蒸汽动力系统集成建模与多周期运行优化

发布时间：2020-10-30 04:23

　　 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。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ051;TE65
【部分图文】：

３．３本章小结??本章建立了蒸汽动力系统最优设计与多周期优化运行的集成模型。集成模型包括目??标函数和约束条件。目标函数是系统全周期最少运行费用，其中的费用包括设备的固定??投资费用和检修费、设备的运行费用、设备的启停费用、外购动力和电力的费用；约束??条件包括单元设备的物料平衡方程、单元设备的能量平衡方程、设备能力约束、各周期??满足蒸汽和电力的需求约束。??本章还介绍了粒子群算法的基本原理和优点，并提出两点改进：??（１?）改进ＣＯ的值，使它在计算过程中递减，使算法计算初期有较强的全局搜索能力，??到后期局部搜索能力变强，从而算法的整体性能增强；??（２）修改Ｃｉ，?Ｃ２这两个加速常数，使Ｃ｜能够根据迭代次数线性递减，Ｃ２线性递增，??为了增强粒子向全局最优点收敛的能力。??

应用Ｌｉｎｇｏ软件解求解问题步骤简单，先根据所要求解的具体问题，应用该软件中??强大的建模语言建立数学模型；再根据优化模型，选择Ｌｉｎｇｏ中自带求解器对模型进行??求解。Ｌｉｎｇｏ软件的建模过程非常直观，易于修改。软件还能够方便与Ｅｘｃｅｌ软件完成??数据的输入和输出，这些特点都使得用户在应用软件时方便高效。下图４．６就是Ｌｉｎｇｏ??软件的操作界面。??

３．３本章小结??本章建立了蒸汽动力系统最优设计与多周期优化运行的集成模型。集成模型包括目??标函数和约束条件。目标函数是系统全周期最少运行费用，其中的费用包括设备的固定??投资费用和检修费、设备的运行费用、设备的启停费用、外购动力和电力的费用；约束??条件包括单元设备的物料平衡方程、单元设备的能量平衡方程、设备能力约束、各周期??满足蒸汽和电力的需求约束。??本章还介绍了粒子群算法的基本原理和优点，并提出两点改进：??（１?）改进ＣＯ的值，使它在计算过程中递减，使算法计算初期有较强的全局搜索能力，??到后期局部搜索能力变强，从而算法的整体性能增强；??（２）修改Ｃｉ，?Ｃ２这两个加速常数，使Ｃ｜能够根据迭代次数线性递减，Ｃ２线性递增，??为了增强粒子向全局最优点收敛的能力。??
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 戴文智;尹洪超;池晓;;PSOSA算法在蒸汽动力系统运行优化中的应用[J];节能;2009年01期

2 朱占伟;韦勇;李兵;;基于(火用)概念的炼油厂蒸汽系统优化分析[J];炼油技术与工程;2007年12期

本文编号：2861983