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蒸汽动力系统优化设计与运行集成建模及求解策略的研究

罗向龙  
【摘要】:过程工业蒸汽动力系统是过程工业的重要组成部分,它的安全、稳定运行是企业安全、稳定、长周期运行的基础。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率和经济性具有重要影响,研究蒸汽动力系统设计、运行、控制各层次的集成建模优化对于指导蒸汽动力系统全面优化具有重要意义。 (1)本文在总结前人在蒸汽动力系统优化的工作成果的基础上,针对蒸汽动力系统的特点,将过程能量系统多层次集成建模的思想应用到蒸汽动力系统,阐述蒸汽动力系统的物理结构、流结构、功能层次结构模型,对蒸汽动力系统中包括锅炉、汽轮机、燃气轮机、余热锅炉等主要设备建立适用于集成优化求解的数学模型。 (2)在研究蒸汽动力系统最优设计和优化运行模型的基础上,建立蒸汽动力系统设计和运行同步优化的多周期集成模型,模型综合考虑了设计阶段投资折旧费用函数的非线性、各设备运行过程中的启停费用、锅炉效率的变化以及汽轮机做功过程的非线性等因素。 (3)随着周期和设备的增多,蒸汽动力系统多周期最优设计与运行集成模型的求解更加困难,传统的各种求解算法均不能有效的求解。本文对遗传算法基本原理、优缺点等进行了讨论,针对蒸汽动力系统集成模型自身的多周期和非线性的特点,提出了改进的遗传算法,改进后的遗传算法在初始解群的生成、约束条件的处理、遗传算子等方面都做了相应的改进,并引入了边界搜索的方法来优化搜索路径。改进后的遗传算法更加简单实用,能够快速求得最优解。 (4)采用改进的遗传算法分别对蒸汽动力系统优化调度算例和设计与运行同步优化算例进行计算,并将优化调度算例结果与不考虑锅炉效率变化和汽轮机做功非线性的优化调度线性模型计算结果进行了比较,比较结果表明蒸汽动力系统优化调度过程中考虑锅炉效率的变化和汽轮机做功的非线性因素是非常有必要的;利用线性规划软件LINGO5.0对中石油某炼化公司蒸汽动力系统运行计划进行了优化,得到了令人满意的优化运行计划。通过以上优化计算,证明了本文提出的蒸汽动力系统集成模型及求解策略的有效性和实用性。


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