【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及蒸汽動力，尤其涉及碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法。
技術介紹
1、主動力設備是為蒸汽動力系統中工藝過程提供蒸汽和電力的裝置，主動力設備在蒸汽管網中的不同連接結構來滿足工藝過程的需求，不同的配置和操作優化方案產生的蒸汽和電力的平衡，進而影響系統的成本和碳排放量。因此，對蒸汽動力系統中主動力設備進行優化可以有效降低系統碳排放。
2、目前一些已有的研究顯示，都是將主動力設備在蒸汽網絡中固定后再對蒸汽動力系統進行優化設計，缺少對于主動力設備本身連接配置的優化設計。為此需要對現有技術作進一步地改進。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是針對上述現有技術，而提供一種能有效減少碳排放的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法。
2、本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：用于從蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化備選方案中，找到不同工況下整體性能或經濟性更佳的主動力設備的配置和操作優化方案，且找到的優化方案需滿足蒸汽動力系統整體的碳減排指標，該優化方法包括如下步驟：
3、步驟1、確定蒸汽動力系統中所包含的各設備的性能參數和蒸汽動力系統的工藝參數，其中蒸汽動力系統中所包含的各設備包括待優化配置的主動力設備和已固定配置的主動力設備；
4、步驟2、根據生產工藝過程在不同工況下蒸汽需求、軸功率需求和蒸汽管線
5、步驟3、根據蒸汽動力系統中各設備的質量平衡方程、各設備的能量平衡方程、蒸汽動力系統整體的質量守恒方程、蒸汽動力系統整體的能量守恒方程、主動力設備配置方案選擇方程、蒸汽動力系統的各項運行參數、蒸汽動力系統整體的碳排放量方程和目標函數方程，生成混合整數線性數學模型；
6、步驟4、求解混合整數線性數學模型，根據混合整數線性數學模型的最優求解結果選出最優的主動力設備配置和操作優化備選方案，并判斷最優的主動力設備的配置和操作優化備選方案是否滿足蒸汽動力系統整體的性能指標，如是，則轉入到步驟5；如否，則轉入到步驟2；
7、步驟5、構建主動力設備的生命周期碳排放方程，并將其與已構建的基礎模型建立耦合模型，求解耦合模型，并根據耦合模型的結果得到最優的主動力設備配置和操作優化備選方案，并驗證最優的主動力設備配置和操作優化備選方案是否滿足蒸汽動力系統整體的碳減排指標。
8、為了能進一步選擇經濟性和整體性能均更佳的備選方案，優選地，所述步驟5中如果最優的主動力設備配置和操作優化備選方案不能滿足蒸汽動力系統整體的碳減排指標，則轉入到步驟2，重新生成主動力設備配置的優化備選方案。
9、優選地，在混合整數線性數學模型中，目標函數方程為：
10、costtotal＝costoper+costcapt×f?ann
11、其中，costtotal為蒸汽動力系統的總費用，costoper為蒸汽動力系統的總操作成本，表示在工況s下新鮮水購買的總成本，表示在工況s下蒸汽動力系統消耗燃料的總成本，表示在工況s下蒸汽動力系統購買蒸汽的總成本，表示在工況s下蒸汽動力系統對外購買電力的總成本，表示在工況s下蒸汽動力系統加入冷卻水補給的總成本，costcapt為設備投資成本，fann為年化系數。
12、在上述方案中，所述待優化配置的主動力設備包括鍋爐，在混合整數線性數學模型中，鍋爐配置方案選擇方程滿足如下條件：
13、
14、其中，mblr,s表示在工況s時鍋爐燃料的使用量，qfuel表示鍋爐燃料的熱值，表示進入鍋爐的飽和水比熱，δtsat_bfw表示鍋爐補給水的飽和溫度差，δhsat_suh表示蒸汽從過熱溫度到飽和溫度的比熱負荷，bblr和ablr均為系數且均為常數，表示在工況s時鍋爐出口蒸汽質量流量，表示鍋爐最大出口蒸汽的最大流量，表示在工況s時鍋爐排污水的質量流量，δh?bd表示鍋爐排污水的焓值。
15、進一步地，在混合整數線性數學模型中，鍋爐配置方案選擇方程還滿足如下條件：
16、
17、其中，表示鍋爐購買的投資總成本，為工況s時鍋爐額定出口的蒸汽壓力，表示工況s時鍋爐的冗余度，表示工況s時鍋爐額定出口的蒸汽質量流量大小，p?unit表示單位轉換值，p?usdcny為美元兌換人民幣的比率，a、b、c和d均為常數。
18、進一步地，所述待優化配置的主動力設備還包括汽輪發電機，在混合整數線性數學模型中，汽輪發電機配置方案選擇方程滿足如下條件：
19、
20、其中，coststg表示汽輪發電機的投資成本，a1、b1、c1和d1均為常數，表示在工況s下通過汽輪發電機的平均蒸汽體積流量，ptransform表示系數，表示在工況s下汽輪發電機出口蒸汽的質量流量，表示汽輪發電機的入口蒸汽比體積，表示汽輪發電機的出口蒸汽比體積，表示在工況s下汽輪發電機的做功大小，表示蒸汽驅動機出入口蒸汽的等熵焓差，bstg和astg分別汽輪機設計性能的截距和斜率固定常數，e表示aguilar模型的回歸系數，表示進出口蒸汽飽和溫度差，
21、在混合整數線性模型中，蒸汽動力系統整體的碳排放量方程為：
22、
23、其中，表示蒸汽動力系統的碳排放總成本，表示蒸汽動力系統排放的年度二氧化碳總量，表示碳排放的稅率；
24、碳排放需要滿足以下條件：
25、
26、表示蒸汽動力系統的碳排放量允許最大值，的計算公式為：
27、
28、其中，t表示蒸汽動力系統在一年中的運行時間，ts表示蒸汽動力系統在工況s下的運行時間，表示燃料在鍋爐中消耗的質量大小，blr表示鍋爐設備集合，表示燃料在余熱鍋爐中消耗的質量大小，hrsg表示余熱鍋爐設備集合，q?fuel表示燃料的熱值大小；ci?fuel代表燃料的碳排放強度大小。
29、優選地，所述步驟5中的主動力設備的生命周期碳排放方程如下：
30、
31、其中，表示蒸汽動力系統的燃料煤開采、運輸、燃燒的總碳排放量，表示每開采一千克燃料煤產生的碳排放量，表示使用內燃機卡車運輸每公里每千克的物料產生的碳排放量；p?transportfuel表示燃料煤開采地到工業企業的運輸距離；
32、
33、其中，表示在工況s下新鮮補給水的開采和運輸產生的總碳排放量，表示在工況s下新鮮補給水進入到除氧器的質量流量，表示每開采一千克新鮮補給水產生的碳排放量，p?transportmuw表示新鮮補給水開采地到工業企業的運輸距離。
34、在耦合模型中，加入主動力設備的生命周期碳排放方程后的蒸汽動力系統總碳排放量計算公式為：
35、
36、其中，表示在工況本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：用于從蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化備選方案中，找到不同工況下整體性能或經濟性更佳的主動力設備的配置和操作優化方案，且找到的優化方案需滿足蒸汽動力系統整體的碳減排指標，該優化方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：所述步驟5中如果最優的主動力設備配置和操作優化備選方案不能滿足蒸汽動力系統整體的碳減排指標，則轉入到步驟2，重新生成主動力設備配置的優化備選方案。
3.根據權利要求2所述的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：
4.根據權利要求3所述的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：
5.根據權利要求4所述的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：
6.根據權利要求5所述的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：
7.根據權利要
8.根據權利要求7所述的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：
9.根據權利要求8所述的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：在耦合模型中，加入主動力設備的生命周期碳排放方程后的蒸汽動力系統總碳排放量計算公式為：
...【技術特征摘要】
1.一種碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：用于從蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化備選方案中，找到不同工況下整體性能或經濟性更佳的主動力設備的配置和操作優化方案，且找到的優化方案需滿足蒸汽動力系統整體的碳減排指標，該優化方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：所述步驟5中如果最優的主動力設備配置和操作優化備選方案不能滿足蒸汽動力系統整體的碳減排指標，則轉入到步驟2，重新生成主動力設備配置的優化備選方案。
3.根據權利要求2所述的碳減排背景下蒸汽動力系統中主動力設備的配置和操作優化方法，其特征在于：
4.根據權利要求3所述的碳減排背...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李光輝，許森然，顧敦罡，陸嘉麒，劉睿，
申請(專利權)人：上海工程技術大學，
類型：發明
國別省市：
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