蒸汽动力系统集成建模与多周期运行优化

摘要

蒸汽动力系统（Steam power system，SPS）是炼油、化工类过程工业的重要组成部分，它为过程工业的生产提供必要的蒸汽和动力的同时也消耗着大量的能源。因此对石油化工等过程工业蒸汽动力系统的运行优化研究不仅能为企业提供安全、稳定、长周期的运营基础，还能提高企业的能量利用率和经济效益。
　　(1)本文在现有的蒸汽动力系统优化问题研究的基础上，提出了蒸汽动力系统多层次集成建模的思想，讨论了蒸汽动力系统的物理结构、物流结构、功能层次结构等结构模型的建模方法与作用，对蒸汽动力系统的锅炉、汽轮机等主要设备建立了非线性优化数学模型。
　　(2)建立了蒸汽动力系统最优设计与多周期运行同步优化的非线性规划集成模型，模型的目标函数中包含了设备的投资费用和折旧费以及与能耗有关的运行费用。由于季节或市场需求等变化因素，使得蒸汽动力系统各周期的蒸汽和动力的需求量变化比较大，会造成锅炉和透平启停频繁从而增加成本。本文对锅炉汽轮机等设备在运行过程中的启停问题进行优化，降低运行费用。
　　(3)由于引入了非线性的锅炉与汽轮机等模型，蒸汽动力系统多周期运行问题的求解过程就变得极为复杂，单纯采用传统的求解方法不能有效的求解。本文讨论了粒子群算法基本原理、优缺点等，提出了适用于蒸汽动力系统的改进的粒子群算法，能够快速准确的求得最优解。
　　(4)应用改进的粒子群算法分别对蒸汽动力系统多周期优化调度算例和设计与运行同步优化算例进行计算，对其中的多周期运行优化算例的结果与采用线性模型的运行优化算例进行了对比，证明锅炉效率的变化和汽轮机做功的非线性因素在系统优化中是必须要考虑的因素。本文最后还应用商业软件Lingo.11对中海油山东海化热电公司的蒸汽动力系统进行了多周期运行优化，得到了令人满意的运行优化结果。实际算例表明，本文提出的蒸汽动力系统集成模型及求解策略是实用有效的，对实际蒸汽动力系统的优化设计与运行优化调度具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 蒸汽动力系统的特点和研究现状

1．2．1 蒸汽动力系统特点

1．2．2 国内外研究现状

1．3 蒸汽动力系统目前存在的问题

1．3．1 蒸汽动力系统运行中的问题

1．3．2 蒸汽动力系统优化中的问题

1．4 本论文主要研究内容

2 蒸汽动力系统集成建模理论研究

2．1 蒸汽动力系统多层次集成建模的基本思想

2．2 蒸汽动力系统集成模型

2．2．1 蒸汽动力系统物理结构模型

2．2．2 蒸汽动力系统流结构模型

2．2．3 蒸汽动力系统功能层次结构模型

2．3 蒸汽动力系统主要设备数学模型

2．3．1 锅炉的数学模型

2．3．2 汽轮机的数学模型

2．3．3 减温减压阀的数学模型

2．4 本章小结

3 蒸汽动力系统最优设计与多周期运行优化的集成建模

3．1 蒸汽动力系统多周期最优设计—运行的集成模型

3．1．1 目标函数

3．1．2 约束条件

3．1．3 考虑设备启停问题的SPS模型修正

3．2 模型的求解策略

3．2．1 粒子群算法介绍

3．2．2 粒子群算法的优缺点

3．2．3 改进的粒子群算法

3．2．4 求解软件的介绍

3．3 本章小结

4 蒸汽动力系统集成建模与多周期运行优化应用研究

4．1 蒸汽动力系统多周期运行优化

4．1．1 多周期运行优化算例原始数据

4．1．2 算例求解及结果

4．1．3 结果分析

4．2 蒸汽动力系统设计与多周期运行同步优化

4．2．1 设计与运行同步优化算例原始数据

4．2．2 算例求解与分析

4．2．3 结果分析

4．3 蒸汽动力系统多周期运行优化实例研究

4．3．1 背景资料

4．3．2 项目预期达到的效果

4．3．3 求解软件介绍

4．3．4 运行参数优化结果分析

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢