全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討

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及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第1頁二者關系全廠蒸汽動力平衡系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第2頁一.什么是全廠蒸汽動力系統(tǒng)1.狹義2.廣義全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第3頁狹義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽產汽系統(tǒng)各級蒸汽輸送系統(tǒng)各級蒸汽用汽系統(tǒng)全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第4頁廣義全廠蒸汽動力系統(tǒng)各級蒸汽系統(tǒng)電力系統(tǒng)各級蒸汽產汽系統(tǒng)各級蒸汽輸送系統(tǒng)各級蒸汽用汽系統(tǒng)凝結水回收系統(tǒng)全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第5頁二.為何要研究全廠蒸汽動力系統(tǒng)全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第6頁二.為何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”管理全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第7頁蒸汽動力平衡管理層次滿足用戶蒸汽品質要求經優(yōu)化后粗放管理在線無實時優(yōu)化功效數據管理利用管網優(yōu)化軟件模型管理建立實時集管網、產汽、用汽、發(fā)電為一體動態(tài)優(yōu)化數學模型管理全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第8頁蒸汽動力系統(tǒng)存在主要問題相當一部分蒸汽動力系統(tǒng)設備陳舊，效率低下，規(guī)模小。熱電聯產潛力沒有挖掘出來。低壓、低效燒油凝汽發(fā)電。蒸汽管網在結構上形成了多級、多環(huán)復雜結構。蒸汽管網投入不足，管理力度不足，造成跑冒滴漏現象不少。凝結水回收率低，而且凝結水回收時熱量回收率更低。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第9頁三.蒸汽動力系統(tǒng)平衡1.什么時候需要開展蒸汽動力系統(tǒng)平衡工作2.蒸汽特點3.蒸汽動力系統(tǒng)運行要求4.蒸汽動力系統(tǒng)平衡需要考慮問題全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第10頁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設計運行連續(xù)改進正常生產事故狀態(tài)全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第11頁2.蒸汽特點蒸汽不可貯存性蒸汽存在狀態(tài)改變可能性全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第12頁3.蒸汽動力系統(tǒng)平衡包括哪些工作產耗平衡。蒸汽管網運行安全運行。蒸汽動力系統(tǒng)能級匹配。蒸汽與電力平衡。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第13頁產耗平衡目標：滿足各用戶溫度、壓力需求。作用：A、使各級蒸汽生產量與消耗量及損耗量平衡。B、在平衡中努力毀滅放空現象，降低損耗量。C、經過產耗平衡，降低用戶不合理用汽量和用汽方式。D、平衡各產汽單位發(fā)汽量，利用足低價燃料鍋爐蒸發(fā)量。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第14頁蒸汽管網運行安全運行蒸汽系統(tǒng)無緩沖裕量，必須時刻保持產耗動態(tài)平衡。蒸汽動力系統(tǒng)運行必須有調整裕量。全部運行蒸汽管路必須保持最低流通量，以確保蒸汽溫度。未投用蒸汽管路或運行蒸汽管路盲端必須疏水，預防水擊發(fā)生。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第15頁蒸汽動力系統(tǒng)能級匹配前提:前面二個內容：A、用戶使用蒸汽品質－溫度、壓力要求應選取剛好能滿足條件蒸汽等級。B、最在程度降低無功減溫減壓量。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第16頁蒸汽與電力平衡企業(yè)電力起源：自備發(fā)電及網供電鍋爐總蒸發(fā)量=自備發(fā)電用汽量+供熱總量全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第17頁4.怎樣開展蒸汽動力平衡工作數學模型簡易在線蒸汽動力平衡表蒸汽產耗平衡表全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第18頁數學模型A、理論基礎：最優(yōu)化理論B、優(yōu)化調度發(fā)展過程C、優(yōu)化調度應用D、優(yōu)化調度存在問題E、發(fā)展方向---在線自適應優(yōu)化方法F、管網優(yōu)化模型全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第19頁A、最優(yōu)化理論定義：熱力系統(tǒng)優(yōu)化調度是伴隨數學規(guī)劃理論發(fā)展和計算機技術推廣和應用發(fā)展起來，它采取數學規(guī)劃方法，經過對熱力系統(tǒng)分析，確定最正確負荷分配方案，使整個熱力系統(tǒng)處于最優(yōu)條件下運行。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第20頁B、優(yōu)化調度發(fā)展過程優(yōu)化算法發(fā)展過程：等微增率法b.傳統(tǒng)線性和非線性規(guī)劃方法c.啟發(fā)式算法計算方法發(fā)展過程：離線計算在線計算研究對象發(fā)展過程：單一循環(huán)方式純供電熱力系統(tǒng)各種循環(huán)方式并存熱電聯供復雜系統(tǒng)

全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第21頁等微增率法基礎：嚴格數學極值理論誕生時間：1934年。原理：這一方法在理論上給出了并聯運行若干機組滿足總能耗最小最優(yōu)條件，即當并聯運行機組耗量微增率不相等時，能夠經過減小耗量微增率大機組負荷，增加耗量微增率小機組負荷來到達全廠總消耗量最小。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第22頁等微增率法優(yōu)點：該方法物理意義明確，易于被調度人員所了解。不足：首先，該方法采取鍋爐煤耗／發(fā)電功率曲線，所以只適合用于機爐一體單元機組，極難應用于母管制熱力系統(tǒng)中；其次，即使在單元機組中，這種方法對煤耗特征曲線要求也是比較嚴格，只有當特征曲線為凸函數時才能得到嚴格最優(yōu)解，不然結果可能是失真；最終，對于熱電聯供熱力系統(tǒng)，熱負荷調度和電負荷調度往往是耦合在一起，這就限制了該方法使用。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第23頁b.傳統(tǒng)線性和非線性規(guī)劃方法(1)線性規(guī)劃法：最主要求解方法是單純形法，基于單純形法又針對混合整數線性規(guī)劃問題發(fā)展了分枝限界反向跟蹤法、隱枚舉法等，這些方法都能夠準確地求解全局最優(yōu)解。應用情況：RTCouch等對6臺鍋爐、25臺汽輪機和1臺備用汽輪機組成供電系統(tǒng)進行了研究，采取線性混合整數規(guī)劃方法在技術上處理了較為復雜能量系統(tǒng)負荷分配問題，其中包括到了部分機組啟停情況。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第24頁b.傳統(tǒng)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)部件特征往往是非線性，在很多情況下采取線性模型計算往往與實際相差很大，所以必須建立對應非線性算法。非線性算法：轉動坐標軸直接搜索（DSFD）法、罰函數法等。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第25頁b.傳統(tǒng)線性和非線性規(guī)劃方法(2)非線性規(guī)劃法：應用情況：ATClary在1996年對TennesseeEastmanDivisionofEastman化工企業(yè)24臺鍋爐、19臺汽輪機組成復雜系統(tǒng)使用非線性算法進行了計算。不足：這些算法即使已經比較成熟，但無法確保對于任意非線性規(guī)劃問題都能準確地收斂到全局最優(yōu)解。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第26頁c.啟發(fā)式算法基礎：蒸汽動力系統(tǒng)熱力學分析目標：推導出針對能量使用優(yōu)化總體標準和各種指導準則方法：(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。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第27頁c.啟發(fā)式算法(3)遺傳算法（GeneticAlgorithms）：70年代早期由美國密執(zhí)根大學Holland教授提出(4)人工神經網絡(NeutralNetwork)法：Hopfield教授將人工神經網絡早期成就應用于優(yōu)化問題中形成一個算法。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第28頁C、優(yōu)化調度應用國外應用例子：Marecki等較早地將數學規(guī)劃方法應用于熱力系統(tǒng)優(yōu)化調度研究中，并在70年代后期對大型熱電聯供核電廠從經濟角度確定了熱負荷分配方案。早期，RTCouch等研究單一供電蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調度相對比較簡單，僅僅包括到外界電負荷約束。KMoslehi等在90年代初對４個熱電聯產電廠組成熱電聯供系統(tǒng)進行優(yōu)化計算，該熱電聯供系統(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要求，結果在最優(yōu)情況下總費用減小了1.1%。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第29頁C、優(yōu)化調度應用d.MSDiaz和JABandoni使用混合整數非線性規(guī)劃方法提出了大型化工廠優(yōu)化策略，所研究系統(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臺背壓式汽輪機組成三級母管制聯合循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化調度進行了研究。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第30頁C、優(yōu)化調度應用e.KBC企業(yè)于1996年開發(fā)成蒸汽系統(tǒng)仿真和優(yōu)化軟件并在德國GelsenkerchenScholven煉油廠得到了使用，平均每年可節(jié)約費用４百萬德國馬克。f.AThomas等提到在Westinghouse過程控制部門開發(fā)集散控制系統(tǒng)中，新增加了在線監(jiān)測和優(yōu)化計算軟件包，表明在線優(yōu)化計算已經進入市場應用階段。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第31頁C、優(yōu)化調度應用國內應用例子：清華大學等較早地對熱力系統(tǒng)優(yōu)化調度進行了研究，他們對燕山石化企業(yè)煉油廠蒸汽系統(tǒng)采取0/1整數規(guī)劃方法進行了詳細優(yōu)化調度計算，分別對其中燃氣輪機、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)自動建模。西安交通大學李崇祥等經過將發(fā)電功率分解為純冷凝發(fā)電部分和熱化發(fā)電部分處理了供熱機組熱電負荷調度問題，并將其方法應用到石化廠中取得了很好效果。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第32頁C、優(yōu)化調度應用c.清華大學和撫順石化熱電廠進行合作，經過綜合采取分枝限界反向跟蹤優(yōu)化算法和轉動坐標軸直接搜索可行方向法，節(jié)約燃料3~7%。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第33頁D、優(yōu)化調度存在問題對理論建模過分依賴，無法準確反應當前系統(tǒng)真實特征。所建立模型無法表達系統(tǒng)部件特征改變。優(yōu)化計算軟件缺乏通用性全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第34頁E、發(fā)展方向---在線自適應優(yōu)化方法以實時運行數據為基礎，依據用戶輸入系統(tǒng)信息自動建立當前熱力系統(tǒng)優(yōu)化模型，并伴隨系統(tǒng)運行經過分析運行數據來確定是否有必要重新建模。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第35頁E、發(fā)展方向---在線自適應優(yōu)化方法組成部分：a.系統(tǒng)輸入部分b.實時數據采集部分c.數據處理部分d.自適應建模部分e.優(yōu)化計算部分f.調度決議部分g.漸近尋優(yōu)部分全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第36頁F、管網模型a.當前情況：這類模型軟件極少。中國石化股份有限企業(yè)科技開發(fā)部、煉油事業(yè)部和節(jié)能中心組織協調了“煉油廠蒸汽管網監(jiān)測管理系統(tǒng)（簡稱SNAMER）”開發(fā)工作，該項目以北京華思維科技有限企業(yè)為主，并在鎮(zhèn)海煉化等單位配合下于年底經過了中國石化科技開發(fā)部組織技術判定，當前該項技術已經進入工業(yè)化推廣應用階段。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第37頁F、管網模型b.原理：熱力管網仿真模擬包括到網絡拓撲學、流體力學、熱力學、計算數學和熱能工程等領域知識，其整體設計構想是依據管網結構數據，汽源流量、溫度、壓力和用戶流量或壓力等有限參數，建立網絡拓撲模型，并由模型自動生成流體網絡非線性方程組，經過求解非線性方程組得到網絡任意管段內介質流量、流向、流速、壓降、溫降、散熱損失以及各節(jié)點溫度、壓力等參數，實現優(yōu)化調度、合理用汽節(jié)能目標，即能離線應用，也能在線運行。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第38頁F、管網模型c.關鍵技術辦法將基爾霍夫電網理論應用于流體管網，以非線性方程組描述管網流程，經過自由度分析判斷決議變量，允許用戶選擇溫度或壓力作為自變量。用圖形描述網絡流程，用表格輸入屬性，以拓撲學知識自動識別管網結構，自動建立數學模型。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第39頁F、管網模型d.數學模型熱網分析監(jiān)測模型由網絡拓撲模型、網絡熱力學模型、網絡流體力學模型三個部分組成，而網絡拓撲模型又包含：用于描述網絡節(jié)點與管段關系關聯矩陣和描述網絡回路信息圈矩陣以及描述網絡通路信息割矩陣等部分。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第40頁F、管網模型e.數值求解方法SNAMER采取數值解法是牛頓—拉夫森法，該算法經過優(yōu)化后計算速度有了顯著提升，比如計算一個含有400根管段管網模型，其計算時間約為10秒鐘，滿足在線運行需要。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第41頁F、管網模型f.作用：離線應用能夠模擬管網可能出現運行工況，分析管網可靠性和保溫情況，計算散熱損失、凝結水生成量和產生位置，為合理排凝和工況調整提供決議依據，也是設計新管網和模擬改造老管網有力工具；在線運行能夠模擬監(jiān)測管網實際運行情況，使運行管理人員隨時掌握管網工況，實現優(yōu)化調度。SNAMER還能為企業(yè)蒸汽管網建立電子檔案數據庫，包含管網結構數據和運行參數以及歷次改造信息數據，能為擴建及改造工程及時、準確地提供完整基礎資料，是制訂全廠用能優(yōu)化決議方案基礎。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第42頁F、管網模型需要改進或注意問題：(1)計算數據校核依據只能是現有蒸汽流量、溫度、壓力參數，但這些參數測點不少點本身存在較大誤差，造成計算有失真現象。(2)蒸汽母管因進出蒸汽分枝多，且壓力測點不足，利用管網壓差，計算蒸汽流通量準確性仍不足。(3)管網基礎數據輸入工作量大，管網改造后可能存在數據未及時錄入問題。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第43頁簡易在線蒸汽動力平衡表全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第44頁簡易在線蒸汽動力平衡表全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第45頁簡易在線蒸汽動力平衡表全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第46頁蒸汽產耗平衡表A、編制標準：a.產耗分別開列。b.只計算最終產及耗發(fā)生量，不計算中間轉移量。B、分開工、運行、事故狀態(tài)三種情況分別編寫。C、分析產耗不平衡，查找蒸汽系統(tǒng)存在問題。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第47頁四.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化方法優(yōu)化軟件應用情況實際工作中怎樣開展蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化工作全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第48頁1.蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化方法熱力學目標方法數學規(guī)劃法三步驟模型法啟發(fā)式方法全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第49頁熱力學目標方法A、夾點分析法B、頂層分析法全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第50頁A、夾點分析法a.產生：1982年Linnhoff等人提出夾點技術，在此基礎上提出了熱力學目標方法。b.夾點技術應用演變

換熱網絡和單級、多級公用工程能量集成熱回收絡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全局系統(tǒng)全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第51頁A、夾點分析法c.關鍵技術：全局溫焓曲線d.詳細方法：利用全局溫焓曲線對系統(tǒng)進行直接敏銳分析，確定熱力學目標以及提出很好設計決議，而且依據該熱力學目標能夠選擇最優(yōu)短網絡。經過性能限制約束，熱力學目標方法揭示了系統(tǒng)改進范圍，使設計者在交互模式下進行不一樣設計方案篩選。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第52頁A、夾點分析法e.夾點技術特點：全局過程夾點分析法，建立了從各過程冷、熱物流組成組合曲線出發(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，再進行能量集成方法和策略。f.優(yōu)點：該方法對于新設計節(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，卻無經濟效益。而且這種全局集成策略是建立在對全局各過程間相互關系有深入了解，并已搜集到全局各過程全部冷、熱物流及公用工程數據基礎之上；對正在運行著大型石化企業(yè)，進行如此詳盡數據搜集需花費大量人力和時間，這無疑會影響全局過程夾點分析法應用。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第53頁B、頂層分析法a.起源：夾點分析法不足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)用能診療，尋找出全局節(jié)能（節(jié)約蒸汽）潛力所在，充分發(fā)揮公用工程系統(tǒng)各種剩下熱轉化路徑作用，使剩下熱發(fā)揮最大經濟效益。對于公用工程系統(tǒng)難以利用剩下熱，尋找出相關過程，再利用全局夾點分析方法進行能量集成。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第54頁B、頂層分析法d.圖示全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第55頁B、頂層分析法e.基本方法：(1)剩下熱負荷產生(2)剩下熱負荷經過發(fā)電汽輪機做功(3)外購動力節(jié)約剩下熱負荷(4)剩下熱負荷轉化路徑經濟效益分析全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第56頁(1)剩下熱負荷產生過程換熱網絡優(yōu)化可使過程用蒸汽量降低或過程副產蒸汽量增加，這兩種結果都將打破原有公用工程系統(tǒng)平衡關系，產生剩下蒸汽。剩下熱負荷轉化路徑普通有：（ａ）用做功效率最高路徑做功，使公用工程系統(tǒng)多產功；（ｂ）降低剩下熱負荷，直接節(jié)約燃料，同時使公用工程系統(tǒng)做功效力下降，產／用功之間差額需外購動力填補；（ｃ）維持現有消耗路徑。所以，實現過程優(yōu)化改造所產生效益，必須尋找剩下熱負荷最正確轉化路徑。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第57頁(2)剩下熱負荷經過發(fā)電汽輪機做功過剩熱負荷ΔＱＰ經過某一路徑轉化可增加系統(tǒng)做功量ΔＷ，而節(jié)約ΔＱＰ對應燃料消耗量改變?yōu)棣ぃ眩啤＿^剩熱負荷轉化路徑做功效率為：

全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第58頁(3)外購動力節(jié)約剩下熱負荷對于必須進行熱功權衡公用工程系統(tǒng)，節(jié)約剩下熱負荷ΔＱＰ就等于節(jié)約了鍋爐蒸汽，其結果是燃料消耗降低ΔＱＦ，同時造成了系統(tǒng)做功量下降。為填補這部分做功效力降低，公用工程系統(tǒng)需從外界購入動力或電力。若購置單位燃料所需費用為ＣＦ，外購單位動力所需費用為ＣＰ，定義外購動力效率為ηin＝ＣＦ／ＣＰηin>1，則應購入外部動力。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第59頁(4)剩下熱負荷轉化路徑經濟效益分析若將1MJ燃料熱負荷從現有路徑移至最正確效率路徑可多產功ΔWadd為：ΔWadd＝ΔWm－ΔWc＝ηm－ηc式中，ηc為現有路徑效率，ηm為最正確路徑效率。為保持公用工程系統(tǒng)產／用功平衡，多產功量ΔWadd可從效率最差路徑降低對應功量，對應節(jié)約燃料為：ΔＱF＝ΔWadd／ηleast＝（ηm－ηc）／ηleast式中，ηleast為最差路徑效率。即在公用工程系統(tǒng)中，1MJ燃料熱負荷從現有路徑移至最正確效率路徑可多做功ΔWadd。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第60頁(4)剩下熱負荷轉化路徑經濟效益分析經過做功效率最差路徑降低做功ΔWadd，即可實現最大燃料節(jié)約，其對應節(jié)約燃料費用為：CFΔQF＝CF（ηm－ηc）／ηleast若1t蒸汽相當于Ｑs(MJ)燃料，經濟效益B（元／t）為：Ｂ＝CFＱs（ηm－ηc）／ηleast式中Ｑs＝（ΔＱP＋ΔＱloss）／ηboiler全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第61頁B、頂層分析法f.基本步驟：（１）搜集公用工程數據；（２）計算現有和可選蒸汽消耗路徑效率及負荷限制；（３）計算節(jié)約剩下熱負荷外購動力路徑效率；（４）比較現有路徑，可選路徑和外購動力效率；（５）選擇最優(yōu)轉化路徑并計算優(yōu)化后效益。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第62頁數學規(guī)劃法A、基礎：數學模型B、原理：經過把蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化問題轉換為一個數學規(guī)劃問題并提供一個適當優(yōu)化算法來實現系統(tǒng)優(yōu)化。C、發(fā)展：80年代，伴隨計算機普及熱力學理論日益完善，才發(fā)展起來。1983年，Grossmann采取結構最優(yōu)化合成換熱網絡，提出用轉運模型線性規(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情況。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第63頁數學規(guī)劃法D、方法：第一步是結構一個超結構(Superstructure)，其中包含通常所用單元設備，如鍋爐、蒸汽輪機、燃氣輪機、電動機，不一樣壓力蒸汽管網以及其它輔助設備。由此可產生許多可行蒸汽動力系統(tǒng)方案。第二步是建立混合整數線性規(guī)劃(MILP)模型或混合整數非線性一(MINLP)模型來表征蒸汽動力系統(tǒng)，其中連續(xù)變量代表全部單元設備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備是否存在，多周期問題表示單元設備在某周期是否運行以及運行中單元設備操作方式。目標函數是使系統(tǒng)在全部運行時間內總設備投資和操作費用最小。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第64頁三步驟模型法A、角度：yong(火+用)分析B、華南理工大學華賁教授等提出這一方法C、方法：從追蹤能量改變全過程和揭示子系統(tǒng)能量流結構入手，對過程系統(tǒng)進行全局yong分析和yong經濟分析，提出了過程用能三步驟模型（如圖所表示）、過程用能yong經濟評價方法以及全局系統(tǒng)yong經濟優(yōu)化方法，完善了包含３個不一樣功效子系統(tǒng)能量結構模型協調優(yōu)化方法。該模型不但揭示了各種類型和各種復雜程度過程系統(tǒng)能量結構共性規(guī)律，而且建立了嚴格通用模型。嚴格地說，三步驟方法是一個把系統(tǒng)技術和熱（yong）經濟學有機結合系統(tǒng)方法。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第65頁三步驟模型圖全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第66頁三步驟模型法D、不一樣壓力等級蒸汽能量、yong和能級

壓力，MPa

溫度，℃能量E，MJ/tyongEx,MJ/t能級系數ε10.05403475.41650.90.4263.84503263.61330.10.4071.02502878947.10.329全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第67頁三步驟模型法E、改進過程系統(tǒng)用能辦法按其作用分類：U類———提升能量轉換效率ηu或yong轉換效率ηxu，屬轉換步驟；N類———降低工藝總用能Ｅn或yongＥxn，屬利用步驟；K類———降低利用步驟過程yong損耗DKP，屬利用步驟；R類———提升能量回收效率（ηR或火用回收效率ηxR，屬回收步驟。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第68頁三步驟模型法F、作用：a.經過能量綜合分析，清楚地展示裝置用能情況，找出用能微弱步驟，提出節(jié)能降耗方向。b.經過單元設備、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，實現全局用能優(yōu)化。c.經過yong經濟分析和優(yōu)化，對過程系統(tǒng)提出物料和能量綜協議時優(yōu)化改進方案。d.開發(fā)新工藝流程，進行裝置“瓶頸”分析，實現在擴產同時能量綜合優(yōu)化。e.對現有裝置進行不改動設備流程條件下操作調優(yōu)，給出在各種條件下工藝參數優(yōu)化值，用以指導生產。從而到達提升產品品質、節(jié)能降耗目標。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第69頁三步驟模型法G、特點：經過對過程系統(tǒng)能量結構嚴格描述，揭示了過程系統(tǒng)用能本質，并重視本身理論體系完善。但因為yong計算復雜性和實際工程體系復雜性，三步驟模型推廣和應用受到限制。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第70頁2.應用情況A、清華大學呂澤華教授等開發(fā)熱電廠優(yōu)化調度管理軟件，應用于撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度。B、清華大學開發(fā)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設計軟件GPODHS，應用于燕山石化蒸汽動力與供熱系統(tǒng)新建及改造方案優(yōu)化。C、清華大學開發(fā)通用蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設計軟件ODDSS-TH，應用于茂名乙烯蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化。D、KBC企業(yè)Prosteam軟件應用于大慶、鎮(zhèn)海煉化分企業(yè)、燕山石化等。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第71頁A、撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度

全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第72頁A、撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第73頁A、撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第74頁A、撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度汽輪機數學模型全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第75頁A、撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度鍋爐數學模型全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第76頁A、撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第77頁A、撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第78頁A、撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第79頁A、撫順石化熱電廠熱電聯供系統(tǒng)優(yōu)化調度優(yōu)化后總蒸汽消耗量由原來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，則年贏利就達約1880萬元。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第80頁3.實際工作中怎樣開展蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化工作分為二個階段來考慮：設計、改造時正常運行時全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第81頁設計、改造時A、標準B、投資決議過程全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第82頁A、標準a.蒸汽是絕大多數石化企業(yè)必需能量形式之一，必需確保穩(wěn)定可靠供給。當企業(yè)鄰近有較大規(guī)模高效熱電站，能夠確保穩(wěn)定供給工藝所需參數蒸汽時（普通1—3.5MPa），應優(yōu)先考慮按協議購進蒸汽。因為在普通情況下，即使充分聯產，小規(guī)模、燒油、中壓鍋爐產汽成本也無法同大型熱電站競爭。在二者價格相仿時，宜仔細作技術經濟比較。b.提升第一定律效率，即鍋爐、汽輪機組、電機等熱效率；節(jié)約燃料、汽、電。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第83頁A、標準c.提升第二定律效率，即經過功熱聯產大大提升一次能源利用yong效率；主要是利用生產工藝用低壓蒸汽之前高溫熱（yong）先多作功。d.經過與工藝裝置熱聯合，充分利用低溫余熱發(fā)汽和預熱各溫度段給水，以節(jié)約自用汽和燃料。e.因市場情況決定加工量和產品方案改變和因氣候、季節(jié)等原因決定汽、電需求改變，全廠總用電、汽負荷將在一定范圍內波動。此時，按固定條件設計蒸汽動力系統(tǒng)在以上三個方面目標和預期效果，都會偏離;有時嚴重偏離。所以，考慮適應各種改變條件柔性設計，含有很大節(jié)能潛力。全廠蒸汽動力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第84頁B、投資決議過程a.首先利用三步