本发明专利技术公开一种集成蒸汽直管、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、蒸汽直管的管道参数以及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；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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及蒸汽动力领域，具体而言，涉及一种集成蒸汽直管、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。
技术介绍
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，而重点模拟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。
技术实现思路
本专利技术提供一种集成蒸汽直管、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，本专利技术提供了一种集成蒸汽直管、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、蒸汽直管的管道参数以及 所述蒸汽动力系统的工艺参数； S2,根据所述蒸汽动力系统的能量守恒方程、所述蒸汽动力系统的质量守恒方程、 所述蒸汽直管内蒸汽流动方程、所述各设备的能量守恒方程、所述各设备的质量守恒方程、 所述蒸汽直管中两个流向的质量流量限制方程、所述蒸汽直管中两个流向的热损方程和两 个流向的压降方程、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双流向的蒸汽直管数学模 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； S6,根据所述递减梯度进行优化运算，求出所述非线性数学模型新的可行解和新 的递减梯度值； S7,判断所述新的递减梯度值是否小于设定阈值，如果小于所述设定阈值则执行 步骤S8 ;否则返回步骤S6,并利用所述新的可行解和新的递减梯度值继续进行优化运算； S8,判断小于所述设定阈值的递减梯度值对应的可行解是否使得所述优化目标函 数的值在所述优化变量的取值范围内达到最小，如果是，则将对应的可行解作为所述蒸汽 动力系统的运行参数。 可选的，上述方法还包括以下步骤： 如果步骤S8中的判断结果为不能使得所述优化目标函数的值在所述优化变量的 取值范围内达到最小，则返回步骤S4调整所述优化变量的取值范围，重新进行优化运算。 可选的，所述对于每一直管段两个流向的压降方程为： 其中，ΛΡ1，ΛΡ2为管段内蒸汽向左流和向右流两种可能流向的管道压力降；λ 为管道摩擦系数；d为管道内径；1为直管长度；I为当量长度；P "为管道中蒸汽的平均密 度；ul，u2为管段内蒸汽向左流和向右流两种可能流向的蒸汽流速。 可选的，所述对于每一直管段两个流向的热损方程为： 其中，ΔΗ1，ΛΗ2为管段内蒸汽向左流和向右流两种可能流 向的热损量，D1为管道内径，D2为保温层外径，L为管段长度，T为罐壁温度，即蒸汽温度， T。为管道周围空气温度，Cis为保温层表面至周围空气间的总传热系数，λ为保温材料热导 率，Fl，F2为管段内蒸汽向左流和向右流两种可能流向的为蒸汽质量流量。 可选的，所述每一直管段两个流向的质量流量限制方程为： Fl · F2 = 0 其中，F1，F2为管段内蒸汽向左流和向右流两种可能流向的蒸汽质量流量。 可选的，所述优化目标函数为： TOC = TPC+TFC+TSC，并使目标函数在优化变量的取值范围内达到最小，其中，TOC 为年操作费用，TPC为年用电费用，TFC为年燃料费用，TSC为年蒸汽购买费用； 或者为： TC = TCC+TPC+TFC+TSC，其中，TC为年总费用，TCC为年投资费用，TPC为年用电费 用，TFC为年燃料费用，TSC为年蒸汽购买费用。 为达到上述目的，本专利技术提供了一种集成蒸汽直管、动力站及装置产用汽的蒸汽 动力系统的操作优化系统，包括： 性能参数模块，用于确定蒸汽动力系统所需的各设备的性能特征参数、蒸汽直管 的管道参数以及所述蒸汽动力系统的工艺参数； 建模模块，用于根据所述蒸汽动力系统的能量守恒方程、所述蒸汽动力系统的质 量守恒方程、所述蒸汽直管内蒸汽流动方程、所述各设备的能量守恒方程、所述各设备的质 量守恒方程、所述蒸汽直管中两个流向的质量流量限制方程、所述蒸汽直管中两个流向的 热损方程和两个流向的压降方程、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双流向的蒸 汽直管数学模型和动力站及装置产用汽系统模型； 模拟求解模块，用于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； 优化设定模块，用于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； 优化求解模块，用于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，并根据所述递减梯度 进行优化运算，求出所述非线性数学模型新的可行解和新的递减梯度值； 梯度阈值判断模块，用于判断所述新的递减梯度值是否小于设定阈值，如果小于 所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成蒸汽直管、动力站及装置产用汽的蒸汽动力系统的操作优化方法，其特征在于，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、蒸汽直管的管道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的能量守恒方程、所述蒸汽动力系统的质量守恒方程、所述蒸汽直管内蒸汽流动方程、所述各设备的能量守恒方程、所述各设备的质量守恒方程、所述蒸汽直管中两个流向的质量流量限制方程、所述蒸汽直管中两个流向的热损方程和两个流向的压降方程、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双流向的蒸汽直管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流向、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；S6，根据所述递减梯度进行优化运算，求出所述非线性数学模型新的可行解和新的递减梯度值；S7，判断所述新的递减梯度值是否小于设定阈值，如果小于所述设定阈值则执行步骤S8；否则返回步骤S6，并利用所述新的可行解和新的递减梯度值继续进行优化运算；S8，判断小于所述设定阈值的递减梯度值对应的可行解是否使得所述优化目标函数的值在所述优化变量的取值范围内达到最小，如果是，则将对应的可行解作为所述蒸汽动力系统的运行参数。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：楼宇航，王瑜，邢少伟，任彦，胡龙军，夏凌风，姜春阳，张楠，李学文，
申请(专利权)人：北京宜能高科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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