熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機組負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)

造紙企業(yè)主要用能為電和蒸汽，除采用工藝改造節(jié)能外，實現(xiàn)合理用電用汽成為節(jié)能的主要措施。大部分的造紙企業(yè)能耗較高的一個重要原因是在能量利用的過程中缺乏有效的監(jiān)測、分析和優(yōu)化。因此，許多造紙企業(yè)試圖探索運用信息化手段解決造紙工業(yè)當(dāng)前節(jié)能降耗的問題。

大部分大型造紙企業(yè)都自備熱電廠，熱電廠是造紙企業(yè)的能源轉(zhuǎn)換單，它為造紙企業(yè)提供生產(chǎn)用能（包括電和蒸汽）。電能和熱能聯(lián)合生產(chǎn)稱為熱電聯(lián)產(chǎn)，造紙企業(yè)熱電廠都以熱電聯(lián)產(chǎn)的方式運行。造紙企業(yè)熱電廠汽輪機是在保證抽汽量的前提下再調(diào)整發(fā)電量，而且造紙廠存在用汽波動大、用汽不確定等因素，其運行方式與熱電廠有差別。例如：化學(xué)制漿間歇蒸煮，在蒸煮升溫階段，蒸汽消耗量很大，而在保溫、噴放和裝料階段，蒸汽用汽量較少；當(dāng)紙機生產(chǎn)正常時，蒸汽使用量比較穩(wěn)定，但是當(dāng)紙機斷紙時，紙機蒸汽用量幾乎為零；有些用汽波動是可以預(yù)測的，如制漿蒸煮用汽；有些是不可以預(yù)測的，如紙機斷紙后需要停止用汽。雖然大型電廠和部分熱電廠配備負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。目前操作人員主要根據(jù)經(jīng)驗實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，具有很大的局限性。因此，必須結(jié)合造紙企業(yè)用汽特點，進(jìn)一步研究汽輪機運行過程中的熱經(jīng)濟(jì)性并在不同機組間合理的分配負(fù)荷，建立汽輪機組負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

本文以某造紙企業(yè)熱電廠為背景，以該企業(yè)已建成的全廠能量系統(tǒng)優(yōu)化信息平臺為基礎(chǔ)，利用平臺提供的強大的數(shù)據(jù)集成功能，采集企業(yè)的實時生產(chǎn)和管理信息，根據(jù)造紙企業(yè)熱電廠實際情況，設(shè)計開發(fā)了一套汽輪機組負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況。當(dāng)終端用汽量變化時，可重新計算出每臺汽輪機的負(fù)荷分配參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)人員進(jìn)行在線優(yōu)化。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)是在已建成的造紙企業(yè)全廠能量系統(tǒng)優(yōu)化信息平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)，主體部分采用美國通用電氣(GE)公司智能平臺軟件搭建。如圖1所示，系統(tǒng)分為顯示層、優(yōu)化計算層，數(shù)據(jù)存儲層。

2 機組負(fù)荷分配優(yōu)化計算

某大型紙廠配備外供熱量300萬GJ的生產(chǎn)能力的熱電分廠，有2臺容量為50MW的一次調(diào)節(jié)抽汽凝汽式汽輪機機組。汽輪機的部分抽汽除用于該公司的造紙、制漿等生產(chǎn)過程外，部分外供其他單位。汽輪機組發(fā)電除供自用電和制漿、造紙及輔助系統(tǒng)外，剩余部分上網(wǎng)向外供電，其熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)如圖2所示。

2.1 負(fù)荷分配優(yōu)化模型

為了在滿足制漿造紙生產(chǎn)過程的熱能和電能需求前提下實現(xiàn)系統(tǒng)燃料消耗量最小的目標(biāo)，本文根據(jù)前面建立的優(yōu)化模型結(jié)合實際運行情況及運行數(shù)據(jù)，建立該系統(tǒng)的優(yōu)化模型。

目標(biāo)函數(shù)：

2.2 優(yōu)化模型的求解

線性規(guī)劃是應(yīng)用最廣泛的優(yōu)化技術(shù)之一，也可以說是一種最有效的優(yōu)化技術(shù)。線性規(guī)劃法是解決多變量最優(yōu)決策的方法，是在各種相互關(guān)聯(lián)的多變量約束條件下，求解一個對象的線性目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的問題。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用

依據(jù)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)分為運行優(yōu)化、模型校正、實時運行、模擬運行、歷史趨勢五部分，其中運行優(yōu)化和模型校正是系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的主優(yōu)化界面如圖5所示。

通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況，當(dāng)制漿、造紙熱、電負(fù)荷變化時，在滿足發(fā)電與供熱需求的前提下，系統(tǒng)以總蒸汽消耗量最小為目標(biāo)函數(shù)實現(xiàn)優(yōu)化。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間的有效集成，當(dāng)制漿、造紙等終端用汽用電情況發(fā)生變化時，系統(tǒng)在滿足終端用汽用電前提下指導(dǎo)操作人員合理分配汽輪機負(fù)荷，使造紙企業(yè)能耗降低、效益提高；也可以對汽輪機組進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，便于中心調(diào)度人員查看汽輪機實時運行數(shù)據(jù)，指導(dǎo)調(diào)度人員發(fā)出合理調(diào)度指令。

責(zé)任編輯：葛