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38120字硕士毕业论文工业组态汽轮机网络的仿真与优化

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38120字
论点:蒸汽,网络,工质
论文概述:

本文详细介绍了某乙烯装置蒸汽管网中的透平网络的模拟和优化。此透平网络设备包括四台压缩机透平、二台减温减压器和八台泵透平(电泵),其中压缩机透平运用AspenPluS流程软件模拟。

论文正文:

第一章引言

1.1本课题的研究背景和意义
能源是人类生存的物质基础。这些宝贵的资源是有限的,不可再生的。中国的能源储量为92%的煤炭、4.7%的水电、2.9%的石油和0.2%的天然气。煤炭储量远远高于其他储量,这决定了中国的能源消费结构必须以煤炭为主。中国经济发展的目标是到2050年达到中等发达国家的水平,但目前还处于工业化的早期阶段。因此,有必要投入足够的能源来维持经济的高速稳定发展。近年来,中国能源储备紧张,能源使用不容乐观。火力发电是一个资源消耗巨大的行业。煤主要用作燃料来产生电能。其基本生产过程如下:锅炉燃料燃烧产生的热量将液态水转化为水蒸气,将化学能转化为热能;蒸汽压推动汽轮机旋转,热能转化为机械能;然后汽轮机驱动发电机旋转,机械能转化为电能。目前,中国燃煤机组占全国总装机容量的77.82%,为4.84亿千瓦。年平均煤炭消耗量占煤炭总消耗量的一半以上。据估计,到2050年,中国装机容量将达到16亿千瓦,其中燃煤机组仍将占总装机容量的60%以上,未来50年[2j电力行业对煤炭的需求将大幅增加。那时,煤炭将很难满足电力工业的发展。因此,为了保持国民经济的持续增长,必然要求电力系统自身进一步提高效率,降低消耗,节约能源。
与此同时,中国的能源利用效率不容乐观。一些数据显示,到2006年底,中国发电厂的平均标准煤耗为375帕瓦时,而同期世界先进水平仅为3179瓜瓦时。与国际水平相比,中国电力工业总体上具有高能耗、低效率的特点。主要问题是:(1)包括锅炉和汽轮机在内的部分蒸汽动力系统设备陈旧低效;(2)一些炼油厂随着扩大生产的需要,逐步增加了新的小锅炉和小汽轮机,但从系统优化的角度来看,并没有将扩大后的生产设备有机地结合起来。(3)在当前市场经济条件下,一些蒸汽动力系统已不能适应不断变化的蒸汽和电力需求,导致低电压、低效率发电。目前,中国能源利用效率约为33%,比发达国家低10个百分点左右。因此,提高火电机组的使用效率,降低煤耗,必将是缓解中国现有能源危机的有效途径。在如此大的燃料消耗基数下,以2006年为例,如果供电年平均煤耗下降,可节约标准煤2834.4万吨/年,占煤炭总产量的1.35%。因此,火力发电厂具有巨大的节能潜力。从以上分析可以看出,火电厂节能应成为国民经济发展的一项长期战略任务。我们要坚持资源开发与节约并举、节约第一的思想,努力实现“十一五”期间降低火电厂供电煤耗的政策。火电厂可以采取以下节能措施:(1)通过火电机组系统的过程计算,分析运行条件,优化运行参数,提高设备使用效率,实现系统的优化运行;(2)在满足用户电力需求(即火电机组负荷)的前提下,优化调度系统中各发电机组的负荷分配和运行条件,使系统运行所需的总成本或燃料总量最小化;(3)对火电机组系统主要设备的运行状况进行实时监控,随时找出导致机组设备经济性降低的原因和位置,指导员工进行调整和维护。电力企业的所有发电机组都是燃煤火力发电机组,包括单机容量为300-600兆瓦的大型电厂和单机容量为6-12MW的小型电厂。虽然本文的研究对象是蒸汽管网中的汽轮机网络,但它具有与火电厂机组相同的设备特性,因此汽轮机网络研究得出的结论也适用于电力公司的火电机组。本文采用上述节能降耗的基本措施之一,即通过合理分配火电机组负荷,实现科学的经济调度,降低燃料消耗,以最小的能耗实现国民经济持续健康发展,具有重要意义。

1.2课题研究现状
本文利用AspenPlus过程仿真软件和数学规划方法,针对某乙烯厂蒸汽管网中的汽轮机网络系统,建立了汽轮机网络混合模型。然后在所建立的模型基础上,以压气机涡轮的抽气量和泵涡轮的切换值等变量为自变量,以涡轮网络的总进气量即能耗为目标变量,选择粒子群优化算法同时优化网络结构和参数,达到节能降耗的目的。因此,文献综述按内容分为两部分:第一部分是蒸汽动力系统或汽轮机网络模型,第二部分是汽轮机网络的经济调度,即最优负荷分配。

第2章汽轮机网络

2.1汽轮机网络的背景描述
本文主要介绍乙烯装置蒸汽管网中的汽轮机网络系统。研究内容包括四个压力等级:超高压蒸汽系统(55管网)、高压蒸汽系统(HS管网)、中压蒸汽系统(MS管网)和低压蒸汽系统(LS管网)。汽轮机网络中的设备按类型主要分为三类:压气机透平、泵透平和减温减压器。涡轮是一种将包含在流体工作介质中的能量转化为机械功的机器。涡轮机的工作介质可以是气体,例如蒸汽、气体、空气体、其他气体或混合气体,或者液体,例如水、油或其他液体。使用水作为工作介质的涡轮机被称为水轮机;使用蒸汽作为工作介质的涡轮机被称为蒸汽涡轮机。使用气体作为工作介质的涡轮机被称为燃气涡轮机。乙烯装置中的所有涡轮机都是蒸汽驱动涡轮机。第2章汽轮机网络2.1汽轮机网络的背景描述本文主要介绍乙烯装置蒸汽管网中的汽轮机网络系统。研究内容包括四个压力等级:超高压蒸汽系统(55管网)、高压蒸汽系统(HS管网)、中压蒸汽系统(MS管网)和低压蒸汽系统(ls管网)。汽轮机网络中的设备按类型主要分为三类:压气机透平、泵透平和减温减压器。涡轮是一种将包含在流体工作介质中的能量转化为机械功的机器。涡轮机的工作介质可以是气体,例如蒸汽、气体、空气体、其他气体或混合气体,或者液体,例如水、油或其他液体。使用水作为工作介质的涡轮机被称为水轮机;使用蒸汽作为工作介质的涡轮机被称为蒸汽涡轮机。使用气体作为工作介质的涡轮机被称为燃气涡轮机。乙烯装置中的所有涡轮机都是蒸汽驱动涡轮机。

第3章工业装置的汽轮机网络建模...................基于Aspen Plus的26-41
3.1压缩机涡轮网络模拟……26-37
3.2……37-39
3.2.1基于数学规划的减温减压器模型……37-39 [/BR/] 3.2.2泵涡轮(电动泵)型号……39[/比尔/] 3.3本章概述……39-41
第四章基于粒子群算法的汽轮机网络优化……41-53
4.1数学模型……42-44
4.2粒子群优化算法……44-48 [/BR/] 4.2.1基本粒子群优化……44-45 [/BR/] 4.2.2标准粒子群优化……45-47
4.2.3约束治疗……47-48
4.3汽轮机网络能量优化……48-52
4 . 3 . 1 MATLAB-Aspen Plus接口工具箱……48-49
4.3.2优化结果和分析……49-52
4.4本章概述……52-53
第5章总结和展望……53-55
5.1研究总结……53
5.2工作展望……53-55

结论

基于乙烯装置蒸汽管网实时监测及能耗优化项目的研究背景,通过AspenPlus过程仿真软件和数学编程方法,建立了一个汽轮机网络机理模型,模拟实际生产情况。通过选择合适的控制变量和目标变量,应用标准粒子群优化算法调整网络的生产过程,提高炼油厂的经济效益。具体工作如下:
(1)论文背景及应用现状研究。首先,指出石化工业消耗大量能源,能源利用水平不容乐观。然后,介绍了汽轮机网络仿真和优化的重要性。然后,分两部分简要介绍了国内外汽轮机网络能量利用优化的现状。
(2)介绍了乙烯装置蒸汽管网中的汽轮机网络系统和化工过程模拟软件AspenPlus。根据AspenPlus软件的稳态仿真特点,指出汽轮机网络蒸汽热力参数关系的复杂性和工况的变化将导致实际电厂设备参数的变化。然后研究了汽轮机排汽量变化引起的功的非线性问题,并用Fortran语言编写成AsPenPlus软件。
(3)汽轮机网络混合模型。首先,利用AspenPlus化工过程仿真软件建立压气机涡轮网络模型。基于所建立的模型,研究了单个汽轮机工况的变化对汽轮机效率的影响,以及四个汽轮机抽汽量的变化对压气机透平网络总入口蒸汽需求的影响。其次,利用数学规划方法建立减温器和减压器的蒸汽出口流量与入口流量之间的关系,以及涡轮泵的蒸汽消耗和电泵的功率消耗模型。
(4)汽轮机网络能量利用优化。首先,介绍了粒子群优化算法、界面工具箱和约束处理的基本概念。然后,基于粒子群优化算法,利用Matlab-AsPenPlus接口工具对汽轮机网络进行优化。以各汽轮机抽汽量、减温器和减压器入口流量、电泵/涡轮泵投入使用和备用组合为自变量,以汽轮机总网络蒸汽消耗量为目标变量,同时优化网络结构和参数。

参考
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