部分，将一次能源(燃料等)转化成二次能源(电、蒸汽、热水等)，为过程工业提供所需要的工艺蒸汽、热能和动力。
[0169]
蒸汽动力系统通常由工业锅炉产生蒸汽、蒸汽经过高、中、低等多个压力等级的蒸汽管网向各级设备送汽，各级管网之间通过减温减压器相连，蒸汽透平产生过程所需的动力或电力，亏盈量可由电网购入或输出，它所提供的功率占全厂动力消耗的绝大部分，而产生蒸汽的相当一部分热能来源于石油、化工生产装置错综复杂的能量回收系统。
[0170]
因此，蒸汽动力系统的安全、稳定运行是企业安全、稳定、长周期运行的基础，同时它作为企业的耗能大户，其转换效率直接影响着企业的经济性，同时它也是产生污染物的主要来源。
[0171]
因此，为了提高炼油、化工企业蒸汽动力系统能量利用水平，蒸汽动力系统非常有必要进行合理、科学优化。
[0172]
参见图1和图2，本实施例提供一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法，所述方法应用于炼油化工企业的蒸汽动力系统，所述方法包括：
[0173]
s1、针对预先获取的蒸汽动力系统运行优化模型的需求变量，获取相应的蒸汽动力系统运行优化模型的求解变量。
[0174]
蒸汽动力系统运行优化模型由设备模型和所述设备模型的约束条件组成；所述需求变量包括：各压力等级蒸汽需求量和总电量需求；所述求解变量包括：锅炉产汽量、汽机进汽量、抽汽量、排汽量。
[0175]
蒸汽动力系统主要完成燃料、蒸汽和电力的转换过程以及不同压力等级蒸汽间的调节，对于没有燃气轮机的蒸汽动力系统，上述各能量工质的转化主要通过锅炉、汽轮机和减温器实现，因此，蒸汽动力系统的优化必须要建立上述完成各转化过程的设备模型，在设备模型和工艺需求边界确定条件建立约束条件和目标函数。
[0176]
s2、基于所述求解变量，采用管网模型进行计算，获取计算结果。
[0177]
所述管网模型为蒸汽通过管道时的压降、温降以及管网节点的流量的模型。
[0178]
s3、判断所述计算结果是否满足预先设定的热肼需求蒸汽参数的约束条件，若不满足则调整蒸汽动力系统的汽源产汽参数，并重复s1
‑
s3直至满足。
[0179]
s4、若满足，则将所述计算结果作为第一计算结果，并则根据所述第一计算结果采用第一汽轮机模型获取新的热肼蒸汽需求量，并将所述新的热肼蒸汽需求量作为新的需求
变量输入至所述蒸汽动力系统优化模型以获取新的求解变量。
[0180]
所述第一汽轮机模型为进口蒸汽压降和温降的汽轮机模型。
[0181]
s5、根据基于所述新的求解变量，采用所述管网模型进行计算获取第二计算结果，进一步，根据所述第一计算结果和第二计算结果调节汽源产汽量，以使热肼参数在预先设定的范围内。
[0182]
本实施例充分考虑了市场经济条件下不断变化的加工量、产品方案等复杂工况对蒸汽和电力的需求变化以及蒸汽动力系统与管网输送系统的集成优化。
[0183]
在本实施例的实际应用中，所述根据所述第一计算结果和第二计算结果调节汽源产汽量，以使热肼参数在预先设定的范围内，具体包括：
[0184]
判断所述第一计算结果和第二计算之间差值的绝对值是否小于预先设定的范围，若否，则调节汽源产汽量，并重复步骤s1
‑
s5直至所述第一计算结果和第二计算之间差值的绝对值在预先设定的范围。
[0185]
在本实施例的实际应用中，所述设备模型包括：锅炉模型、第二汽轮机模型、减温减压器模型。
[0186]
所述设备模型的约束条件包括预先设定的：目标函数、物料平衡的约束条件、能量平衡的约束条件、设备能力的约束条件以及需求的约束条件。
[0187]
在本实施例的实际应用中，所述第二汽轮机模型为背压式汽轮机模型、凝汽式汽轮机模型、抽汽凝汽式汽轮机模型、抽汽背压式汽轮机模型中的一种。
[0188]
其中，所述背压式汽轮机模型为：
[0189]
d
01
＝－7.626 58.331w－30.817w2 6.558w3，(1mw≤w≤2mw)。
[0190]
d
02
＝－74.011 96.9871w－25.190w2 2.418w3，(2mw＜w≤4.14mw)。
[0191]
d
03
＝－152.313 95.093w－12.600w2 0.591w3，(4.14mw＜w≤6mw)。
[0192]
w为汽轮机的发电量。
[0193]
d
01
为发电量大于等于1mw小于等于2mw时背压式汽轮机的进汽量。
[0194]
d
02
为发电量大于2mw小于等于4.14mw时背压式汽轮机的进汽量。
[0195]
d
03
为发电量大于4.14mw小于等于6mw时背压式汽轮机的进汽量。
[0196]
所述凝汽式汽轮机模型为：
[0197]
d
11
＝2.562 3.915w，(1.1mw≤w≤8.3mw)。
[0198]
d
11
为发电量大于等于1.1mw小于等于8.3mw时凝汽式汽轮机的进汽量。
[0199]
d
12
＝－5.870 4.945w，(8.3mw＜w≤14mw)。
[0200]
d
12
为发电量大于8.3mw小于等于14mw时凝汽式汽轮机的进汽量。
[0201]
所述抽汽背压式汽轮机模型为：
[0202]
d
20
＝4.245 0.797dc 0.004w。
[0203]
d
20
为抽汽背压式汽轮机的进汽量。
[0204]
dc为抽汽背压式汽轮机的抽汽量。
[0205]
在具体应用中，工业中的汽轮机主要有背压式、凝汽式、抽汽凝汽式和抽汽背压式。
[0206]
背压式汽轮机的主要任务是在一定的排汽参数下供应用户规定的蒸汽量，并能同时发出一定的电能。一般情况下，背压式汽轮机的排汽状态和供热量是根据用户的需要确
定的，也就是所谓的以热定电，于是机组的发电量只决定于进汽参数，不能同时满足热、电负荷的需要。因此，虽然背压式汽轮机具有功热联产和调速好的特点，然而在没有电网供电的地区，背压式汽轮机不能单独运行，而必须与凝汽式汽轮机并列运行，从而限制了背压式汽轮机的应用范围。背压式汽轮机一般为喷嘴调节，其效率与流量的曲线呈现明显的波折状，不宜把效率当作常数来处理。对背压式汽轮机的做功能力与汽耗量的曲线，一般可作分段函数处理。举例说明，图3是背压式汽轮机的工况图，该汽轮机额定进汽压力为3.43mpa，额定进汽温度为435℃，额定排气压力为0.981mpa，额定工况排汽温度为299.7℃，额定进汽量为92.5t/h。
[0207]
凝汽式汽轮机初参数相同的凝汽式汽轮机和背压式汽轮机的工况图差不多，只是由于背压式汽轮机背压较高，用来转变为机械功的焓降较小，所以发出同样的功率所需要的蒸汽量就大些，与此相对应的空载耗汽量要比凝汽式汽轮机的大，表现在工况图上，凝汽式汽轮机的汽耗线在背压式汽轮机的下方，且斜率较后者小，举例说明，参见图4为某型号的凝汽式汽轮机工况图，该汽轮机额定进汽压力为3.43mpa，额定进汽温度为435℃，额定排汽压力为0.0067mpa，额定进汽量为68.6t/h。
[0208]
抽汽凝汽式汽轮机可以同时满足外部的电能和热能的需要，与背压式相比具有更大的调节柔性，所以得到了广泛的应用。举例说明，参见图5为某型号的单抽凝汽式汽轮机的工况图。该汽轮机额定进汽压力为3.43mpa，额定迸汽温度435℃，额定抽汽压力和抽汽温度分别为0.98lmpa和305℃，额定排汽压力为0.049mpa，额定进汽量102t/h。由该图可以看出，可直接用线性函数来表达进汽量d0、抽汽量dc与功率w的关系。
[0209]
抽汽背压式汽轮机能够保证供应两种不同蒸汽压力的热用户需求，它只有按照两种热用户热负荷曲线才能合理的工作，其缺点是在热需求减小期间不能充分利用装置的电器设备。参见图6为某型号的抽背式汽轮机变工况时流量与功率、抽汽量的关系曲线。
[0210]
在本实施例的实际应用中，所述锅炉模型为：
[0211]
锅炉在过热蒸汽压力为3.82mpa，过热蒸汽温度为450℃时，
[0212]
额定产气负荷为75t/h时锅炉效率拟合公式为：
[0213]
η＝0.67 0.0038d－2.43
×
10
—5
d2。
[0214]
额定产气负荷为130t/h时锅炉效率拟合公式：
[0215]
η＝0.73 0.0011d－3.91
×
10
—6
d2。
[0216]
η为锅炉效率；d为锅炉的蒸发量。
[0217]
在蒸汽动力系统中，为了适应工艺过程对蒸汽的需求，锅炉的负荷在实际运行中经常偏离设计工况而在一定范围变化，因此有必要了解锅炉的变工况特性，即负荷变化时锅炉效率与蒸发量的关系。设计单位和制造厂一般仅给出设计工况下额定蒸发量时的效率，主要原因是锅炉实际运行时的情况十分复杂，同一台锅炉的实际效率往往和设计值相差较大，而实际运行状态的变化会对锅炉的效率产生较大影响，因此锅炉效率与蒸发量关系的变工况特性需要针对具体炉子做实验得出。对于燃油锅炉，燃油量较容易测量，一般可以采用正平衡法来测量和计算锅炉的效率，得到锅炉蒸发量和效率的关系曲线。对于燃煤锅炉，耗煤量很难准确测量，可以测量锅炉的各种损失的大小，用反平衡法来计算和获取锅炉效率的变工况特性。实际计算表明当锅炉负荷低到60％时，锅炉的热效率比额定负荷时的热效率低10％～20％，只有在负荷的80％～100％时热效率最高，为锅炉运行最佳效率
区。图7为某企业常用的130t/h的燃煤锅炉运行效率曲线。
[0218]
所述减温减压器模型为：
[0219][0220]
d0进入减温减压器的汽流量；d
k
为经过减温减压器降压后蒸汽流量；为未蒸发的水量占总喷水量的份额；h
gs
为减温水比焓；h
st
为减温减压阀流出的饱和水比焓；h0为进口蒸汽比焓；h
k
为降压后蒸汽比焓。假设上述公式中各焓值不变，则减温减压阀的进汽量与排汽量之间可以近似表达为线性关系。根据实际运行条件，在优化运行计算中可以将两者的比值设定为常数。
[0221]
在蒸汽动力系统实际的运行中，当热负荷突增超过设计值时，为了保证系统仍然能正常工作，常常需要在各压力蒸汽管道之间设立一些减温减压设备。根据热力学原理，减温减压阀的存在降低了蒸汽的做功能力，导致了可用能的损失，因而原则上应该尽量不开或少开。
[0222]
在本实施例的实际应用中，所述目标函数为：
[0223]
minc＝∑
n
y
n
z
n
c
fuel
f
fuel
c
s
f
s
c
power
p；
[0224]
其中，y
n
为蒸汽动力系统中设备n的状态值，取值为0或1；本实施例中用二元变量(取值为0或1)来代表在给定工况下是否运行该设备，变量取值为1时表示运行该设备，0表示不用该设备。
[0225]
蒸汽动力系统中设备n为蒸汽动力系统中所有设备中的第n个设备；所述设备为锅炉或汽轮机。
[0226]
z
n
为每小时设备n的折旧费用；c
fuel
为每吨燃料的价格；f
fuel
为每小时燃料的消耗量；c
s
为每吨外购蒸汽的价格；f
s
为每小时外购蒸汽流量；c
power
为每度外购电的价格；p为外购的电量；c为每小时的总费用；
[0227]
所述物料平衡的约束条件为：针对蒸汽动力系统中设备n满足：
[0228]
∑
in
f
n，in
‑
∑
out
f
n，out
＝0；
[0229]
其中，f
n，in
为流入设备n的物流流量；f
n，out
为从设备n流出的物流流量。
[0230]
所述能量平衡的约束条件为：针对单元设备n满足：
[0231]
∑
in
f
n，in
h
n，in
‑
∑
out
f
n，out
h
n，out
‑
w
n
‑
q
n
＝0；
[0232]
其中，h
n，in
为流入设备n的物流比焓；h
n，out
为流出设备n的物流比焓；w
n
为设备n对外界做的功；q
n
为设备n对外界放出的热量。
[0233]
所述设备能力的约束条件包括：
[0234]
f
n,out,min
≤f
n,out
≤f
n,out,max
；
[0235]
f
n,out,min
为从设备n流出的最小的物流流量。
[0236]
f
n,out,max
为从设备n流出的最大的物流流量。
[0237]
f
n,in,min
≤f
n,in
≤f
n,in,max
；
[0238]
f
n,in,min
为流入设备n的最小的物流流量。
[0239]
f
n,in,max
为流入设备n的最大的物流流量。
[0240]
w
n,min
≤w
n
≤w
n,max
；
[0241]
w
n,min
为设备n对外界做的功的最小值。
[0242]
w
n,max
为设备n对外界做的功的最大值。
[0243]
所述需求的约束条件为：
[0244][0245][0246]
p
dem
为用户所需的电量；f
n，s，k
为设备n供给用户的第k级蒸汽的量；f
s，k
为外购的第k级蒸汽的量；f
s，dem，k
为用户对第k级蒸汽需求。
[0247]
在本实施例的实际应用中，所述管网模型包括：
[0248]
蒸汽通过管道的压降满足：
[0249][0250]
δp
jt
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道压降。
[0251]
ρ
jt,aver
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽平均密度。
[0252]
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽流量平方。
[0253]
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管径的4次方。
[0254]
ε
j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道粗糙度。
[0255]
l
j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道长度。
[0256]
ε
je
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道局部摩擦系数。
[0257]
j为蒸汽动力系统中蒸汽管网中的管道集合。
[0258]
t为周期集合；
[0259]
e为管道局部阻力集合；
[0260]
蒸汽通过蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的温降满足：
[0261][0262]
δt
jt
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽温降。
[0263]
δ
0j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的厚度。
[0264]
δ
j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的保温层厚度。
[0265]
t
jt,aver
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽平均温度。
[0266]
t
a
为蒸汽动力系统中蒸汽管网所处的环境温度。
[0267]
λ
j
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的管道导热系数。
[0268]
c
p,jt
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的蒸汽平均比热容。
[0269]
α
jt
为蒸汽动力系统中蒸汽管网中任一管道j的绝热层外表面向周围环境的放热系数。
[0270]
蒸汽动力系统中蒸汽管网的节点流量满足：
[0271]
m
djt
流经节点d的管道j蒸汽流量，就是说流入的为 ，流出的为
‑
，和为0，即物料平衡方程。
[0272]
在本实施例的实际应用中，所述热阱需求蒸汽参数约束条件为：
[0273][0274][0275]
为设定的热阱蒸汽压力下限。
[0276]
p
st
为计算结果中热阱蒸汽压力。
[0277]
为设定的热阱蒸汽压力上限。
[0278]
为设定的热阱蒸汽温度下限。
[0279]
t
st
为计算结果中热阱蒸汽温度。
[0280]
为设定的热阱蒸汽温度上限。
[0281]
在本实施例的实际应用中，所述第一汽轮机模型为：
[0282][0283]
a为预先设定第一系数。
[0284]
b为预先设定第二系数。
[0285]
m
t,act
为汽轮机实际的蒸汽需求量。
[0286]
δp1为驱动汽轮机进口压力变化量。
[0287]
由于汽轮机进口压力降低造成的单位质量流量少发电量。
[0288]
δt1为驱动汽轮机进口温度变化量。
[0289]
由于汽轮机进口温度降低造成的单位质量流量少发电量。
[0290]
所述新的热阱蒸汽需求量为：
[0291]
m
st,act
＝f(p
st
,t
st
,m
st,dem
)；
[0292]
m
st,act
为热阱的实际蒸汽需求量。
[0293]
m
st,dem
热阱的蒸汽需求量。
[0294]
f()是预先设定的和汽源需求参数温度t、压力p、m
st,dem
有关的函数；通过大量历史运行数据回归得到。
[0295]
p
st
计算得到的热阱s压力。
[0296]
t
st
计算得到的热阱s温度。
[0297]
本实施例中的一种基于管网约束的蒸汽动力系统优化方法，由于在针对预先获取的蒸汽动力系统运行优化模型的需求变量，获取相应的蒸汽动力系统运行优化模型的求解变量后，采用了考虑了蒸汽通过管道时的压降、温降以及管网节点的流量因素的管网模型进行计算，通过计算结果调整蒸汽动力系统的汽源产汽参数，相对于现有技术而言，通过管网模型的计算得到输送到达各个热肼的蒸汽参数，进而能够根据预先设定的热肼需求蒸汽参数的约束条件调整蒸汽动力系统的汽源产汽参数，进一步使得蒸汽动力系统运行负荷最优，效益最好，降低了企业的生产成本。
[0298]
由于本发明上述实施例所描述的系统，为实施本发明上述实施例的方法所采用的系统，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该系统的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的系统都属于本发明所欲保护的范围。
[0299]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0300]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
[0301]
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
[0302]
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0303]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0304]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。