石化企业蒸汽动力系统的多周期运行优化.doc

石化企业蒸汽动力系统的多周期运行优化pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第2 3 2 ) ( 0 6 卷 第1期 年 l 月 28 日 计葬机 与 盛 用 化 母 Co m p u t e Vo l . 23 . No . l s r a n d A p p li e d C h e m i s t y r Ja n 200 6 石 化 企 业 蒸 汽 动 力 系 统 的多 周 期 运 行 优 化 罗 向龙 摘要 : , 华责 , 张冰 剑 , ( 华 南理 工 大 学 化 工 与 能源 学 院 强 化传 热 与 过 程 节 能 教育 部 重 点 实 验 室 , 广东 , 广州 , 5 10 、 4 ) 6 0 , 为 了 满 足 石 化 企业 工 艺 过 程 对 蒸 汽和 电 力 不 断 变 化 的 需 要 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 优状 态 下运 行 , , 本 文针 对 这 一 问 题 建立 了 综 合 考 虑 设 备启 停费用 的 蒸 汽 动 力 系 统 多周 期最 优 运 行 的 混 合 整 数 线 性 规 。 划 模 型 并 将 锅 炉 和 汽 轮 机 的模 型 进 行 了 合 理 的 线 性 化 困 难 的 问 题 利 用 通用 建 模 工 具 , 该 模 型 既 保证 了 系 统 运 行 优 化 求 解 精 度 又 避 免 了 非 线 性 模 型 求 解 , , GA M S 建模求 解 并 通 过 实 例 证 明 了 利 用 本 文 建 立 的模 型 在 较 短 的 时 间 内得 到 了 最 优 的 计 。 , 划 调 度 方 案 并 且 节 省 了 大 量 的 运 行 成本 关扭词 : : : 蒸 汽 动 力 系 统 ; 启停 费 用 ; 多周 期 ; 优 化 ; 节 能 T A 中 图分 类 号 文献 标 识 码 : Q0 2 8 ( 2( 6 ) 0 1礴 14 ) X e r 5 文章 编 号 1 0 0 1 4 16 0 O P t im c a a l m u s n u l t ip io d o P e r a i t o n a l p la n n in g f o r s te a m Po w e r s ystem o f Pe tr oc h e mi l in d tr y LU O X ia (T h 5 g Lo b o n g n , H UA B e d He a u , n a n ns d Z H A N G B i n g j ia d E ne n ti o n , e o Ke f T y ec s L f E , ha n e e t Tr a 5 10 fe r a n 0 s , 心y C n o n s e a v r a M i n is t r y o f Ed u ca t i o n o f C h in a , S o u t h C h in a U n 扮e r it y h n o lo g y T he e e s s , G u an g Zh o s 4 6 G u ua n gdo o g , C h in e ) h t e o Ab e r r t s s c a t : s te m a t w s po w e u e e r y s te m t an ( SP S ) s ho ld be r pe r t a d u n d e r p t im a l . s e o he m e t m d i t e o n r ee t t he v 呵i n g d em n r n a d ( n o f s te m n a a o d po n e w- 加m t a s pr o o t e r d a s e o s d v a o e e n er o 盯f e p e 伽 e h m i a l e e i d e n u s n y r t l a o n A mi n x e 罗 Ii . n e r a n e pr 肛 o w t 呱m i By g MI L P a n ) d m d l i tu e lu - di n g e s w it e e h in g e o s es b a t pr e o li s h e d t e p t im i z e t h e n m u l t ip e r i u ee d o e o p t a r u io a p la n in g e u f SP S a A lso h e s a mo d els f o e . b o il e r h t in s o e we e r o b li h d t s s a t i y f th s a v e i s e e r q ir m e be , u t a a n d r d e e a h t e o m p t ti l a d if i lt y t t m e im u s i g G AM S t o l ve the pm bl e m i gn i f i s : s e an t in g s e r e a n o b t in a w it e e d t n o pit l a e o s t Ke y w o d r , e t a m p w o s y o te m s hi n g e o s t , m u lt i p e r i o d , o p t i m iz a io t n , en e r gy eo n s e 碑a t i o s n Lu o XL s Hu a B a n d Z h a n g BJ a n . Op t i m a l m u l ip e r i t o d , o p e r t io a n a l pl a 一 n n . in g f o r te a m po we r s ys t e m o f p e tr o e h e m ie a l in du y r t . Co m p u te s r d A p p lie d Ch e m is y r t , 2006 23 ( 1) : 41 45 1 引言 蒸 汽 动 力 系统 是 石 化 企 业 的 重 要 组 成 部 分 它 , 、 国 内外 学 者对 蒸汽动力 系 统 运 行优化 的 研 究 一 o 直 都很 活 跃 c r , s ma n n 等 J 用 混 合 整 数 线 性 规 划 。 的安 全 稳 定 运 行是 企 业 安全 稳 定 长 期 运 行 的 基 础 。 、 、 模 型对 蒸 汽 动 力 系统 进 行 了操 作 优 化 和 He k c l l t o s r v l u a i s 蒸 汽 动力 系统在 向 工 艺 过 程提 供 动力 电 力 热 , 。 、 、 对 考 虑 单 元 维 护 的蒸 汽 动 力系 统 进 行 了 , 一 能 工 艺 蒸 汽 等 的 同 时 本 身 也 消 耗大 量 的 能 源 其 能 、 i 运 行 操 作优 化 c h w i a Hu l 等 通 过 建 立 混 合 整 数 耗 在 整 个 石 化 企 业 中 占有 相 当大 的 比 例 , , 因此 优 , 线性 规划模 型 优化 了 日本某 石 化 企 业 的 蒸 汽动 力 系 统 的 运 行 和 改造 。 化蒸 汽 动力 系 统 的操 作 降 低 运 行成本 是 石 油化 工 企 业 节 能 降耗 提 高效 益 的 重 要 途 径 , 、 、 、 然 而 这 些 研 究 者 的 优化模 型 回 避 , , 。 蒸 汽 动力 系 了锅 炉 的效 率 变 化 和 汽 轮机 的 非 线 性 做 功 过 程 对 统 的 多 周 期 运 行 优 化 可 以 表述 为 在 满 足 工 艺 过 程 加 工 量 产 品 方案 气 候 季 节 等 因 素 变化 引 起 的 蒸 汽 和 电 力 需 求 变 化 的 条 件 下 选 择 蒸 汽 动 力 系统 的 最 佳 的 运 行 操 作 方 案 使 全 周期 内总 费 用 最 低 , 。 , 、 实 际 运 行 条 件 进 行 了 简化 处 理 即 在 假 定变 工 况 下 汽 轮 机 和锅 炉 的效 率 为 常数 的 情 况 下 得 到 了 简化 条 件 下 的最 优 解 。 , 本 文 通 过 对 锅 炉 变 效 率模 型 汽 , 。 、 轮 机 非 线 性 做 功过 程 进行 合 理 的 线 性 化 避 免 了 大 型模 型 的求 解 困难 问 题 另 外 石 化 企业 由 于 生产 收 稿 日期 : 若 金 资助 : 2 0 5 刀6 一趴 修 回 日期 : 2 00 5 刃 7 一 2 兀旧0 2 6 3 国 家重 点 基 础 研究 发 展 规 划项 目 ( G Z 硬 ) , 作 者 简 介 : 罗 向 龙 ( 19 7 8 一 ) 男 , 博士 生 . l 电 子 邮件 : lx d o r m a 16 n 3 . c m o . 计 葬机 与 盛 用 化 母 , 20 6 23 ) ( (l) 量 产 品 方 案 市场 销 售 和 季 节 变 化 等原 因 各周 期 间蒸 汽 和 电 力 的需 求 变 化 较 大 容 易 产 生 锅 炉 和 汽 , . 、 、 , , n 石 , 14 J卜 O 6 吕 胜 厄 , . . , 轮 机 的 频 繁 的 启停 问 题 一 般 情 况 下 锅 炉 的启 动 和 停 运 的 费 用 相 当 可 观 不 可 忽 略 不 但 造 成操作 运 行 费用 的 增 加 而 且 对 设 备 的 寿 命 影 响较 大 因此 在 本 文 中考 虑 了操 作 费 用 和 启 停 费 用 的综 合 优 化 2 2 . , , , , , , 。 设 备模 型 1 0 力 11 1/D 柑 t , 0 0 15 , 锅 炉模型 石 化 企 业 蒸 汽 需 求 波 动 比较 大 导 致 锅 炉 的 负 , Fi g 2 v e T he s r u s e u v r e o f e i f a e ie n c y r e e i Pr o . e a l 荷 变 化 也 较 频 繁 因 此 锅 炉 常 常 在 偏 离 设计 工 况 的 , l o a d r e e iP 舰 l f o 一 r b o il e r 图 2 情 况 下 运 行 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 通 过 实 测 得 出 13 0 。 , , , 3 1 0 “h 锅 炉 效 率倒 数 蒸 发量 倒 数 关 系 段 线 性 处 理 后 得 模 型方 程 p 二 a : + b x G . (2 ) 图 1 是 石 化 企 业 常用 的 方程 2 3 . 对 抽凝 式 汽 轮机 工 况 图 作线 性 化处 理 后 得 模 型 : d / t h 中压 嫩 油 燃气 双 燃料 锅 炉 的 效 率 与 蒸 发 量 , 关 系 特性 曲 线 图 2 为 效 率 倒 数 与 蒸 发 量 倒 数关 系 , , p 二 a + 6 x c . + C x C c 。 (3 ) 曲线 。 由图 1 可 以 看 出 锅 炉 效率 与 蒸发 量 的 关 系 一 减 温 减压 器 模 型 减 温 减 压 器 是 用 来将 蒸 汽 从 高参数 降 到需 要 的 , 呈 现 明 显 的 非 线 性 因 此 一 些 文 献 中将 其 拟 合 得 到 非线 性 的 多 项 式 的形 式 D 。 , 如 , 二 a + b x D , + c x 低参 数 的 设 备 蒸 汽 通 过 减 温 减 压 器 时 降 低 了 做 功 能 力 从 而 导 致 了 可 用 能 的 损 失 因 而 原 则上 应 该 尽 量 不 开 或 少 开 主 要 作 为 安 全 保 障设 施 其模 型 为 : _ , , , 由图 2 可 以 看 出 效 率 的倒 数 与 蒸发 量 的倒 数 , , 呈 现 出接 近 于 线 性 的 关 系 即 上 D 刀 + 二 二 。 、 喜 I L D + b , 从而 D . o h h 。 丁下 一下 不 “ 个 U 入 尤尹 , 代 人 锅 炉 热 平衡 方 程 式 h ( , 一 帐) 2 . 。 一甲 一沪 二 h . , + + h (沪 ( 中 - 一 ) l h二 h 。 D。 (4 ) 4 k x D (h + 二: 一 帐) ) x = ( 艺F x , ) + x 刀 。 除权器模 型 中得 到 锅 炉 的 . 二, 以下 线性 模型 : 纵帐 3 , d x 艺D h 一 D, h , (5 ) (a 二 b x D x (h ) : 一 帐) k (h 一 帐) ( 1) 蒸 汽 动 力 系统 优 化 运 行 数 学模 型 考 虑 一 段 时 间 内有 , 艺 8 0 昭 8 9 0 侮 , D L 0 住n, - (F , . P 个 操 作 周 期 的 运 行 优化 , 、 4 ls ,e -1 5 7| 间 题 以 全 周期 内 总费 用 为 目标 函 数 总 费 用 为 各 个 q r l 105 D , 操 作周 期 的 燃 料 费 用 给水 费 用 设 备 折 旧 维 护 费用 以 及 锅 炉 汽 轮 机 的 启停 费 用 之 和 n M C o s 、 。 、 , 二 艺 艺 “尸 + x 珠 + : + 艺 艺 ( 艺即 。 政 x 马 C WF 。: x C, p F C x Z O n ) x + 艺几 。 x + 艺 艺C , : r sF 。 (6) 115 125 h / t v e 3 1 . 单元设 备 的 物 料 平 衡方 程 , Th e e u v r e f o e i f e i e n e y s r u s I o a d f o r b il o e r . 艺凡 = 斌 : 一 艺凡 , 。 U: , 一 , 0 , 图 1 13 0 t h / 锅 炉 效率 一 燕发 量关 系 3 2 . 1 2 n , , T , n 二 1 2 , N (7 ) 单元设 备 的 能 , 平衡 方 程 饭 , 2 2 . 汽 轮 机 模型 对 汽轮 机 , 7 做功 的 非 线 性 处 理 采 用 文 献 【 提 艺 一 F 。 , 气 一 。: n i , 艺F 。, 。 一h 一 供 的 方法 即 对 背 压 式 汽 轮 机 的 工 况 图 作 线 性 或分 巩 一 Q 二 0 (8 ) 2 ) ( 0 . , 6 23 (l ) 罗 向龙 等 石 化企 业 蒸 汽 动 力 系 统 的 多 周 期 运 行 优 化 : 3 3 设 备能 力 约 束 琪 琪 3 4 . 。 . 抽 落 F F 。 , : 鉴 , 。 . 。 . 碳洲 访 (6 ) ( 10 ) M 户 燕 汽浦求 二 . 。 : . 缤 周期 t 满 足燕 汽 和 电 力 的 需 求 约 束 尸F : 十 艺叭 艺s : , , D 巩 ( 11) Lp 燕汽 阅求 SF 3 5 . 。 + 。 D S rt (12 ) LLp 燕汽 谁 沮伴热 单 元 设 备启 停 约 束 2 0 。 玖 : 一 玖 声一 1 (13 ) 3 6 。 周 期 锅炉 姗 料 的 约 束 t F ig 3 . Th e s u pe r t r s u s e tu e r e r o f . a pe t c o r . e h m ie a l p la t n , te a m pow y ste m 艺F 4 : 。 盆 ( 14 ) 图 3 某 石化 企 业 超 结 构流 程 图 应 用 实例 图 5 为 东 北 某 石 化 企 业超 结 构 流 程 图 图 中 B l , 刀 65 = 26 . 30 5 + D 65 0 7 5 84 . x D 65 (15 ) ( 16 ) ( 17 ) 一 B6 为 燃油 燃气 双 燃 料锅 炉 燃 料油 的 价格 为 , , 35 二 16 9 16 . + D 35 0 664 7 . x D 35 1 2 0 元/ 吨 工 艺 过 程 过 剩 的 瓦 斯 的 价 格为 , , 56 0 。 元/ 锅 , 吨 ( 企 业 内 部 价 格 ) 瓦 斯 的 量 由工 艺 过 程 决 定 炉 产 汽 参 数 均为 3 、 . D 一35 。, 。卫 二 2 : + 泛 1了 乃 . 3 4 MP 、 a , 43 5 最 大产 汽 量 分 别 、 , 厕8 瓦 x i。 5 为 20 6 5 以 h 3 5 口h 、 3 5 口h 13 5 I h / $ / h $ / h 、 , 、 1 3 5 口h $ / h 、 、 13 5 口h $ / h 各 汽 轮机 模 型 为 P , : l 二 折 旧 维 护 费用 分别 为 $ / h 20 、 、 15 0 12 0 12 0 、 86 2 88 6 7 3 37 . x G C x 一 1 459 ( ( 18 19 ) ) $ / h 200 一 次启停 费 用 分别 为 12 0 0 。 P p B 几 二 . x i。 一 1 650 + . e : l 8 000 12 . 元 5 0 ) ( 0 , . 、 0 元 5 0 00 元 , 、 二 元 、 、 12 0 0 0 元 B6 . 、 G 一 i。 93 3 . ) X ( 元 排 污 率均 为 98 1 10 % BT: B TZ . 均 为 - x C 。o o d 1 16 7 4 , ( 20 ) 1 00 3 4 3/ 0 , 型 发 电 汽 轮 机 C T 为 C6 刁 98 / 1 0 , 2/ 考虑 1 200 2 个 小 时 1 个 周 期 每 个 周期 , 小 0 . 0 7 型 抽 凝 发 电汽 轮 机 汽 轮 机 折 旧 维 护 费 用 分 80 $ / h 000 $ / t , , 、 时 的 运 行优化 间 题 各 周 期 蒸 汽 需 求 以 及 工 艺 过 程 瓦 斯 剩余 量 如 表 表 2 , 别为 3 45 . 80 $ / h 、 10 、 $ / h , 一 次 启停费用 分 。 1 所 示 利 用 统 一 建模 工 具 G A M S , , 别为5 元 5 00 0 元 8 、 000 元 新鲜水单价为 , 建 立 混 合 整 数 线 性 模 型 并 求 解 得优 化 运 行 结 果 如 所 示 全 周 期 总 的 费用 为2 0 , 该 企 业 电力 主 要 靠 外 购 单 价 为 0 44 5 . 73 0 4 4 3 . 8 元 同不 , $ / kw h 发 电 汽 轮 机 产 生 的 电 力可 以 抵 消 一 部分 外 , 。 , 考 虑 锅 炉 和 汽 轮 机 效 率 变 化 以 及 设 备 启停 费 用 单 独 考虑 的 3% 。 购 电费 用 因此 在 目标 函 数 中 应 该 减 去 这 部 分 费 用 V, . MI P L 模 型 相 比 全 周 期 总 费 用 减少 了 约 , 、 , , 、 矶 为 减 温 减 压 器 最 大容 量 均 为 6 0 。 以h 职 均 为 。 , 从 优化结 果 还 可 以 看 出 锅 炉 汽 轮 机 等设 备 , , 0 4 D: 为 除氧 器 热交 换 效 率 为 9 % 5 : , 均 工 作 在 最 优 负荷 附 近 只 有 少 量 蒸 汽 经 过 减 温 减 压 器 避 免 了 以 往 经 常 出 现 的低 压 蒸 汽 放 空 的现 象 并 节 省 了 大 量 的 运 行 成本 。 各台锅 炉 的 效 率模 型 为 表 T a le b l 1 s 各 周 期 蒸 汽需 求 量 和 工艺 过 程 剩 余 瓦 斯 量 te m a h T e dem n a d n a d ga s Pr o v id e o r f m Pm e e s s in e c a h pe d d o 9 . 周期 MP 1 周期 2 1 97 . 周期 3 2 218 2 17 1 5 . 周期 4 223 2 11 2 . 周期 5 . 一 . 盛 二 且 周期 26 2 i , 6 J 气 周期 7 2 1. 周期 8 16 5 95 . 周期 周期 1 0 257 7 、 ? ? O . 周期 1 7 26 8 15 6 . 周期 1 2 4 内 1 矛 O . / (t h) h . 4 8 29 八 O ? 一 飞挑 2 17 2 5 5 78 l5 5 2 6 3 P L ( t/ ) . 5 . 目 且 瓦 斯 ( 灯h ) 44 什 葬 机 与 应 用化 母 表2 T b卜2 a 2( 6 23 ) X , (l ) 燕 汽 动 力 系统 优 化 运 行结 果 T he B 3 o P t im a l o P e r t io n a a l , e r s u l二 周 期 1 2 3 4 5 6 7 8 B . 燕发 “h 0 B : 嫩料 “ h 油 0 0 0 0 B Z 燕发 B Z 姗料 “h 油 0 2 . 蒸发 B 燃料 “h B 蒸发 B4 嫩料 口h B, 燕发 “h 13 5 13 5 B, 姗料 h t 瓦斯 0 0 量 “h 0 35 0 0 瓦斯 0 0 0 0 量 口h 0 瓦斯 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D T: 油 0 0 量 口h 1 35 0 瓦斯 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 油 8 0 8 7 . . t 31 瓦斯 1 84 . 油 6 43 8 3 1 . . 0 0 0 29 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 13 5 1 15 31 28 13 5 13 5 8 3 1 . . . 8 . 31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 35 35 0 0 2 . 9 2 0 0 0 0 0 0 0 13 0 13 5 0 8 . 13 5 05 13 5 13 5 13 5 13 5 . 0 . 8 31 84 . 2 29 2 . 4 . 3 . 38 35 35 0 0 35 0 0 0 0 0 29 . 8 31 0 0 8 31 . 5 84 6 84 6 84 0 0 . . 2 . 36 0 0 0 0 2 29 0 0 0 0 0 0 0 13 5 13 5 12 8 1 34 1 34 8 8 . . 9 10 11 12 0 0 0 0 . 13 5 135 13 5 31 31 0 0 B。 2 0 29 0 0 8 3 1 7 . . . 0 B。 0 0 D T, 0 D 4 9 6 84 . 1 34 . 周 燕发 “h l35 13 5 1