一种基于边际成本核算的蒸汽动力系统优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于边际成本核算的蒸汽动力系统优化方法，其涉及蒸汽动力系统改造优化技术领域，该方法通过获取蒸汽动力系统中产汽设备、动力和电力设备的相关数据，结合这些数据计算产汽设备产汽负荷及动力和电力设备发电负荷对应的可变成本及边际成本，并将边际成本与外购成本加以比较，以确定蒸汽动力系统的发汽量、发电量以及外购蒸汽量和电量。此方法针对蒸汽动力系统的特点，在保证用汽工艺需求的条件下，满足蒸汽动力系统实际运行过程中的安全、稳定、经济、设备特性等因素的约束，提出基于边际成本分析的蒸汽动力优化系统，用于评价系统实际运行的成本及操作建议，使蒸汽动力系统运行负荷最优，效益最好，为企业降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蒸汽动力系统改造优化
，尤其涉及一种基于边际成本核算的蒸汽动力系统优化方法。
技术介绍
作为能量密集型的石油化工产业素来以高能耗著称，伴随着能源类资源的供需关系日益紧张，能源价格不断攀升，同时，随着对环境保护的力度不断加大，石化企业对蒸汽系统的经济性越来越重视。在大型化工或石油化工装置中，蒸汽动力系统已成为重要组成部分，所有的工艺过程都需要蒸汽和电力等公用工程的连续供应，而提供这些公用工程需要消耗大量的投资和运行费用，因此即使在运行方面做很小的改进，就能获得很可观的经济效益。目前蒸汽动力系统的典型特点是：1、锅炉、汽机负荷基本靠经验，能满足生产需求即可，仅凭经验来调节运行则很难保证经济性的指标，易造成系统运行成本偏高。2、多工况变化(季节变化、燃料价格变化、电价格变化、加工负荷变化)，这些工况变化之间互相联系、互相影响，使得运行操作复杂。考虑到蒸汽动力系统的上述特点，炼油企业在自产蒸汽和电力不够用或者自产蒸汽不够经济的前提下，外购蒸汽和电力。如果盲目购买或者完全自产都有可能造成不经济，于是需要对蒸汽系统加以优化。目前，针对蒸汽系统的优化，主要分为两种，其一，针对蒸汽系统管网的调度方法的优化，通过集成蒸汽系统的能源产耗历史数据和调度参数，建立调度优化模型，并采用优化算法计算得到优化运行方案，供现场调度人员和管理人员根据优化方案进行调度。其二，针对蒸汽管网、动力站和装置产用汽的操作优化，通过建立蒸汽动力系统模型并模拟求解，确定蒸汽流向、流量、压力和温度变量的最优操作运行值。针对蒸汽动力系统操作参数优化主要有采用线性规划法或以生产成本为目标函数，对目标函数进行优化计算获得运行操作方法。目前，企业在计算生产成本时，通常采用的是完全成本法。实际上，总成本(TC)包括固定成本(TFC)和可变成本(TVC)，其中的固定部分(TFC)，属于总成本(TC)中的沉没部分，不随产汽负荷(Q)变化而变化，固定成本对生产指导的意义有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对蒸汽动力系统的特点，在保证用汽工艺需求的条件下，满足蒸汽动力系统实际运行过程中的安全、稳定、经济、设备特性等因素的约束，提出基于边际成本分析的蒸汽动力优化系统，用于评价系统实际运行的成本及操作建议，使蒸汽动力系统运行负荷最优，效益最好，为企业降低生产成本。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于边际成本核算的蒸汽动力系统优化方法，包括以下步骤：(1)获取蒸汽动力系统中产汽设备、动力和电力设备的运行状态及数据；(2)获取产汽设备的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数；(3)获取动力和电力设备的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数；(4)获取蒸汽动力系统进行成本计算的基础数据；(5)根据步骤(1)至(4)中的数据，计算产汽设备产汽负荷及动力和电力设备发电负荷对应的可变成本及边际成本；(6)将步骤(5)中计算后获得的边际成本与外购成本加以比较，以确定蒸汽动力系统的发汽量、发电量以及外购蒸汽量和电量。作为优选，所述步骤(1)获取蒸汽动力系统中锅炉、汽轮机的运行状态及数据，其包括如下步骤：(101)根据用汽设备的用汽量建立蒸汽动力系统拓扑模型；(102)在上述模型基础上，确定用汽设备在不同运行工况下的用汽量；(103)对用汽设备在不同运行工况下的用汽量求和，确定蒸汽需求总量；(104)根据蒸汽需求总量，设定蒸汽动力系统中产汽设备、动力和电力设备的运行状态及数据。作为优选，所述步骤(2)中获取的产汽设备的额定负荷为每台产汽设备安全运行的最低和最高负荷，以及产汽设备所产气量满足用汽和供热的最低值；确定的产汽设备的实际可操作区间，需要根据历史数据给出设备一定的运行余量，产汽设备运行需要满足以下约束条件：△S：产汽设备负荷余量，单位t/h；Si：第i个锅炉产汽量，单位t/h；Si,max：第i个锅炉最大产汽量，单位t/h。作为优选，所述步骤(3)中获取的动力和电力设备的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数为涉及动力和电力设备启停约束条件的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数。作为优选，所述步骤(4)中的基础数据包括：燃料消耗量、除氧水消耗量、自用蒸汽消耗量、自用动力消耗量、能源价格。作为优选，所述燃料消耗量与产汽设备负荷和产汽设备效率相关，产汽设备效率与产汽设备负荷相关，产汽设备效率与产汽设备负荷满足以下关系式：η：锅炉效率；Q：产汽负荷，单位t/h；A、B：常数；通过以下热平衡关系式计算产汽设备所需燃料量：Bqt：燃料耗量，单位t/h；Q：产汽负荷，单位t/h；HST：蒸汽热焓，单位kJ/kg；HWL：产汽设备给水热焓，单位kJ/kg；Qarq：燃料热值，单位kJ/kg；η：锅炉效率。作为优选，所述自用动力消耗量与产汽设备负荷满足以下关系：DS＝aQ3+bQ2+cQ+dDS：自用动力消耗量；Q：产汽负荷；a、b、c、d：常数。作为优选，所述步骤(5)中每台产汽设备的发蒸汽可变成本通过下述公式计算：TVC＝MM×YM+MW×YW+MD×YD+MG×YG+MST×YSTTVC：产汽设备的发蒸汽可变成本；MM：燃料耗量，单位t/h；MW：除氧水耗量，单位t/h；MD：自用电耗量，单位kW·h；MG：石灰石耗量，单位t/h；MST：自用蒸汽耗量，单位t/h；YM：燃料价格；YW：除氧水价格；YD：自用电价格；YG：石灰石价格；YST：自用蒸汽价格；每吨蒸汽的边际成本，即，产汽设备产汽负荷变动1t/h的可变成本的增量通过下述公式计算：DVCST：每吨蒸汽的边际成本；TVC：产汽设备的发蒸汽可变成本；Q：产汽负荷；发电边际成本，即，动力和电力设备发电负荷变动1kW·h的可变成本的增量通过下述公式计算：DVCD：每kW·h电的边际成本；TVC：产汽设备的发蒸汽可变成本。作为优选，所述步骤(6)中若计算后获得的最小边际成本≥外购成本，则满足最小负荷运行即可，不需增加负荷；若计算后获得的最小边际成本＜外购成本，则可增加负荷运行。本专利技术所提供的基于边际成本核算的蒸汽动力系统优化方法，其通过获取蒸汽动力系统中产汽设备、动力和电力设备的相关数据，结合这些数据计算产汽设备产汽负荷及动力和电力设备发电负荷对应的可变成本及边际成本，并将计算后获得的边际成本与外购成本加以比较，以确定蒸汽动力系统的发汽量、发电量以及外购蒸汽量和电量。该方法针对蒸汽动力系统的特点，在保证用汽工艺需求的条件下，满足蒸汽动力系统实际运行过程中的安全、稳定、经济、设备特性等因素的约束，提出基于边际成本分析的蒸汽动力优化系统，用于评价系统实际运行的成本及操作建议，使蒸汽动力系统运行负荷最优，效益最好，为企业降低生产成本。附图说明图1是本专利技术所提供的实施例中蒸汽动力系统拓扑模型；图2是本专利技术所提供的实施例中边际成本与锅炉负荷增量的关系曲线图；图3是本专利技术所提供的实施例中边际成本与锅炉负荷增量的关系曲线比较分析图。图1中：1-中压蒸汽管网、2-低压蒸汽管网、3-1#锅炉、4-2#锅炉、5-3#锅炉、6-减温减压器、7-1#汽轮机、8-2#汽轮机、9-冷凝水、10-第一用户、11-第二用户、12-外排冷凝水、13-除盐水、14-除氧器、15-锅炉给水泵。具体实施方式下面结合附图并通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于边际成本核算的蒸汽动力系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取蒸汽动力系统中产汽设备、动力和电力设备的运行状态及数据；(2)获取产汽设备的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数；(3)获取动力和电力设备的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数；(4)获取蒸汽动力系统进行成本计算的基础数据；(5)根据步骤(1)至(4)中的数据，计算产汽设备产汽负荷及动力和电力设备发电负荷对应的可变成本及边际成本；(6)将步骤(5)中计算后获得的边际成本与外购成本加以比较，以确定蒸汽动力系统的发汽量、发电量以及外购蒸汽量和电量。

【技术特征摘要】
1.一种基于边际成本核算的蒸汽动力系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取蒸汽动力系统中产汽设备、动力和电力设备的运行状态及数据；(2)获取产汽设备的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数；(3)获取动力和电力设备的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数；(4)获取蒸汽动力系统进行成本计算的基础数据；(5)根据步骤(1)至(4)中的数据，计算产汽设备产汽负荷及动力和电力设备发电负荷对应的可变成本及边际成本；(6)将步骤(5)中计算后获得的边际成本与外购成本加以比较，以确定蒸汽动力系统的发汽量、发电量以及外购蒸汽量和电量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)获取蒸汽动力系统中锅炉、汽轮机的运行状态及数据，其包括如下步骤：(101)根据用汽设备的用汽量建立蒸汽动力系统拓扑模型；(102)在上述模型基础上，确定用汽设备在不同运行工况下的用汽量；(103)对用汽设备在不同运行工况下的用汽量求和，确定蒸汽需求总量；(104)根据蒸汽需求总量，设定蒸汽动力系统中产汽设备、动力和电力设备的运行状态及数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中获取的产汽设备的额定负荷为每台产汽设备安全运行的最低和最高负荷，以及产汽设备所产气量满足用汽和供热的最低值；确定的产汽设备的实际可操作区间，需要根据历史数据给出设备一定的运行余量，产汽设备运行需要满足以下约束条件：ΣiSi+ΔS≤ΣiSi,max]]>△S：产汽设备负荷余量，单位t/h；Si：第i个锅炉产汽量，单位t/h；Si,max：第i个锅炉最大产汽量，单位t/h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中获取的动力和电力设备的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数为涉及动力和电力设备启停约束条件的额定负荷和实际可操作的区间及性能参数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的基础数据包括：燃料消耗量、除氧水消耗量、自用蒸汽消耗量、自用动力消耗量、能源价格。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮慧娟，朱江，王海，
申请(专利权)人：广州优华过程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44