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1、二者关系全厂蒸汽动力平衡全厂蒸汽动力平衡系统优化节能系统优化节能一. 什么是全厂蒸汽动力系统1. 狭义2. 广义狭义全厂蒸汽动力系统各级蒸汽产汽系统各级蒸汽输送系统各级蒸汽用汽系统广义全厂蒸汽动力系统全厂蒸汽动力系统各级蒸汽系统电力系统各级蒸汽产汽系统各级蒸汽输送系统各级蒸汽用汽系统凝结水回收系统二. 为什么要研究全厂蒸汽动力系统二. 为什么要研究全厂蒸汽动力系统蒸汽动力系统管理方式- 粗放管理 “表面”管理 “差不多”管理 “短暂”管理蒸汽动力平衡的管理层次满足用户的蒸汽品质要求经优化后的粗放管理在线无实时优化功能的数据管理利用管网优化软件的模型管理建立实时集管网、产汽、用汽、发电为一体的动
2、态优化数学模型管理蒸汽动力系统存在的主要问题相相当当一一部部分分蒸蒸汽汽动动力力系系统统设设备备陈陈旧旧，效效率率低低下下，规规模模小小。热热电电联联产产潜潜力力没没有有挖挖掘掘出出来来 。低低压压、低低效效的的烧烧油油凝凝汽汽发发电电 。蒸蒸汽汽管管网网在在结结构构上上形形成成了了多多级级、多多环环的的复复杂杂结结构构 。蒸蒸汽汽管管网网投投入入不不足足，管管理理力力度度不不足足，导导致致跑跑冒冒滴滴漏漏现现象象不不少少。 凝凝结结水水回回收收率率低低，而而且且凝凝结结水水回回收收时时热热量量回回收收率率更更低低。三. 蒸汽动力系统的平衡1.什么时候需要开展蒸汽动力系统平衡工作 2. 蒸汽的
3、特点 3. 蒸汽动力系统运行的要求 4. 蒸汽动力系统平衡需要考虑的问题1. 什么时候需要开展蒸汽动力系统平衡工作 蒸汽动力平衡工作设计运行持续改进正常生产事故状态2. 蒸汽的特点 蒸汽的不可贮存性蒸汽存在状态变化的可能性3. 蒸汽动力系统平衡涉及哪些工作 产耗平衡。蒸汽管网运行的安全运行。蒸汽动力系统的能级匹配。蒸汽与电力的平衡。产耗平衡目目的的：满满足足各各用用户户的的温温度度、压压力力需需求求。作作用用：A A、使使各各级级蒸蒸汽汽生生产产量量与与消消耗耗量量及及损损耗耗量量平平衡衡。B B、在在平平衡衡中中努努力力消消灭灭放放空空现现象象，减减少少损损耗耗量量。C C、通通过过产产耗耗
4、平平衡衡，减减少少用用户户不不合合理理的的用用汽汽量量和和用用汽汽方方式式。D D、平平衡衡各各产产汽汽单单位位的的发发汽汽量量，利利用用足足低低价价燃燃料料的的锅锅炉炉蒸蒸发发量量。蒸汽管网运行的安全运行蒸汽系统无缓冲裕量，必须时刻保持产耗的动态平衡。蒸汽动力系统运行必须有调节裕量。所有运行的蒸汽管路必须保持最低流通量，以保证蒸汽温度。未投用蒸汽管路或运行蒸汽管路的盲端必须疏水，防止水击的发生。 蒸汽动力系统的能级匹配前提:前面二个内容：A、用户使用的蒸汽品质温度、压力要求应选取刚好能满足条件的蒸汽等级。B、最在限度减少无功减温减压量。蒸汽与电力的平衡企业电力来源：自备发电及网供电锅炉总蒸发
5、量=自备发电用汽量+供热总量4. 如何开展蒸汽动力平衡工作数学模型简易在线蒸汽动力平衡表蒸汽产耗平衡表数学模型A、理论基础：最优化理论B、优化调度的发展过程 C、优化调度的应用 D、优化调度存在的问题 E、发展方向-在线自适应优化方法 F、管网优化模型A、最优化理论定义： 热力系统优化调度是随着数学规划理论的发展和计算机技术的推广和应用发展起来的，它采用数学规划的方法，通过对热力系统的分析，确定最佳的负荷分配方案，使整个热力系统处在最优的条件下运行。B、优化调度的发展过程 优优化化算算法法的的发发展展过过程程：等等微微增增率率法法b b. . 传传统统的的线线性性和和非非线线性性规规划划方方法
6、法c c. . 启启发发式式算算法法计计算算方方法法的的发发展展过过程程： 离离线线计计算算 在在线线计计算算 研研究究对对象象的的发发展展过过程程： 单单一一循循环环方方式式纯纯供供电电的的热热力力系系统统 多多种种循循环环方方式式并并存存的的热热电电联联供供的的复复杂杂系系统统 等微增率法基础：严格的数学极值理论诞生时间：1934年。原理：这一方法在理论上给出了并联运行的若干机组满足总能耗最小的最优条件，即当并联运行机组的耗量微增率不相等时，可以通过减小耗量微增率大的机组的负荷，增加耗量微增率小的机组的负荷来达到全厂的总消耗量最小。 等微增率法优优点点：该该方方法法的的物物理理意意义义明明
7、确确，易易于于被被调调度度人人员员所所理理解解。不不足足：首首先先，该该方方法法采采用用锅锅炉炉煤煤耗耗发发电电功功率率曲曲线线，因因此此只只适适用用于于机机炉炉一一体体的的单单元元机机组组，很很难难应应用用于于母母管管制制热热力力系系统统中中； 其其次次，即即使使在在单单元元机机组组中中，这这种种方方法法对对煤煤耗耗特特性性曲曲线线的的要要求求也也是是比比较较严严格格的的，只只有有当当特特性性曲曲线线为为凸凸函函数数时时才才能能得得到到严严格格的的最最优优解解，否否则则结结果果可可能能是是失失真真的的； 最最后后，对对于于热热电电联联供供的的热热力力系系统统，热热负负荷荷的的调调度度和和电电
8、负负荷荷的的调调度度往往往往是是耦耦合合在在一一起起的的，这这就就限限制制了了该该方方法法的的使使用用。 b. 传统的线性和非线性规划方法 ( (1 1) )线线性性规规划划法法： 最最主主要要的的求求解解方方法法是是单单纯纯形形法法，基基于于单单纯纯形形法法又又针针对对混混合合整整数数线线性性规规划划问问题题发发展展了了分分枝枝限限界界反反向向跟跟踪踪法法、隐隐枚枚举举法法等等，这这些些方方法法都都可可以以准准确确地地求求解解全全局局最最优优解解。 应应用用情情况况：R R T T C Co ou uc ch h等等对对6 6台台锅锅炉炉、2 25 5台台汽汽轮轮机机和和1 1台台备备用用汽
9、汽轮轮机机构构成成的的供供电电系系统统进进行行了了研研究究，采采用用线线性性混混合合整整数数规规划划的的方方法法在在技技术术上上解解决决了了较较为为复复杂杂的的能能量量系系统统的的负负荷荷分分配配问问题题，其其中中涉涉及及到到了了部部分分机机组组启启停停的的情情况况。 b. 传统的线性和非线性规划方法(2)非线性规划法：发展原因： 热力系统部件的特性往往是非线性的，在很多情况下采用线性模型计算往往与实际相差很大，因此必须建立相应的非线性算法。 非线性算法 ：转动坐标轴直接搜索（DSFD）法、罚函数法等 。b. 传统的线性和非线性规划方法(2)非线性规划法：应用情况：A T Clary在1996
10、年对Tennessee Eastman Division of Eastman化工公司24台锅炉、19台汽轮机构成的复杂系统使用非线性算法进行了计算。不足：这些算法虽然已经比较成熟，但无法保证对于任意的非线性规划问题都能准确地收敛到全局最优解。 c. 启发式算法基础：蒸汽动力系统的热力学分析目的：推导出针对能量使用优化的总体原则和各种指导准则方法：(1)搜索禁忌(Tabu Search)法：Glover在1986年首次提出 。(2)模拟退火（Simulated Annealing）法:Mertropolis于1953年提出。 c. 启发式算法(3)遗传算法（Genetic Algorithms
11、）：70年代初期由美国密执根大学的Holland教授 提出(4)人工神经网络(Neutral Network)法：Hopfield教授将人工神经网络的早期成就应用于优化问题中形成的一种算法。 C、优化调度的应用国国外外应应用用例例子子：MMa ar re ec ck ki i等等较较早早地地将将数数学学规规划划的的方方法法应应用用于于热热力力系系统统优优化化调调度度的的研研究究中中，并并在在7 70 0年年代代后后期期对对大大型型热热电电联联供供的的核核电电厂厂从从经经济济角角度度确确定定了了热热负负荷荷的的分分配配方方案案 。早早期期，R R T T C Co ou uc ch h等等研研究
12、究的的单单一一供供电电蒸蒸汽汽系系统统的的优优化化调调度度相相对对比比较较简简单单，仅仅仅仅涉涉及及到到外外界界电电负负荷荷的的约约束束。 K K MMo os sl le eh hi i等等在在9 90 0年年代代初初对对个个热热电电联联产产电电厂厂构构成成的的热热电电联联供供系系统统进进行行优优化化计计算算，该该热热电电联联供供系系统统共共包包含含1 19 9台台锅锅炉炉和和1 11 1台台汽汽轮轮发发电电机机，它它需需要要考考虑虑到到外外界界电电负负荷荷和和各各类类供供汽汽量量的的要要求求，结结果果在在最最优优情情况况下下总总费费用用减减小小了了1 1. .1 1%。 C、优化调度的应用
13、d. M S Diaz和J A Bandoni使用混合整数非线性规划的方法提出了大型化工厂的优化策略，所研究的系统包含8台高温裂解炉、1台裂解气压缩机、110t/h余热锅炉、4台常规锅炉、5台背压式汽轮机构成的三级母管制联合循环系统的优化调度进行了研究。C、优化调度的应用e. KBC公司于1996年开发成蒸汽系统仿真和优化软件并在德国Gelsenkerchen的Scholven炼油厂得到了使用，平均每年可节省费用百万德国马克。 f. A Thomas等提到在Westinghouse过程控制部门开发的集散控制系统中，新增加了在线监测和优化计算的软件包，表明在线优化计算已经进入市场应用阶段。 C、
14、优化调度的应用国国内内应应用用例例子子：清清华华大大学学等等较较早早地地对对热热力力系系统统优优化化调调度度进进行行了了研研究究，他他们们对对燕燕山山石石化化公公司司炼炼油油厂厂的的蒸蒸汽汽系系统统采采用用0 0/ /1 1整整数数规规划划的的方方法法进进行行了了详详细细的的优优化化调调度度计计算算，分分别别对对其其中中的的燃燃气气轮轮机机、催催化化裂裂化化气气压压机机、发发电电用用汽汽轮轮机机、锅锅炉炉、减减温温减减压压器器和和换换热热器器等等热热力力系系统统进进行行了了部部分分化化建建模模并并完完成成了了整整个个系系统统的的自自动动建建模模。 西西安安交交通通大大学学李李崇崇祥祥等等通通过
15、过将将发发电电功功率率分分解解为为纯纯冷冷凝凝发发电电部部分分和和热热化化发发电电部部分分解解决决了了供供热热机机组组热热电电负负荷荷调调度度的的问问题题，并并将将其其方方法法应应用用到到石石化化厂厂中中取取得得了了较较好好的的效效果果。 C、优化调度的应用c. 清华大学和抚顺石化热电厂进行合作，通过综合采用分枝限界反向跟踪优化算法和转动坐标轴直接搜索可行方向法，节约燃料37%。 D、优化调度存在的问题 对理论建模的过分依赖，无法精确反映当前系统的真实特性。所建立的模型无法体现系统部件特性的变化。 优化计算软件缺乏通用性 E、发展方向-在线自适应优化方法 以实时运行数据为基础，根据用户输入的系
16、统信息自动建立当前热力系统优化模型，并随着系统的运行通过分析运行数据来确定是否有必要重新建模。 E、发展方向-在线自适应优化方法组成部分：a. 系统输入部分b. 实时数据采集部分c. 数据处理部分d. 自适应建模部分e. 优化计算部分f. 调度决策部分g. 渐近寻优部分F、管网模型a. 目前状况：此类模型软件极少。中国石化股份有限公司科技开发部、炼油事业部和节能中心组织协调了“炼油厂蒸汽管网监测管理系统（简称SNAMER）”的开发工作，该项目以北京华思维科技有限公司为主，并在镇海炼化等单位的配合下于2003年底通过了中国石化科技开发部组织的技术鉴定，目前该项技术已经进入工业化推广应用阶段。F、
17、管网模型b b. . 原原理理：热热力力管管网网的的仿仿真真模模拟拟涉涉及及到到网网络络拓拓扑扑学学、流流体体力力学学、热热力力学学、计计算算数数学学和和热热能能工工程程等等领领域域的的知知识识，其其整整体体设设计计构构想想是是根根据据管管网网的的结结构构数数据据，汽汽源源流流量量、温温度度、压压力力和和用用户户流流量量或或压压力力等等有有限限参参数数，建建立立网网络络拓拓扑扑模模型型，并并由由模模型型自自动动生生成成流流体体网网络络非非线线性性方方程程组组，通通过过求求解解非非线线性性方方程程组组得得到到网网络络任任意意管管段段内内介介质质的的流流量量、流流向向、流流速速、压压降降、温温降降
18、、散散热热损损失失以以及及各各节节点点的的温温度度、压压力力等等参参数数，实实现现优优化化调调度度、合合理理用用汽汽的的节节能能目目的的，即即能能离离线线应应用用，也也能能在在线线运运行行。 F、管网模型c. 关键技术措施 将基尔霍夫的电网理论应用于流体管网，以非线性方程组描述管网流程，通过自由度分析判断决策变量，允许用户选择温度或压力作为自变量。用图形描述网络流程，用表格输入属性，以拓扑学知识自动识别管网结构，自动建立数学模型。 F、管网模型d. 数学模型 热网分析监测模型由网络拓扑模型、网络热力学模型、网络流体力学模型三个部分组成，而网络拓扑模型又包括：用于描述网络节点与管段关系的关联矩阵
19、和描述网络回路信息的圈矩阵以及描述网络通路信息的割矩阵等部分。 F、管网模型e. 数值求解方法 SNAMER采用的数值解法是牛顿拉夫森法，该算法经过优化后计算速度有了明显的提高，例如计算一个具有400根管段的管网模型，其计算时间约为10秒钟，满足在线运行的需要。F、管网模型f f. . 作作用用： 离离线线应应用用可可以以模模拟拟管管网网可可能能出出现现的的运运行行工工况况，分分析析管管网网的的可可靠靠性性和和保保温温状状况况，计计算算散散热热损损失失、凝凝结结水水的的生生成成量量和和产产生生的的位位置置，为为合合理理排排凝凝和和工工况况调调整整提提供供决决策策依依据据，也也是是设设计计新新管
20、管网网和和模模拟拟改改造造老老管管网网的的有有力力工工具具； 在在线线运运行行能能够够模模拟拟监监测测管管网网的的实实际际运运行行情情况况，使使运运行行管管理理人人员员随随时时掌掌握握管管网网的的工工况况，实实现现优优化化调调度度。 S SN NA AMME ER R还还能能为为企企业业的的蒸蒸汽汽管管网网建建立立电电子子档档案案数数据据库库，包包括括管管网网的的结结构构数数据据和和运运行行参参数数以以及及历历次次改改造造的的信信息息数数据据，能能为为扩扩建建及及改改造造工工程程及及时时、准准确确地地提提供供完完整整的的基基础础资资料料，是是制制定定全全厂厂用用能能优优化化决决策策方方案案的的
21、基基础础。 F、管网模型需需要要改改进进或或注注意意的的问问题题：( (1 1) ) 计计算算数数据据校校核核的的依依据据只只能能是是现现有有的的蒸蒸汽汽流流量量、温温度度、压压力力参参数数，但但这这些些参参数数测测点点不不少少点点本本身身存存在在较较大大的的误误差差，导导致致计计算算有有失失真真现现象象。( (2 2) )蒸蒸汽汽母母管管因因进进出出蒸蒸汽汽分分枝枝多多，且且压压力力测测点点不不足足，运运用用管管网网压压差差，计计算算蒸蒸汽汽流流通通量量准准确确性性仍仍不不足足。( (3 3) )管管网网基基础础数数据据输输入入工工作作量量大大，管管网网改改造造后后可可能能存存在在数数据据未
22、未及及时时录录入入的的问问题题。简易在线蒸汽动力平衡表简易在线蒸汽动力平衡表简易在线蒸汽动力平衡表蒸汽产耗平衡表 A、编制原则：a. 产耗分别开列。b. 只计算最终的产及耗的发生量，不计算中间转移量。B、分开工、运行、事故状态三种情况分别编写。C、分析产耗不平衡，查找蒸汽系统存在的问题。四.蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统优化的方法 优化软件应用的情况实际工作中如何开展蒸汽动力系统优化工作1. 蒸汽动力系统优化的方法热力学目标方法数学规划法三环节模型法启发式方法热力学目标方法A、夹点分析法B、顶层分析法A、夹点分析法a. 产生：1982年Linnhoff等人提出的夹点技术，在此基础上提出了热力学目
23、标方法。b. 夹点技术应用的演变 换热网络和单级、多级公用工程能量集成热回收络热机热泵等单个能量集中单元与全局能量集成几个工艺过程组成组成的全局系统A、夹点分析法c. 核心技术：全局温焓曲线d. 具体方法：利用全局温焓曲线对系统进行直接敏锐的分析，确定热力学目标以及提出很好的设计决策，并且根据该热力学目标可以选择最优的短网络。通过性能的限制约束，热力学目标方法揭示了系统的改善范围，使设计者在交互模式下进行不同的设计方案的筛选。A、夹点分析法e e. . 夹夹点点技技术术特特点点： 全全局局过过程程的的夹夹点点分分析析法法，建建立立了了从从各各过过程程冷冷、热热物物流流构构成成组组合合曲曲线线出
24、出发发，逐逐步步外外推推，最最终终形形成成全全局局温温焓焓曲曲线线和和全全局局公公用用工工程程总总组组合合曲曲线线，再再进进行行能能量量集集成成的的方方法法和和策策略略。f f. . 优优点点：该该方方法法对对于于新新设设计计节节能能效效果果显显著著。g g. .不不足足：对对改改造造项项目目，其其公公用用工工程程系系统统已已存存在在，有有时时虽虽实实施施节节能能，却却无无经经济济效效益益。而而且且这这种种全全局局集集成成策策略略是是建建立立在在对对全全局局各各过过程程间间的的相相互互关关系系有有深深入入了了解解，并并已已收收集集到到全全局局各各过过程程所所有有冷冷、热热物物流流及及公公用用工
25、工程程数数据据的的基基础础之之上上的的；对对正正在在运运行行着着的的大大型型石石化化企企业业，进进行行如如此此详详尽尽的的数数据据收收集集需需花花费费大大量量的的人人力力和和时时间间，这这无无疑疑会会影影响响全全局局过过程程夹夹点点分分析析法法的的应应用用。 B、顶层分析法a. 起源：夹点分析法的不足b. 1997年Zhu XX 等提出这一概念c. 方法：从公用工程出发，先完成公用工程系统的用能诊断，寻找出全局节能（节约蒸汽）的潜力所在，充分发挥公用工程系统的各种剩余热转化途径作用，使剩余热发挥最大的经济效益。对于公用工程系统难以利用的剩余热，寻找出相关过程，再利用全局夹点分析方法进行能量集成
26、 。B、顶层分析法d. 图示B、顶层分析法e. 基本方法：(1) 剩余热负荷的产生 (2) 剩余热负荷通过发电汽轮机做功 (3) 外购动力节省剩余热负荷 (4) 剩余热负荷转化途径的经济效益分析 (1) 剩余热负荷的产生 过过程程换换热热网网络络的的优优化化可可使使过过程程用用蒸蒸汽汽量量减减少少或或过过程程副副产产蒸蒸汽汽量量增增加加，这这两两种种结结果果都都将将打打破破原原有有公公用用工工程程系系统统的的平平衡衡关关系系，产产生生剩剩余余蒸蒸汽汽。剩剩余余热热负负荷荷的的转转化化途途径径一一般般有有：（）用用做做功功效效率率最最高高的的途途径径做做功功，使使公公用用工工程程系系统统多多产产
27、功功；（）减减少少剩剩余余热热负负荷荷，直直接接节节省省燃燃料料，同同时时使使公公用用工工程程系系统统做做功功能能力力下下降降，产产用用功功之之间间的的差差额额需需外外购购动动力力弥弥补补；（）维维持持现现有有消消耗耗途途径径。因因此此，实实现现过过程程优优化化改改造造所所产产生生的的效效益益，必必须须寻寻找找剩剩余余热热负负荷荷的的最最佳佳转转化化途途径径。 (2) 剩余热负荷通过发电汽轮机做功 过剩热负荷通过某一途径转化可增加系统做功量，而节省对应的燃料消耗量的变化为。过剩热负荷转化途径的做功效率为： (3) 外购动力节省剩余热负荷 对于必须进行热功权衡的公用工程系统，节对于必须进行热功权
28、衡的公用工程系统，节省剩余热负荷省剩余热负荷 就等于节省了锅炉蒸汽，其结就等于节省了锅炉蒸汽，其结果是燃料消耗减少果是燃料消耗减少 ，同时造成了系统做功量，同时造成了系统做功量的下降。为弥补这部分做功能力的减少，公用工的下降。为弥补这部分做功能力的减少，公用工程系统需从外界购入动力或电力。若购买单位燃程系统需从外界购入动力或电力。若购买单位燃料所需费用为料所需费用为，外购单位动力所需费用为，外购单位动力所需费用为，定义外购动力的效率为定义外购动力的效率为 inin inin11，则应购入外部动力。，则应购入外部动力。(4) 剩余热负荷转化途径的经济效益分析 若若将将1 1MMJ J燃燃料料的的
29、热热负负荷荷从从现现有有途途径径移移至至最最佳佳效效率率途途径径可可多多产产功功 WWa ad dd d为为： WWa ad dd d WWmm WWc c mm c c 式式中中， c c为为现现有有途途径径效效率率， mm为为最最佳佳途途径径效效率率。 为为保保持持公公用用工工程程系系统统产产用用功功的的平平衡衡，多多产产的的功功量量 WWa ad dd d可可从从效效率率最最差差的的途途径径减减少少相相应应的的功功量量，相相应应节节省省燃燃料料为为： F F WWa ad dd d l le ea as st t（ mm c c） l le ea as st t 式式中中， l le e
30、a as st t为为最最差差途途径径效效率率。即即在在公公用用工工程程系系统统中中，1 1MMJ J燃燃料料的的热热负负荷荷从从现现有有途途径径移移至至最最佳佳效效率率途途径径可可多多做做功功 WWa ad dd d。 (4) 剩余热负荷转化途径的经济效益分析 通过做功效率最差的途径减少做功Wadd，即可实现最大的燃料节省，其相应节省燃料费用为： CFQFCF（ mc ）least 若1t蒸汽相当于s(MJ)燃料，经济效益B（元t）为： CFs（mc）least 式中s（Ploss）boilerB、顶层分析法f f. . 基基本本步步骤骤 ：（）收收集集公公用用工工程程数数据据；（）计计算算
31、现现有有和和可可选选蒸蒸汽汽消消耗耗途途径径效效率率及及负负荷荷限限制制；（）计计算算节节省省剩剩余余热热负负荷荷外外购购动动力力途途径径效效率率；（）比比较较现现有有途途径径，可可选选途途径径和和外外购购动动力力效效率率；（）选选择择最最优优转转化化途途径径并并计计算算优优化化后后的的效效益益。 数学规划法A A、基基础础：数数学学模模型型B B、原原理理：通通过过把把蒸蒸汽汽动动力力系系统统优优化化问问题题转转换换为为一一个个数数学学规规划划问问题题并并提提供供一一个个合合适适的的优优化化算算法法来来实实现现系系统统的的优优化化。C C、发发展展：8 80 0年年代代，随随着着计计算算机机
32、的的普普及及的的热热力力学学理理论论的的日日益益完完善善，才才发发展展起起来来的的。1 19 98 83 3年年，GGr ro os ss smma an nn n采采用用结结构构最最优优化化合合成成换换热热网网络络，提提出出用用转转运运模模型型的的线线性性规规划划方方法法，求求出出最最小小公公用用工工程程费费用用，较较为为方方便便地地考考虑虑物物流流匹匹配配有有约约束束的的情情况况。 数学规划法D D、方方法法：第第一一步步是是构构造造一一个个超超结结构构( (S Su up pe er rs st tr ru uc ct tu ur re e) )，其其中中包包括括通通常常所所用用的的单单
33、元元设设备备，如如锅锅炉炉、蒸蒸汽汽轮轮机机、燃燃气气轮轮机机、电电动动机机，不不同同压压力力的的蒸蒸汽汽管管网网以以及及其其他他辅辅助助设设备备。由由此此可可产产生生许许多多可可行行的的蒸蒸汽汽动动力力系系统统方方案案。 第第二二步步是是建建立立混混合合整整数数线线性性规规划划( (MMI IL LP P) )模模型型或或混混合合整整数数非非线线性性一一( (MMI IN NL LP P) )模模型型来来表表征征蒸蒸汽汽动动力力系系统统，其其中中连连续续变变量量代代表表所所有有单单元元设设备备的的处处理理能能力力和和各各流流股股流流量量，二二元元变变量量表表示示在在给给定定操操作作条条件件下
34、下所所选选单单元元设设备备是是否否存存在在，多多周周期期问问题题表表示示单单元元设设备备在在某某周周期期是是否否运运行行以以及及运运行行中中单单元元设设备备的的操操作作方方式式。目目标标函函数数是是使使系系统统在在所所有有运运行行时时间间内内总总的的设设备备投投资资和和操操作作费费用用最最小小。三环节模型法A A、角角度度：y yo on ng g( (火火+ +用用) )分分析析 B B、华华南南理理工工大大学学华华贲贲教教授授等等提提出出这这一一方方法法C C、方方法法：从从追追踪踪能能量量变变化化的的全全过过程程和和揭揭示示子子系系统统的的能能量量流流结结构构入入手手，对对过过程程系系统
35、统进进行行全全局局的的y yo on ng g分分析析和和y yo on ng g经经济济分分析析，提提出出了了过过程程用用能能的的三三环环节节模模型型（如如图图所所示示）、过过程程用用能能的的y yo on ng g经经济济评评价价方方法法以以及及全全局局系系统统的的y yo on ng g经经济济优优化化方方法法，完完善善了了包包括括个个不不同同功功能能子子系系统统的的能能量量结结构构模模型型的的协协调调优优化化方方法法。该该模模型型不不仅仅揭揭示示了了各各种种类类型型和和各各种种复复杂杂程程度度的的过过程程系系统统能能量量结结构构的的共共性性规规律律，而而且且建建立立了了严严格格的的通通
36、用用模模型型。严严格格地地说说，三三环环节节方方法法是是一一个个把把系系统统技技术术和和热热（y yo on ng g）经经济济学学有有机机结结合合的的系系统统方方法法。 三环节模型图三环节模型法D D、不同压力等级蒸汽的能量、不同压力等级蒸汽的能量、yongyong和能级和能级 三环节模型法E、改善过程系统用能的措施按其作用分类： U类提高能量转换效率u或yong转换效率xu，属转换环节； N类降低工艺总用能n或yongxn，属利用环节； K类减少利用环节过程yong损耗DKP，属利用环节； R类提高能量回收效率（R或火用回收效率xR，属回收环节。 三环节模型法F F、作作用用：a a. .
37、 通通过过能能量量综综合合分分析析，清清楚楚地地展展示示装装置置用用能能情情况况，找找出出用用能能薄薄弱弱环环节节，提提出出节节能能降降耗耗的的方方向向。 b b. . 通通过过单单元元设设备备、局局部部子子系系统统、全全局局三三个个层层次次，工工艺艺装装置置、公公用用工工程程到到全全厂厂综综合合优优化化三三个个步步骤骤，实实现现全全局局用用能能优优化化。 c c. . 通通过过y yo on ng g经经济济分分析析和和优优化化，对对过过程程系系统统提提出出物物料料和和能能量量综综合合同同时时优优化化的的改改进进方方案案。 d d. . 开开发发新新工工艺艺流流程程，进进行行装装置置的的“
38、“瓶瓶颈颈” ”分分析析，实实现现在在扩扩产产同同时时的的能能量量综综合合优优化化。 e e. . 对对现现有有装装置置进进行行不不改改动动设设备备流流程程条条件件下下的的操操作作调调优优，给给出出在在各各种种条条件件下下的的工工艺艺参参数数的的优优化化值值，用用以以指指导导生生产产。从从而而达达到到提提高高产产品品品品质质、节节能能降降耗耗的的目目的的。 三环节模型法G、 特点： 通过对过程系统能量结构的严格描述，揭示了过程系统用能的本质，并注重本身理论体系的完善。但由于yong计算的复杂性和实际工程体系的复杂性，三环节模型的推广和应用受到限制。 2. 应用情况A A、清清华华大大学学吕吕泽
39、泽华华教教授授等等开开发发的的热热电电厂厂优优化化调调度度管管理理软软件件，应应用用于于抚抚顺顺石石化化热热电电厂厂热热电电联联供供系系统统优优化化调调度度。B B、清清华华大大学学开开发发的的蒸蒸汽汽系系统统优优化化设设计计软软件件GGP POOD DH HS S，应应用用于于燕燕山山石石化化蒸蒸汽汽动动力力与与供供热热系系统统新新建建及及改改造造方方案案的的优优化化。C C、清清华华大大学学开开发发的的通通用用蒸蒸汽汽系系统统优优化化设设计计软软件件OOD DD DS SS S- -T TH H，应应用用于于茂茂名名乙乙烯烯蒸蒸汽汽系系统统的的优优化化。D D、K KB BC C公公司司的
40、的P Pr ro os st te ea amm软软件件应应用用于于大大庆庆、镇镇海海炼炼化化分分公公司司、燕燕山山石石化化等等 。A、抚顺石化热电厂热电联供系统的优化调度 A、抚顺石化热电厂热电联供系统的优化调度A、抚顺石化热电厂热电联供系统的优化调度A、抚顺石化热电厂热电联供系统的优化调度汽轮机数学模型A、抚顺石化热电厂热电联供系统的优化调度锅炉数学模型A、抚顺石化热电厂热电联供系统的优化调度A、抚顺石化热电厂热电联供系统的优化调度A、抚顺石化热电厂热电联供系统的优化调度A、抚顺石化热电厂热电联供系统的优化调度 优化后总蒸汽消耗量由原来的917.1t/h减小为876.4t/h，节约蒸汽40
41、.7t/h，以每吨蒸汽100元计算，年运行300d计，则年获利就达约1880万元。3. 实际工作中如何开展蒸汽动力系统优化工作分为二个阶段来考虑：设计、改造时正常运行时设计、改造时A、 原则B、 投资决策过程 A、 原则a a. . 蒸蒸汽汽是是绝绝大大多多数数石石化化企企业业必必需需的的能能量量形形式式之之一一，必必需需保保证证稳稳定定可可靠靠的的供供应应。当当企企业业邻邻近近有有较较大大规规模模的的高高效效热热电电站站，可可以以保保证证稳稳定定供供应应工工艺艺所所需需参参数数的的蒸蒸汽汽时时（一一般般1 13 3. .5 5 MMP Pa a），应应优优先先考考虑虑按按合合同同购购进进蒸蒸
42、汽汽。因因为为在在一一般般情情况况下下，即即使使充充分分联联产产，小小规规模模、烧烧油油、中中压压锅锅炉炉产产汽汽成成本本也也无无法法同同大大型型热热电电站站竞竞争争。在在两两者者价价格格相相仿仿时时，宜宜仔仔细细作作技技术术经经济济比比较较。b b. . 提提高高第第一一定定律律效效率率，即即锅锅炉炉、汽汽轮轮机机组组、电电机机等等的的热热效效率率；节节省省燃燃料料、汽汽、电电。A、 原则c c. . 提提高高第第二二定定律律效效率率，即即通通过过功功热热联联产产大大大大提提高高一一次次能能源源利利用用的的y yo on ng g效效率率；主主要要是是利利用用生生产产工工艺艺用用低低压压蒸蒸
43、汽汽之之前前的的高高温温热热（y yo on ng g）先先多多作作功功。d d. . 通通过过与与工工艺艺装装置置的的热热联联合合，充充分分利利用用低低温温余余热热发发汽汽和和预预热热各各温温度度段段的的给给水水，以以节节省省自自用用汽汽和和燃燃料料。e e. . 因因市市场场状状况况决决定定的的加加工工量量和和产产品品方方案案的的变变化化和和因因气气候候、季季节节等等因因素素决决定定的的汽汽、电电需需求求的的变变化化，全全厂厂总总用用电电、汽汽负负荷荷将将在在一一定定范范围围内内波波动动。此此时时，按按固固定定条条件件设设计计的的蒸蒸汽汽动动力力系系统统在在以以上上三三个个方方面面的的目目
44、标标和和预预期期效效果果，都都会会偏偏离离; ;有有时时严严重重偏偏离离。因因此此，考考虑虑适适应应各各种种变变化化条条件件的的柔柔性性设设计计，具具有有很很大大的的节节能能潜潜力力。 B、投资决策过程a. 首先运用三环节方法、夹点分析等过程能量综合技术对蒸汽动力系统与整个系统的能量进行集成，提出多个蒸汽动力系统的优化改造投资方案；b. 根据过程概念设计或专家系统提出的改造方案，建立蒸汽动力系统的超结构模型；c. 建立超结构模型中各个设备的数学模型；B、投资决策过程d. 利用人工智能技术，根据经验建立专家系统以提高计算效率；e. 运用数学规划法和专家系统进行能量集成，利用计算机软件求出全局最优
45、解；f. 计算各方案的实施效果，进行效益对比和结果分析，在上述基础上做出合理的投资决策。正常运行时 有优化模型：应用 无优化模型：怎么办？正常运行时 通过对优化软件应用的分析，可简化分为低温热利用，提高热电厂的效益，降低管网损失三个方面开展工作 。A、低温热利用a. 将工艺热源、热阱，包括数量，温位(现在温度、目标温度)列表b. 分析现有高热低用的设备，是否存在改用低级蒸汽的可能。c. 用夹点技术或三环节模型分析热源与热阱的优化机会，并将热量用后面所讲的效益计算进行计算。B、提高热电厂的效益a a. . 搜搜集集数数据据( (1 1) ) 公公用用工工程程的的约约束束条条件件，包包括括锅锅炉炉
46、、汽汽机机进进汽汽量量、汽汽机机抽抽汽汽量量、汽汽机机发发电电量量、减减温温减减压压器器、母母管管的的流流通通上上下下限限，汽汽机机最最小小排排汽汽量量。；( (2 2) ) 构构成成动动力力的的成成本本单单价价，包包括括燃燃料料、循循环环水水、除除过过滤滤水水、外外购购电电、外外购购蒸蒸汽汽等等。( (3 3) ) 汽汽机机建建模模所所需需要要的的数数据据。( (4 4) )明明显显的的节节能能机机会会：各各减减温温减减压压器器流流通通量量，蒸蒸汽汽放放空空问问题题，锅锅炉炉的的氧氧量量、汽汽温温、压压力力参参数数，给给水水的的温温度度，加加热热器器的的投投用用率率。 B、提高热电厂的效益b
47、 b. . 为为上上述述明明显显的的节节能能机机会会设设定定合合适适的的目目标标值值，并并提提出出可可行行的的措措施施。c c. . 优优化化分分配配汽汽轮轮机机的的进进汽汽量量、锅锅炉炉的的发发汽汽量量d d. . 效效益益计计算算如如下下：( (1 1) )建建立立简简易易的的汽汽机机、锅锅炉炉的的数数学学模模型型( (2 2) )核核算算各各锅锅炉炉发发汽汽的的成成本本，初初步步确确定定锅锅炉炉发发汽汽的的经经济济性性，得得出出原原则则性性的的锅锅炉炉发发汽汽顺顺序序。( (3 3) )分分别别计计算算各各汽汽轮轮机机纯纯凝凝发发电电和和抽抽汽汽发发电电的的边边际际成成本本，与与外外购购
48、电电价价比比对对，确确定定纯纯凝凝发发电电的的经经济济性性。 B、提高热电厂的效益( (4 4) )计计算算各各级级蒸蒸汽汽在在各各汽汽机机做做功功的的效效率率，优优化化各各汽汽轮轮机机的的进进汽汽量量。( (5 5) )通通过过汽汽轮轮机机总总进进汽汽量量及及减减温温减减压压器器量量，确确定定锅锅炉炉总总负负荷荷。( (6 6) )通通过过锅锅炉炉模模型型再再细细分分锅锅炉炉负负荷荷。通通过过小小指指标标竞竞赛赛等等方方法法调调动动班班组组积积极极性性。( (7 7) )通通过过简简易易的的模模型型计计算算出出效效益益：如如果果能能再再增增加加发发电电( (当当然然是是发发电电效效益益比比省省燃燃料料效效益益高高) )则则用用发发电电利利润润计计算算，如如果果发发电电已已满满，则则用用效效益益最最低低的的锅锅炉炉节节省省燃燃料料量量计计算算。C、降低管网损失有模型：应用无模型：难了C、降低管网损失可怜的措施：a. 测管网保温层温度与环境温度之差b. 检查现场疏水器的状况
