[发明专利]集成动力站及装置产用汽的蒸汽动力系统优化方法及系统

说明书

本发明公开一种集成蒸汽管网、动力站和装置产用汽的蒸汽动力系统的操作优化方法及系统，其中该方法包括：确定蒸汽动力系统所包含的各设备的性能指标以及工艺参数，包括蒸汽管网的管道参数；建立蒸汽动力系统的非线性数学模型；对建立的蒸汽动力系统非线性模型进行模拟求解；对优化计算中考虑的变量设定取值范围；设定优化计算的目标函数；对初始蒸汽动力系统的非线性数学模型优化求解，即寻找蒸汽系统中流向、流量、压力和温度变量的最优操作运行值，从而使得全系统用能效率最高；判断优化结果是否满足蒸汽动力系统的优化目标；如果优化结果满足蒸汽动力系统的优化目标，则完成优化计算。

技术领域

本发明涉及蒸汽动力领域，具体而言，涉及一种集成动力站及装置产用汽的蒸汽动力系统的操作优化方法及系统。

背景技术

蒸汽动力系统是大型化工或石油化工联合装置中的重要组成部分，其任务是向过程系统提供所需要的动力、电力、热能等公用工程，蒸汽动力系统的设计水平、运行和控制性能对过程工业的能量利用效率和经济性能有重要影响。

蒸汽动力系统流程结构固定的系统参数优化，主要包括现有系统操作条件的优化和新系统设计或旧系统改造时对某一结构方案的设计参数和操作条件的优化。目前，针对这类蒸汽动力系统操作参数优化，建立相关数学模型的方法主要有两种：一是简化蒸汽管网模型，固定蒸汽管网的操作压力和操作温度为定值，不考虑蒸汽管网中存在的压降和热损，而重点优化动力站模型中的变量。显然，这不符合实际，因为蒸汽在蒸汽管网中流动必然存在散热和压损，会导致蒸汽温度和压力的降低，从而使管网中的每个点的蒸汽温度和压力发生变化。在过程工业企业中蒸汽传输的距离通常较远，蒸汽的温降和压降均比较显著，如果在数学模型中不考虑这种变化，就会与实际运行数据产生较大误差。二是简化动力站模型，只将动力站模型按蒸汽发生设备的模型处理，不考虑其对蒸汽动力系统的调控作用，而重点优化蒸汽管网中各节点流量、温度和压力，计算各蒸汽管段的压降和热损。同样，这样也会与实际有较大误差，因为动力站中蒸汽的流量、温度和压力均是可以调控的变量，这必然影响着蒸汽管网中各节点的流量负荷分配以及温度和压力。以上这两种方法，均没有集成动力站、蒸汽管网系统和工艺装置内部蒸汽系统的数学模型，虽然在一定程度上简化了计算，但是模拟和优化结果与实际数据存在较大偏差，使蒸汽动力系统优化的指导意义降低。

如何实现蒸汽管网模型与锅炉、汽轮发电机等动力站设备模型以及工艺装置内部蒸汽系统的集成优化，从而解决蒸汽动力系统操作参数优化的相关瓶颈，提出更符合实际操作限制的优化方法，为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本发明提供一种集成动力站及装置产用汽的蒸汽动力系统的操作优化方法及系统，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种集成动力站及装置产用汽的蒸汽动力系统的操作优化方法，包括以下步骤：

S1，确定蒸汽动力系统所需的各设备的性能特征参数以及所述蒸汽动力系统的工艺参数；

S2，根据所述蒸汽动力系统带矢量方向性的能量守恒方程、所述蒸汽动力系统的质量守恒方程、所述各设备的能量守恒方程、所述各设备的质量守恒方程、蒸汽管网中的热损方程和带矢量方向性的压降方程、以及所述各设备的性能特征参数和所述蒸汽动力系统的工艺参数建立蒸汽动力系统的非线性数学模型，其中所述非线性数学模型包括带矢量方向性的蒸汽管网数学模型和动力站及装置产用汽系统模型；

S3，对所述非线性数学模型进行模拟求解，得到模拟运算结果，其中，该模拟运算结果包括所述蒸汽动力系统中所有设备的性能特征参数；

S4，设定所述非线性数学模型中优化变量的取值范围，以及设定所述非线性数学模型的优化目标函数，其中所述非线性数学模型中流股及设备关键节点的蒸汽负荷分配、压力和温度值均为变量，在指定的数值范围内进行变化；

S5，将所述模拟运算结果作为所述非线性数学模型优化运算的初始可行解，在所述优化变量的取值范围内计算优化计算的递减梯度；