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考虑环境因素的蒸汽动力系统运行优化研究

宋心东  
【摘要】:蒸汽动力系统为化工、炼油等过程工业提供工艺蒸汽、动力、电力和热能等;同时它是耗能的大户,也是环境污染的主要来源。蒸汽动力系统的运行调度对过程工业的能源利用率和环境污染控制具有重要影响,因此,研究蒸汽动力系统的运行优化对过程工业的节能降耗和减少污染物排放具有重要意义。本文主要研究内容如下: (1) 本文在对蒸汽动力系统包括锅炉、汽轮机、燃气轮机、余热锅炉等主要设备性能分析的基础上,建立了反映各设备性能的数学模型。并在此基础上,根据各设备实际运行的情况,总结出机组设备优先运行的七条规则,该规则能定性地指出在某工况下由某设备优先运行能使系统的运行经济性最好。 (2) 在蒸汽动力系统运行的研究中引入了污染物排放问题,并建立了各污染物的数学模型。使蒸汽动力系统运行优化不仅考虑经济性,还要考虑环境污染问题。 (3) 根据蒸汽动力系统优化建模理论,综合考虑了蒸汽动力系统各设备运行过程中的启停费用、锅炉效率变化的非线性、汽轮机做功的非线性和蒸汽动力系统污染物排放等因素,建立了蒸汽动力系统运行优化模型。但是,随着运行周期和设备的增多,上述建立的模型传统的各种算法均不能有效地求解。本文根据蒸汽动力系统模型的多周期和非线性的特点,提出了改进的遗传算法,该遗传算法能够快速求得最优解。 (4) 采用改进的遗传算法对蒸汽动力系统运行的两个算例进行求解。结果表明,在考虑污染物排放费用后,总运行费用增加了4.2%~7.87%;在燃料可选的情况下,运行最优的状况不一定是燃料消耗最小的情况,要综合考虑燃料费用和污染物排放费用。而且两个算例优化出来的设备运行状况与总结得出的设备优先运行规则相一致。通过对两个应用算例的求解计算,证明了本文提出的蒸汽动力系统建模及求解策略的有效性和实用性。


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