全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討

全廠蒸汽動(dòng)力平衡以及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第1頁二者關(guān)系全廠蒸汽動(dòng)力平衡系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)1.狹義2.廣義全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)各級(jí)蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級(jí)蒸汽輸送系統(tǒng)各級(jí)蒸汽用汽系統(tǒng)全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)各級(jí)蒸汽系統(tǒng)電力系統(tǒng)各級(jí)蒸汽產(chǎn)汽系統(tǒng)各級(jí)蒸汽輸送系統(tǒng)各級(jí)蒸汽用汽系統(tǒng)凝結(jié)水回收系統(tǒng)全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)蒸汽動(dòng)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(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第7頁蒸汽動(dòng)力平衡管理層次滿足用戶蒸汽品質(zhì)要求經(jīng)優(yōu)化后粗放管理在線無實(shí)時(shí)優(yōu)化功效數(shù)據(jù)管理利用管網(wǎng)優(yōu)化軟件模型管理建立實(shí)時(shí)集管網(wǎng)、產(chǎn)汽、用汽、發(fā)電為一體動(dòng)態(tài)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型管理全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第8頁蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)存在主要問題相當(dāng)一部分蒸汽動(dòng)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、低效燒油凝汽發(fā)電。蒸汽管網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上形成了多級(jí)、多環(huán)復(fù)雜結(jié)構(gòu)。蒸汽管網(wǎng)投入不足，管理力度不足，造成跑冒滴漏現(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。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第9頁三.蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)平衡1.什么時(shí)候需要開展蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)平衡工作2.蒸汽特點(diǎn)3.蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行要求4.蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)平衡需要考慮問題全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第10頁1.什么時(shí)候需要開展蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)平衡工作蒸汽動(dòng)力平衡工作設(shè)計(jì)運(yùn)行連續(xù)改進(jìn)正常生產(chǎn)事故狀態(tài)全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第11頁2.蒸汽特點(diǎn)蒸汽不可貯存性蒸汽存在狀態(tài)改變可能性全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第12頁3.蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)平衡包括哪些工作產(chǎn)耗平衡。蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行安全運(yùn)行。蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)能級(jí)匹配。蒸汽與電力平衡。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第13頁產(chǎn)耗平衡目標(biāo)：滿足各用戶溫度、壓力需求。作用：A、使各級(jí)蒸汽生產(chǎn)量與消耗量及損耗量平衡。B、在平衡中努力毀滅放空現(xiàn)象，降低損耗量。C、經(jīng)過產(chǎn)耗平衡，降低用戶不合理用汽量和用汽方式。D、平衡各產(chǎn)汽單位發(fā)汽量，利用足低價(jià)燃料鍋爐蒸發(fā)量。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第14頁蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行安全運(yùn)行蒸汽系統(tǒng)無緩沖裕量，必須時(shí)刻保持產(chǎn)耗動(dòng)態(tài)平衡。蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行必須有調(diào)整裕量。全部運(yùn)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(yùn)行蒸汽管路盲端必須疏水，預(yù)防水擊發(fā)生。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第15頁蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)能級(jí)匹配前提:前面二個(gè)內(nèi)容：A、用戶使用蒸汽品質(zhì)－溫度、壓力要求應(yīng)選取剛好能滿足條件蒸汽等級(jí)。B、最在程度降低無功減溫減壓量。全廠蒸汽動(dòng)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(wǎng)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(dòng)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(dòng)力平衡工作數(shù)學(xué)模型簡易在線蒸汽動(dòng)力平衡表蒸汽產(chǎn)耗平衡表全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第18頁數(shù)學(xué)模型A、理論基礎(chǔ)：最優(yōu)化理論B、優(yōu)化調(diào)度發(fā)展過程C、優(yōu)化調(diào)度應(yīng)用D、優(yōu)化調(diào)度存在問題E、發(fā)展方向---在線自適應(yīng)優(yōu)化方法F、管網(wǎng)優(yōu)化模型全廠蒸汽動(dòng)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(diào)度是伴隨數(shù)學(xué)規(guī)劃理論發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)推廣和應(yīng)用發(fā)展起來，它采取數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，經(jīng)過對(duì)熱力系統(tǒng)分析，確定最正確負(fù)荷分配方案，使整個(gè)熱力系統(tǒng)處于最優(yōu)條件下運(yùn)行。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第20頁B、優(yōu)化調(diào)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(jì)算方法發(fā)展過程：離線計(jì)算在線計(jì)算研究對(duì)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(lián)供復(fù)雜系統(tǒng)

全廠蒸汽動(dòng)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(chǔ)：嚴(yán)格數(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)行若干機(jī)組滿足總能耗最小最優(yōu)條件，即當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組耗量微增率不相等時(shí)，能夠經(jīng)過減小耗量微增率大機(jī)組負(fù)荷，增加耗量微增率小機(jī)組負(fù)荷來到達(dá)全廠總消耗量最小。全廠蒸汽動(dòng)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(diǎn)：該方法物理意義明確，易于被調(diào)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(jī)爐一體單元機(jī)組，極難應(yīng)用于母管制熱力系統(tǒng)中；其次，即使在單元機(jī)組中，這種方法對(duì)煤耗特征曲線要求也是比較嚴(yán)格，只有當(dāng)特征曲線為凸函數(shù)時(shí)才能得到嚴(yán)格最優(yōu)解，不然結(jié)果可能是失真；最終，對(duì)于熱電聯(lián)供熱力系統(tǒng)，熱負(fù)荷調(diào)度和電負(fù)荷調(diào)度往往是耦合在一起，這就限制了該方法使用。全廠蒸汽動(dòng)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(duì)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，這些方法都能夠準(zhǔn)確地求解全局最優(yōu)解。應(yīng)用情況：RTCouch等對(duì)6臺(tái)鍋爐、25臺(tái)汽輪機(jī)和1臺(tái)備用汽輪機(jī)組成供電系統(tǒng)進(jìn)行了研究，采取線性混合整數(shù)規(guī)劃方法在技術(shù)上處理了較為復(fù)雜能量系統(tǒng)負(fù)荷分配問題，其中包括到了部分機(jī)組啟停情況。全廠蒸汽動(dòng)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(jì)算往往與實(shí)際相差很大，所以必須建立對(duì)應(yīng)非線性算法。非線性算法：轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸直接搜索（DSFD）法、罰函數(shù)法等。全廠蒸汽動(dòng)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(yīng)用情況：ATClary在1996年對(duì)TennesseeEastmanDivisionofEastman化工企業(yè)24臺(tái)鍋爐、19臺(tái)汽輪機(jī)組成復(fù)雜系統(tǒng)使用非線性算法進(jìn)行了計(jì)算。不足：這些算法即使已經(jīng)比較成熟，但無法確保對(duì)于任意非線性規(guī)劃問題都能準(zhǔn)確地收斂到全局最優(yōu)解。全廠蒸汽動(dòng)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(chǔ)：蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)熱力學(xué)分析目標(biāo)：推導(dǎo)出針對(duì)能量使用優(yōu)化總體標(biāo)準(zhǔn)和各種指導(dǎo)準(zhǔn)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(dòng)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(xué)Holland教授提出(4)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NeutralNetwork)法：Hopfield教授將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)早期成就應(yīng)用于優(yōu)化問題中形成一個(gè)算法。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第28頁C、優(yōu)化調(diào)度應(yīng)用國外應(yīng)用例子：Marecki等較早地將數(shù)學(xué)規(guī)劃方法應(yīng)用于熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度研究中，并在70年代后期對(duì)大型熱電聯(lián)供核電廠從經(jīng)濟(jì)角度確定了熱負(fù)荷分配方案。早期，RTCouch等研究單一供電蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度相對(duì)比較簡單，僅僅包括到外界電負(fù)荷約束。KMoslehi等在90年代初對(duì)４個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)電廠組成熱電聯(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(tái)鍋爐和11臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，它需要考慮到外界電負(fù)荷和各類供汽量要求，結(jié)果在最優(yōu)情況下總費(fèi)用減小了1.1%。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第29頁C、優(yōu)化調(diào)度應(yīng)用d.MSDiaz和JABandoni使用混合整數(shù)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(tái)高溫裂解爐、1臺(tái)裂解氣壓縮機(jī)、110t/h余熱鍋爐、4臺(tái)常規(guī)鍋爐、5臺(tái)背壓式汽輪機(jī)組成三級(jí)母管制聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行了研究。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第30頁C、優(yōu)化調(diào)度應(yīng)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(fèi)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(jì)算軟件包，表明在線優(yōu)化計(jì)算已經(jīng)進(jìn)入市場應(yīng)用階段。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第31頁C、優(yōu)化調(diào)度應(yīng)用國內(nèi)應(yīng)用例子：清華大學(xué)等較早地對(duì)熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行了研究，他們對(duì)燕山石化企業(yè)煉油廠蒸汽系統(tǒng)采取0/1整數(shù)規(guī)劃方法進(jìn)行了詳細(xì)優(yōu)化調(diào)度計(jì)算，分別對(duì)其中燃?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)自動(dòng)建模。西安交通大學(xué)李崇祥等經(jīng)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(jī)組熱電負(fù)荷調(diào)度問題，并將其方法應(yīng)用到石化廠中取得了很好效果。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第32頁C、優(yōu)化調(diào)度應(yīng)用c.清華大學(xué)和撫順石化熱電廠進(jìn)行合作，經(jīng)過綜合采取分枝限界反向跟蹤優(yōu)化算法和轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸直接搜索可行方向法，節(jié)約燃料3~7%。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第33頁D、優(yōu)化調(diào)度存在問題對(duì)理論建模過分依賴，無法準(zhǔn)確反應(yīng)當(dāng)前系統(tǒng)真實(shí)特征。所建立模型無法表達(dá)系統(tǒng)部件特征改變。優(yōu)化計(jì)算軟件缺乏通用性全廠蒸汽動(dòng)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(yīng)優(yōu)化方法以實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依據(jù)用戶輸入系統(tǒng)信息自動(dòng)建立當(dāng)前熱力系統(tǒng)優(yōu)化模型，并伴隨系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)過分析運(yùn)行數(shù)據(jù)來確定是否有必要重新建模。全廠蒸汽動(dòng)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(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)度決議部分g.漸近尋優(yōu)部分全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第36頁F、管網(wǎng)模型a.當(dāng)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(xié)調(diào)了“煉油廠蒸汽管網(wǎng)監(jiān)測管理系統(tǒng)（簡稱SNAMER）”開發(fā)工作，該項(xiàng)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(jīng)過了中國石化科技開發(fā)部組織技術(shù)判定，當(dāng)前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化推廣應(yīng)用階段。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第37頁F、管網(wǎng)模型b.原理：熱力管網(wǎng)仿真模擬包括到網(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)域知識(shí)，其整體設(shè)計(jì)構(gòu)想是依據(jù)管網(wǎng)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停⒂赡Ｐ妥詣?dòng)生成流體網(wǎng)絡(luò)非線性方程組，經(jīng)過求解非線性方程組得到網(wǎng)絡(luò)任意管段內(nèi)介質(zhì)流量、流向、流速、壓降、溫降、散熱損失以及各節(jié)點(diǎn)溫度、壓力等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度、合理用汽節(jié)能目標(biāo)，即能離線應(yīng)用，也能在線運(yùn)行。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第38頁F、管網(wǎng)模型c.關(guān)鍵技術(shù)辦法將基爾霍夫電網(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，經(jīng)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(wǎng)絡(luò)流程，用表格輸入屬性，以拓?fù)鋵W(xué)知識(shí)自動(dòng)識(shí)別管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)建立數(shù)學(xué)模型。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第39頁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河糜诿枋鼍W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與管段關(guān)系關(guān)聯(lián)矩陣和描述網(wǎng)絡(luò)回路信息圈矩陣以及描述網(wǎng)絡(luò)通路信息割矩陣等部分。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第40頁F、管網(wǎng)模型e.數(shù)值求解方法SNAMER采取數(shù)值解法是牛頓—拉夫森法，該算法經(jīng)過優(yōu)化后計(jì)算速度有了顯著提升，比如計(jì)算一個(gè)含有400根管段管網(wǎng)模型，其計(jì)算時(shí)間約為10秒鐘，滿足在線運(yùn)行需要。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第41頁F、管網(wǎng)模型f.作用：離線應(yīng)用能夠模擬管網(wǎng)可能出現(xiàn)運(yùn)行工況，分析管網(wǎng)可靠性和保溫情況，計(jì)算散熱損失、凝結(jié)水生成量和產(chǎn)生位置，為合理排凝和工況調(diào)整提供決議依據(jù)，也是設(shè)計(jì)新管網(wǎng)和模擬改造老管網(wǎng)有力工具；在線運(yùn)行能夠模擬監(jiān)測管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，使運(yùn)行管理人員隨時(shí)掌握管網(wǎng)工況，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度。SNAMER還能為企業(yè)蒸汽管網(wǎng)建立電子檔案數(shù)據(jù)庫，包含管網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)以及歷次改造信息數(shù)據(jù)，能為擴(kuò)建及改造工程及時(shí)、準(zhǔn)確地提供完整基礎(chǔ)資料，是制訂全廠用能優(yōu)化決議方案基礎(chǔ)。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第42頁F、管網(wǎng)模型需要改進(jìn)或注意問題：(1)計(jì)算數(shù)據(jù)校核依據(jù)只能是現(xiàn)有蒸汽流量、溫度、壓力參數(shù)，但這些參數(shù)測點(diǎn)不少點(diǎn)本身存在較大誤差，造成計(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，利用管網(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)錄入問題。全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)力平衡表全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)力平衡表全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)力平衡表全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第46頁蒸汽產(chǎn)耗平衡表A、編制標(biāo)準(zhǔn)：a.產(chǎn)耗分別開列。b.只計(jì)算最終產(chǎn)及耗發(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)存在問題。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第47頁四.蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化方法優(yōu)化軟件應(yīng)用情況實(shí)際工作中怎樣開展蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化工作全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第48頁1.蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化方法熱力學(xué)目標(biāo)方法數(shù)學(xué)規(guī)劃法三步驟模型法啟發(fā)式方法全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第49頁熱力學(xué)目標(biāo)方法A、夾點(diǎn)分析法B、頂層分析法全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第50頁A、夾點(diǎn)分析法a.產(chǎn)生：1982年Linnhoff等人提出夾點(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)用演變

換熱網(wǎng)絡(luò)和單級(jí)、多級(jí)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)工藝過程組成組成全局系統(tǒng)全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第51頁A、夾點(diǎn)分析法c.關(guān)鍵技術(shù)：全局溫焓曲線d.詳細(xì)方法：利用全局溫焓曲線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接敏銳分析，確定熱力學(xué)目標(biāo)以及提出很好設(shè)計(jì)決議，而且依據(jù)該熱力學(xué)目標(biāo)能夠選擇最優(yōu)短網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過性能限制約束，熱力學(xué)目標(biāo)方法揭示了系統(tǒng)改進(jìn)范圍，使設(shè)計(jì)者在交互模式下進(jìn)行不一樣設(shè)計(jì)方案篩選。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第52頁A、夾點(diǎn)分析法e.夾點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)：全局過程夾點(diǎn)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(jìn)行能量集成方法和策略。f.優(yōu)點(diǎn)：該方法對(duì)于新設(shè)計(jì)節(jié)能效果顯著。g.不足：對(duì)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(duì)全局各過程間相互關(guān)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(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上；對(duì)正在運(yùn)行著大型石化企業(yè)，進(jìn)行如此詳盡數(shù)據(jù)搜集需花費(fèi)大量人力和時(shí)間，這無疑會(huì)影響全局過程夾點(diǎn)分析法應(yīng)用。全廠蒸汽動(dòng)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(diǎn)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(zhuǎn)化路徑作用，使剩下熱發(fā)揮最大經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于公用工程系統(tǒng)難以利用剩下熱，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。全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)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(fù)荷產(chǎn)生(2)剩下熱負(fù)荷經(jīng)過發(fā)電汽輪機(jī)做功(3)外購動(dòng)力節(jié)約剩下熱負(fù)荷(4)剩下熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化路徑經(jīng)濟(jì)效益分析全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第56頁(1)剩下熱負(fù)荷產(chǎn)生過程換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化可使過程用蒸汽量降低或過程副產(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)平衡關(guān)系，產(chǎn)生剩下蒸汽。剩下熱負(fù)荷轉(zhuǎn)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(chǎn)功；（ｂ）降低剩下熱負(fù)荷，直接節(jié)約燃料，同時(shí)使公用工程系統(tǒng)做功效力下降，產(chǎn)／用功之間差額需外購動(dòng)力填補(bǔ)；（ｃ）維持現(xiàn)有消耗路徑。所以，實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化改造所產(chǎn)生效益，必須尋找剩下熱負(fù)荷最正確轉(zhuǎn)化路徑。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第57頁(2)剩下熱負(fù)荷經(jīng)過發(fā)電汽輪機(jī)做功過剩熱負(fù)荷ΔＱＰ經(jīng)過某一路徑轉(zhuǎn)化可增加系統(tǒng)做功量ΔＷ，而節(jié)約ΔＱＰ對(duì)應(yīng)燃料消耗量改變?yōu)棣ぃ眩?。過剩熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化路徑做功效率為：

全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第58頁(3)外購動(dòng)力節(jié)約剩下熱負(fù)荷對(duì)于必須進(jìn)行熱功權(quán)衡公用工程系統(tǒng)，節(jié)約剩下熱負(fù)荷ΔＱＰ就等于節(jié)約了鍋爐蒸汽，其結(jié)果是燃料消耗降低ΔＱＦ，同時(shí)造成了系統(tǒng)做功量下降。為填補(bǔ)這部分做功效力降低，公用工程系統(tǒng)需從外界購入動(dòng)力或電力。若購置單位燃料所需費(fèi)用為ＣＦ，外購單位動(dòng)力所需費(fèi)用為ＣＰ，定義外購動(dòng)力效率為ηin＝ＣＦ／ＣＰηin>1，則應(yīng)購入外部動(dòng)力。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第59頁(4)剩下熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化路徑經(jīng)濟(jì)效益分析若將1MJ燃料熱負(fù)荷從現(xiàn)有路徑移至最正確效率路徑可多產(chǎn)功ΔWadd為：ΔWadd＝ΔWm－ΔWc＝ηm－ηc式中，ηc為現(xiàn)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(chǎn)／用功平衡，多產(chǎn)功量ΔWadd可從效率最差路徑降低對(duì)應(yīng)功量，對(duì)應(yīng)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(fù)荷從現(xiàn)有路徑移至最正確效率路徑可多做功ΔWadd。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第60頁(4)剩下熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化路徑經(jīng)濟(jì)效益分析經(jīng)過做功效率最差路徑降低做功ΔWadd，即可實(shí)現(xiàn)最大燃料節(jié)約，其對(duì)應(yīng)節(jié)約燃料費(fèi)用為：CFΔQF＝CF（ηm－ηc）／ηleast若1t蒸汽相當(dāng)于Ｑs(MJ)燃料，經(jīng)濟(jì)效益B（元／t）為：Ｂ＝CFＱs（ηm－ηc）／ηleast式中Ｑs＝（ΔＱP＋ΔＱloss）／ηboiler全廠蒸汽動(dòng)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(shù)據(jù)；（２）計(jì)算現(xiàn)有和可選蒸汽消耗路徑效率及負(fù)荷限制；（３）計(jì)算節(jié)約剩下熱負(fù)荷外購動(dòng)力路徑效率；（４）比較現(xiàn)有路徑，可選路徑和外購動(dòng)力效率；（５）選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)化路徑并計(jì)算優(yōu)化后效益。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第62頁數(shù)學(xué)規(guī)劃法A、基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)模型B、原理：經(jīng)過把蒸汽動(dòng)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)適當(dāng)優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。C、發(fā)展：80年代，伴隨計(jì)算機(jī)普及熱力學(xué)理論日益完善，才發(fā)展起來。1983年，Grossmann采取結(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情況。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第63頁數(shù)學(xué)規(guī)劃法D、方法：第一步是結(jié)構(gòu)一個(gè)超結(jié)構(gòu)(Superstructure)，其中包含通常所用單元設(shè)備，如鍋爐、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、電動(dòng)機(jī)，不一樣壓力蒸汽管網(wǎng)以及其它輔助設(shè)備。由此可產(chǎn)生許多可行蒸汽動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)，其中連續(xù)變量代表全部單元設(shè)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(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)備操作方式。目標(biāo)函數(shù)是使系統(tǒng)在全部運(yùn)行時(shí)間內(nèi)總設(shè)備投資和操作費(fèi)用最小。全廠蒸汽動(dòng)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(xué)華賁教授等提出這一方法C、方法：從追蹤能量改變?nèi)^程和揭示子系統(tǒng)能量流結(jié)構(gòu)入手，對(duì)過程系統(tǒng)進(jìn)行全局yong分析和yong經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法以及全局系統(tǒng)yong經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法，完善了包含３個(gè)不一樣功效子系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)模型協(xié)調(diào)優(yōu)化方法。該模型不但揭示了各種類型和各種復(fù)雜程度過程系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)共性規(guī)律，而且建立了嚴(yán)格通用模型。嚴(yán)格地說，三步驟方法是一個(gè)把系統(tǒng)技術(shù)和熱（yong）經(jīng)濟(jì)學(xué)有機(jī)結(jié)合系統(tǒng)方法。全廠蒸汽動(dòng)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(dòng)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(jí)蒸汽能量、yong和能級(jí)

壓力，MPa

溫度，℃能量E，MJ/tyongEx,MJ/t能級(jí)系數(shù)ε10.05403475.41650.90.4263.84503263.61330.10.4071.02502878947.10.329全廠蒸汽動(dòng)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(jìn)過程系統(tǒng)用能辦法按其作用分類：U類———提升能量轉(zhuǎn)換效率ηu或yong轉(zhuǎn)換效率ηxu，屬轉(zhuǎn)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(dòng)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(jīng)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(jīng)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.經(jīng)過yong經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)化，對(duì)過程系統(tǒng)提出物料和能量綜協(xié)議時(shí)優(yōu)化改進(jìn)方案。d.開發(fā)新工藝流程，進(jìn)行裝置“瓶頸”分析，實(shí)現(xiàn)在擴(kuò)產(chǎn)同時(shí)能量綜合優(yōu)化。e.對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行不改動(dòng)設(shè)備流程條件下操作調(diào)優(yōu)，給出在各種條件下工藝參數(shù)優(yōu)化值，用以指導(dǎo)生產(chǎn)。從而到達(dá)提升產(chǎn)品品質(zhì)、節(jié)能降耗目標(biāo)。全廠蒸汽動(dòng)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(diǎn)：經(jīng)過對(duì)過程系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)嚴(yán)格描述，揭示了過程系統(tǒng)用能本質(zhì)，并重視本身理論體系完善。但因?yàn)閥ong計(jì)算復(fù)雜性和實(shí)際工程體系復(fù)雜性，三步驟模型推廣和應(yīng)用受到限制。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第70頁2.應(yīng)用情況A、清華大學(xué)呂澤華教授等開發(fā)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)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(dòng)力與供熱系統(tǒng)新建及改造方案優(yōu)化。C、清華大學(xué)開發(fā)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)優(yōu)化。D、KBC企業(yè)Prosteam軟件應(yīng)用于大慶、鎮(zhèn)海煉化分企業(yè)、燕山石化等。全廠蒸汽動(dòng)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(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度

全廠蒸汽動(dòng)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(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度全廠蒸汽動(dòng)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(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度全廠蒸汽動(dòng)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(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度汽輪機(jī)數(shù)學(xué)模型全廠蒸汽動(dòng)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(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度鍋爐數(shù)學(xué)模型全廠蒸汽動(dòng)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(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度全廠蒸汽動(dòng)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(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度全廠蒸汽動(dòng)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(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度全廠蒸汽動(dòng)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(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)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(jì)算，年運(yùn)行300d計(jì)，則年贏利就達(dá)約1880萬元。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第80頁3.實(shí)際工作中怎樣開展蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化工作分為二個(gè)階段來考慮：設(shè)計(jì)、改造時(shí)正常運(yùn)行時(shí)全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第81頁設(shè)計(jì)、改造時(shí)A、標(biāo)準(zhǔn)B、投資決議過程全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第82頁A、標(biāo)準(zhǔn)a.蒸汽是絕大多數(shù)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(dāng)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(shù)蒸汽時(shí)（普通1—3.5MPa），應(yīng)優(yōu)先考慮按協(xié)議購進(jìn)蒸汽。因?yàn)樵谄胀ㄇ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。在二者價(jià)格相仿時(shí)，宜仔細(xì)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。b.提升第一定律效率，即鍋爐、汽輪機(jī)組、電機(jī)等熱效率；節(jié)約燃料、汽、電。全廠蒸汽動(dòng)力平衡及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研討第83頁A、標(biāo)準(zhǔn)c.提升第二定律效率，即經(jīng)過功熱聯(lián)產(chǎn)大大提升一次能源利用yong效率；主要是利用生產(chǎn)工藝用低壓蒸汽之前高溫?zé)幔▂ong）先多作功。d.經(jīng)過與工藝裝置熱聯(lián)合，充分利用低溫余熱發(fā)汽和預(yù)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(chǎn)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(fù)荷將在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。此時(shí)，按固定條件設(shè)計(jì)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)在以上三個(gè)方面目標(biāo)和預(yù)期效果，都會(huì)偏離;有時(shí)嚴(yán)重偏離。所以，考慮適應(yīng)各種改變條件柔性設(shè)計(jì)，含有很大節(jié)能潛力。全廠蒸汽動(dòng)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