CCPP煤氣系統(tǒng)建模與運(yùn)行優(yōu)化研究.pdf

1、我國(guó)是鋼鐵大國(guó)，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱之一的鋼鐵工業(yè)是我國(guó)能源消耗大戶，消耗的能源占全國(guó)能源總消耗的15％。近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，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(yán)峻問(wèn)題。將聯(lián)合循環(huán)發(fā)電與煉鋼/鐵工藝相結(jié)合，燃用煉鋼/鐵過(guò)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(jì)探索出一條未來(lái)社會(huì)可接受的新路。作為聯(lián)合循環(huán)和煉鋼/鐵工藝中間過(guò)渡環(huán)節(jié)

2、的煤氣系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱CCPP煤氣系統(tǒng)），起到了承上啟下的作用，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到后續(xù)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)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(dòng)較大，造成煤氣壓縮機(jī)容易發(fā)生喘振和運(yùn)行效率不高等問(wèn)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(jìn)一步推廣應(yīng)用。
　　本文以上海某鋼廠備用電廠聯(lián)合循環(huán)機(jī)組煤氣系統(tǒng)為背景，根據(jù)煤氣系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，在深入分析煤氣系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上

3、，全面系統(tǒng)地開(kāi)展了CCPP煤氣系統(tǒng)建模和運(yùn)行優(yōu)化方法的研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了CCPP煤氣系統(tǒng)防喘振控制模型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文的主要工作歸納如下：
　　1.CCPP煤氣系統(tǒng)工藝復(fù)雜，涉及的部件眾多，其中煤氣壓縮機(jī)是壓力提升部分的核心裝置。本文在已有理論成果的基礎(chǔ)上，基于壓縮機(jī)能量傳遞和能量損失機(jī)理，建立了多級(jí)離心壓縮機(jī)的機(jī)理模型。基于此模型，可以預(yù)測(cè)壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況和非設(shè)計(jì)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(duì)壓縮機(jī)性

4、能的影響。在上述壓縮機(jī)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合冷卻器、分離器和調(diào)節(jié)閥的機(jī)理模型以及煤氣熱力性質(zhì)的計(jì)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(yùn)行，為煤氣系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方法和防喘振控制策略的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　2.針對(duì)機(jī)理模型在離心壓縮機(jī)建模中所遇到的困難，提出采用并行混合模型的結(jié)構(gòu)建立大型離心壓縮機(jī)的性能預(yù)測(cè)模型。該模型由機(jī)理模型與數(shù)據(jù)補(bǔ)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(diǎn)。機(jī)理模型能夠在趨勢(shì)上較好的反映

5、主要影響因素對(duì)壓縮機(jī)性能的影響。補(bǔ)償模型則利用過(guò)程數(shù)據(jù)彌補(bǔ)機(jī)理模型由于理論假設(shè)等所帶來(lái)的模型偏差。過(guò)程數(shù)據(jù)通常含有異常點(diǎn)，直接利用這些數(shù)據(jù)建立補(bǔ)償模型，往往會(huì)出現(xiàn)過(guò)擬合現(xiàn)象，導(dǎo)致混合模型部分或完全失效。對(duì)于多維數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)，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(jìn)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(guò)程數(shù)據(jù)中異常點(diǎn)的影響，并能夠簡(jiǎn)化模糊系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)。最后，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了上述混合建模

6、方法的有效性。
　　3.針對(duì)CCPP煤氣系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題，首先根據(jù)煤氣系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，分析了影響煤氣系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(yùn)行優(yōu)化方案。針對(duì)CCPP煤氣系統(tǒng)工藝復(fù)雜，影響因素眾多，變量相關(guān)性強(qiáng)的特點(diǎn)，提出了基于歷史數(shù)據(jù)的運(yùn)行優(yōu)化方法。分別提出了基于過(guò)程模型的運(yùn)行優(yōu)化方法和基于過(guò)程逆模型的運(yùn)行優(yōu)化方法，并將兩種方法應(yīng)用于煤氣系統(tǒng)冷卻器的運(yùn)行優(yōu)化，取得了良好的優(yōu)化效果。針對(duì)新過(guò)程運(yùn)行時(shí)間

7、短，建模數(shù)據(jù)不足的現(xiàn)象，提出基于相似過(guò)程之間數(shù)據(jù)特征的相似性，將已有相似過(guò)程歷史數(shù)據(jù)中包含的豐富過(guò)程信息和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)通過(guò)JY_PLS模型遷移到新過(guò)程上，并結(jié)合少量試運(yùn)行，加快新過(guò)程運(yùn)行優(yōu)化的思想。分別提出了基于過(guò)程模型遷移的新過(guò)程的運(yùn)行優(yōu)化方法，以及基于過(guò)程逆模型遷移的新過(guò)程的運(yùn)行優(yōu)化方法，并將兩種方法應(yīng)用于新的相似煤氣系統(tǒng)冷卻器的運(yùn)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(jī)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了