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申请/专利权人：湖州同润汇海科技有限公司

摘要：本发明涉及一种考虑碳排放的蒸汽动力系统中蒸汽透平布局优化方法，该方法包括：确定蒸汽动力系统中各设备的性能特征参数和蒸汽动力系统的工艺参数；确定蒸汽动力系统中所消耗燃料的种类以及各种燃料对应的低位发热量及CO2排放因子；对蒸汽动力系统进行流程模拟；根据生产工艺过程生成蒸汽透平布局的备选方案；根据蒸汽动力系统中质量平衡方程、能量平衡方程、蒸汽透平布局方案选择方程、碳排放量方程和目标函数方程生成混合整数线性数学模型；并求解出最优的蒸汽透平布局方案；最后对蒸汽透平布局结构已确定的蒸汽动力系统再次进行流程模拟，验证蒸汽动力系统的整体性能指标。该方法可显著降低蒸汽动力系统的碳排放。

主权项：1.一种考虑碳排放的蒸汽动力系统中蒸汽透平布局优化方法，其特征在于：用于从蒸汽动力系统的蒸汽透平布局设计备选方案中，找到在不同工况下整体性能或经济性更佳的蒸汽透平布局方案，该优化方法包括以下步骤：确定蒸汽动力系统中所包含的各设备的性能特征参数和蒸汽动力系统的工艺参数，其中蒸汽动力系统中所包含的各设备包括待优化布局的蒸汽透平设备和已固定布局的设备；确定蒸汽动力系统中能量转换设备所消耗燃料的种类以及各种燃料对应的低位发热量及CO2排放因子；对蒸汽动力系统进行流程模拟，确定运行工况下蒸汽和除盐水的物性参数；根据生产工艺过程在不同工况下的轴功率需求、蒸汽管线的压力等级条件和企业的要求，生成蒸汽透平布局的备选方案，并为每个备选方案设置相应的参数；根据蒸汽动力系统中各设备的质量平衡方程、各设备的能量平衡方程、所述蒸汽动力系统整体的能量平衡方程、蒸汽透平布局方案选择方程、蒸汽动力系统整体的碳排放量方程和目标函数方程，生成混合整数线性数学模型；在混合整数线性数学模型中，目标函数方程为：TOC＝TIC+TEC+TFC+TSC+TWC+TCC；其中，TOC为总操作费用，TIC为年化总投资费用，TEC为总用电费用，TFC为总燃料费用，TSC为总外购蒸汽费用，TWC为总除盐水费用，TCC为总碳排放成本费用；另外，上述总碳排放成本费用TCC的计算公式为：TCC＝CCbought-CCsold；其中，CCbought为购买碳排放额度的成本，单位￥h；CCsold为卖出碳排放额度的获利，单位￥h；对混合整数线性数学模型进行求解，使目标函数在待优化变量的取值范围内达到最小时，即得到混合整数线性数学模型的最优求解结果；在混合整数线性数学模型中，蒸汽透平布局方案选择方程为： 其中，Wsdemandt,s为已知参数，表示生产工艺过程中第t个蒸汽透平设备在第s种工况下的轴功率需求，单位为KW；Msteamt,s,n为第t个蒸汽透平设备的第n种布局备选方案在第s种工况下通入蒸汽负荷，单位为kgh；N为备选方案的总个数；Wst,n为已知参数，表示第t个蒸汽透平设备的第n种布局备选方案在通入单位质量流量蒸汽时所能实现的轴功率，单位为KW；BVt,n表示第t个蒸汽透平设备的第n种布局备选方案的选取情况，BVt,n＝1或0，BVt,n＝1表示选取第n种布局备选方案，BVt,n＝0表示为不选取第n种布局备选方案；用来保证优化计算从第t个蒸汽透平设备的所有的布局备选方案中选出1个最优方案；为已知参数，表示第t个蒸汽透平的最大蒸汽负荷，单位为kgh；上述能量转换设备为直接消耗化石燃料的设备，在混合整数线性数学模型中，能量转换设备需满足以下约束条件： 其中，Qfuelb,s为第b个能量转换设备在第s种工况下的产热量，Qfuelb,s的单位为kJh；Msteamb,s和Hsteamb,s分别为第b个能量转换设备在第s种工况下的产气量和所产蒸汽热焓；Mblowdownb,s和Hblowdownb,s分别为第b个能量转换设备在第s种工况下排水的质量流量及排水热焓；Mwaterb,s和Hwaterb,s分别为第b个能量转换设备在第s种工况下给水的质量流量及能量转换设备给水热焓；Msteamb,s、Mblowdownb,s和Mwaterb,s的单位为kJh；Hsteamb,s、Hblowdownb,s和Hwaterb,s的单位为kJkg；ηboilerb代表能量转换设备效率；能量转换设备产热量与能量转换设备中各燃料产热量之间的关系： 其中，为第b个能量转换设备在第s种工况下消耗第r种燃料所产生的热量，R为第b个能量转换设备内的燃料种类总数；能量转换设备正常运行时，能量转换设备的产气量以及能量转换设备内消耗的燃料产热量满足以下条件： 其中，和分别表示第b个能量转换设备产气量的下限值和上限值；和分别代表第b个能量转换设备内第r种燃料的最小产热量和最大产热量；在混合整数线性数学模型中，碳排放需满足以下约束条件： 其中，CE为考核时间范围内的碳排放量，单位kgh；SRs为第s种工况持续时间所占考核时间范围的比例；CEFr为第r种燃料所对应的碳排放因子，单位kgkJ；为碳排放量的绝对上限值；求解混合整数线性数学模型，根据混合整数线性数学模型的最优求解结果选出满足各生产工艺过程轴功率需求的蒸汽透平布局方案；根据混合整数线性数学模型的最优求解结果同时修正各设备的性能特征参数和蒸汽动力系统的工艺参数；对蒸汽透平布局结构已确定的蒸汽动力系统再次进行流程模拟，验证蒸汽动力系统的整体性能指标。

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