CCPP煤氣系統(tǒng)建模與運行優(yōu)化研究.pdf

1、我國是鋼鐵大國，作為國民經(jīng)濟支柱之一的鋼鐵工業(yè)是我國能源消耗大戶，消耗的能源占全國能源總消耗的15％。近年來，隨著人們環(huán)保意識的增強，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低資源、能源消耗，減少環(huán)境污染物的排放，是鋼鐵工業(yè)面臨的嚴峻問題。將聯(lián)合循環(huán)發(fā)電與煉鋼/鐵工藝相結合，燃用煉鋼/鐵過程的副產(chǎn)煤氣發(fā)電，能起到能源高效循環(huán)再利用和減少環(huán)境污染物排放的目的，為鋼鐵工業(yè)的清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟探索出一條未來社會可接受的新路。作為聯(lián)合循環(huán)和煉鋼/鐵工藝中間過渡環(huán)節(jié)

2、的煤氣系統(tǒng)（以下簡稱CCPP煤氣系統(tǒng)），起到了承上啟下的作用，其運行狀態(tài)的好壞直接影響到后續(xù)聯(lián)合循環(huán)機組的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。然而，受前段煉鋼/鐵工藝的影響，煤氣系統(tǒng)的流量、壓力和溫度等波動較大，造成煤氣壓縮機容易發(fā)生喘振和運行效率不高等問題。阻礙了聯(lián)合循環(huán)在鋼鐵工業(yè)副產(chǎn)煤氣等二次能源回收利用中的進一步推廣應用。
　　本文以上海某鋼廠備用電廠聯(lián)合循環(huán)機組煤氣系統(tǒng)為背景，根據(jù)煤氣系統(tǒng)的實際運行情況，在深入分析煤氣系統(tǒng)特點的基礎上

3、，全面系統(tǒng)地開展了CCPP煤氣系統(tǒng)建模和運行優(yōu)化方法的研究，并在此基礎上進行了CCPP煤氣系統(tǒng)防喘振控制模型系統(tǒng)的設計。本文的主要工作歸納如下：
　　1.CCPP煤氣系統(tǒng)工藝復雜，涉及的部件眾多，其中煤氣壓縮機是壓力提升部分的核心裝置。本文在已有理論成果的基礎上，基于壓縮機能量傳遞和能量損失機理，建立了多級離心壓縮機的機理模型?；诖四Ｐ?，可以預測壓縮機在設計工況和非設計工況下的性能。該模型還可用于分析幾何尺寸等參數(shù)變化對壓縮機性

4、能的影響。在上述壓縮機模型的基礎上，結合冷卻器、分離器和調(diào)節(jié)閥的機理模型以及煤氣熱力性質(zhì)的計算模型，建立了CCPP煤氣系統(tǒng)的模型，用于模擬煤氣系統(tǒng)的生產(chǎn)運行，為煤氣系統(tǒng)運行優(yōu)化方法和防喘振控制策略的研究奠定了基礎。
　　2.針對機理模型在離心壓縮機建模中所遇到的困難，提出采用并行混合模型的結構建立大型離心壓縮機的性能預測模型。該模型由機理模型與數(shù)據(jù)補償模型并聯(lián)組成，因此能夠充分發(fā)揮不同建模方法的優(yōu)點。機理模型能夠在趨勢上較好的反映

5、主要影響因素對壓縮機性能的影響。補償模型則利用過程數(shù)據(jù)彌補機理模型由于理論假設等所帶來的模型偏差。過程數(shù)據(jù)通常含有異常點，直接利用這些數(shù)據(jù)建立補償模型，往往會出現(xiàn)過擬合現(xiàn)象，導致混合模型部分或完全失效。對于多維數(shù)據(jù)中的異常點，很難利用傳統(tǒng)方法將其一一剔除，為此提出了基于魯棒PLS、模糊系統(tǒng)以及改進減聚類算法的非線性魯棒建模方法。該方法能夠有效抑制過程數(shù)據(jù)中異常點的影響，并能夠簡化模糊系統(tǒng)模型的結構。最后，通過仿真實驗，驗證了上述混合建模

6、方法的有效性。
　　3.針對CCPP煤氣系統(tǒng)的運行優(yōu)化問題，首先根據(jù)煤氣系統(tǒng)的實際運行情況，分析了影響煤氣系統(tǒng)運行經(jīng)濟性的主要因素，確定了以冷卻水流量為決策變量的煤氣系統(tǒng)運行優(yōu)化方案。針對CCPP煤氣系統(tǒng)工藝復雜，影響因素眾多，變量相關性強的特點，提出了基于歷史數(shù)據(jù)的運行優(yōu)化方法。分別提出了基于過程模型的運行優(yōu)化方法和基于過程逆模型的運行優(yōu)化方法，并將兩種方法應用于煤氣系統(tǒng)冷卻器的運行優(yōu)化，取得了良好的優(yōu)化效果。針對新過程運行時間

7、短，建模數(shù)據(jù)不足的現(xiàn)象，提出基于相似過程之間數(shù)據(jù)特征的相似性，將已有相似過程歷史數(shù)據(jù)中包含的豐富過程信息和運行經(jīng)驗通過JY_PLS模型遷移到新過程上，并結合少量試運行，加快新過程運行優(yōu)化的思想。分別提出了基于過程模型遷移的新過程的運行優(yōu)化方法，以及基于過程逆模型遷移的新過程的運行優(yōu)化方法，并將兩種方法應用于新的相似煤氣系統(tǒng)冷卻器的運行優(yōu)化，取得了良好的優(yōu)化效果。
　　4.在CCPP煤氣系統(tǒng)模型和煤氣壓縮機模型的基礎上，設計并開發(fā)了