炼厂系统耦合优化与考虑碳交易的系统分析

摘要

蒸汽动力系统是炼厂关键的能量供应部分，主要为生产工艺系统提供蒸汽、电力等公用工程以保证正常加工过程；生产工艺系统作为炼厂经济效益的主要来源，主要负责各类油品的炼制与出售。两者耦合紧密，相辅相成。传统的子系统单独优化方法往往造成能源利用率低下、资源浪费等现象，基于两系统间物流能流交换关系的系统耦合优化成为本文的研究重点。此外，为贯彻落实“节能减排”政策，借助碳交易平台，将碳交易考虑进耦合系统优化模型，实现对企业更加宏观和实际的调控。本文主要的研究内容如下： (1)在前人研究的基础上构建了锅炉、汽轮机等单元设备数学模型，结合案例实际运行数据对系统施加单元设备负荷约束、物料平衡等约束条件，最终抽象出以系统经济成本最优为目标的完整蒸汽动力系统模型。 (2)结合案例中炼厂主要加工装置的参数及装置之间的物料平衡等关系建立了生产工艺系统模型，并考虑到生产工艺系统与蒸汽动力系统之间蒸汽、燃料等物流的流动交换，建立了两系统物流和能流的耦合及约束关联式，最终抽象出以耦合系统总经济成本为优化目标的系统耦合优化模型。将耦合模型应用于北方某石化企业实际案例，利用GAMS数学建模软件的Cplex求解器求解，得出理想的优化结果，验证了该模型的有效性及优势。 (3)将碳交易成本引入耦合系统模型目标函数，形成考虑碳交易的耦合系统模型，结合案例实际数据，利用GAMS建模软件优化求解；在相同情况下，通过与原始耦合系统模型对比，进一步验证该模型的有效性及经济优化潜力；试图探究企业合理碳配额并给出系统具体调度方案。 本文结合炼厂系统优化背景和趋势，在前人研究基础上构建出炼厂蒸汽动力系统与生产工艺系统多周期耦合优化模型，并将碳交易引入该模型，通过将它们应用至实际案例，利用相关优化求解软件对模型求解，验证了模型的实用性，能从经济、节能等角度为企业实际生产提供指导。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 研究现状与发展动向

1.2.1 蒸汽动力系统优化研究现状

1.2.2 生产工艺系统优化研究现状

1.2.3 耦合系统优化研究现状

1.2.4 碳排放及碳交易研究现状

1.3 本文研究内容与路线

2 炼厂蒸汽动力系统与生产工艺系统子系统建模

2.1 炼厂蒸汽动力系统模型

2.1.1 蒸汽动力系统设备模型

2.1.2 蒸汽动力系统约束条件

2.1.3 目标函数

2.2 炼厂生产工艺系统模型

2.2.1 生产工艺系统加工装置模型

2.2.2 生产工艺系统约束条件

2.2.3 目标函数

2.3 本章小结

3 炼厂蒸汽动力系统与生产工艺系统耦合优化研究

3.1 系统耦合建模

3.1.1 基于锅炉燃料的耦合模型

3.1.2 基于公用工程的耦合模型

3.1.3 目标函数

3.2 算例分析

3.2.1 算例原始数据

3.2.2 求解软件介绍

3.2.3 结果分析

3.3 本章小结

4 考虑碳交易的耦合系统研究

4.1 基于碳交易的耦合系统建模

4.1.1 碳交易与温室气体排放核算方法

4.1.2 基于碳交易的耦合系统模型

4.2 算例分析

4.2.1 算例原始数据

4.2.2 结果分析

4.3 本章小结

结论

参 考 文 献

致谢

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