过程模拟与优化
化学工程中的传质过程优化与模拟
化学工程中的传质过程优化与模拟传质过程是化学工程中的重要环节，它涉及物质在不同相之间的传递和分布。
优化传质过程可以提高反应效率、降低能源消耗，进而改善产品质量和降低生产成本。
而模拟传质过程则可以帮助工程师更好地理解和预测实际系统的行为，为工艺设计和操作提供指导。
传质过程中最常见的一种现象是扩散。
扩散是指物质由高浓度区域向低浓度区域的自发移动。
在化学工程中，我们经常需要将反应物输送到反应器中，或者将产物从反应器中分离出来。
因此，了解和控制扩散过程对于化学工程师来说至关重要。
优化传质过程的方法有很多种，其中一种常用的方法是通过改变传质介质的性质来提高传质速率。
传质介质的选择可以根据具体的应用需求进行优化。
例如，在某些情况下，选择具有较大表面积的填料可以增加传质界面的面积，从而提高传质速率。
另外，改变传质介质的物理性质，如粒径、孔隙度等，也可以改善传质过程。
此外，还可以通过在传质介质中添加助剂或表面活性剂来改变传质过程的性质，提高传质速率。
除了优化传质介质的性质外，改变传质条件也是优化传质过程的重要手段之一。
传质速率与温度、压力、浓度等因素密切相关。
通过调节这些因素，可以改变传质速率，实现传质过程的优化。
例如，在某些情况下，提高温度可以增加物质的扩散速率，从而加快传质过程。
另外，通过改变传质过程中的压力差或浓度差，也可以改变传质速率。
因此，在实际工程中，我们可以根据具体情况调整传质条件，以达到最佳的传质效果。
传质过程的模拟是化学工程中的重要工具之一。
通过模拟传质过程，我们可以更好地理解和预测实际系统的行为。
在过去，传质过程的模拟主要依靠实验方法，但是实验方法通常费时费力且成本较高。
而借助计算机模拟技术，我们可以更快速、更经济地进行传质过程的模拟。
通过建立数学模型，我们可以模拟传质过程中的物质传递和分布，从而预测系统的行为。
这对于工艺设计、操作优化和故障诊断都具有重要意义。
传质过程的模拟需要考虑多个因素，如传质介质的性质、传质条件、反应动力学等。
化工工艺设计中过程模拟优化的应用
化工工艺设计中过程模拟优化的应用化工工艺设计是指利用化学反应原理和工艺技术对某种原料进行加工处理或转化，以获得最终的化学产品或中间体的一种工程技术。
在化工工艺设计过程中，过程模拟优化是一种重要的方法，可用于优化工艺流程、提高生产效率和产品质量。
过程模拟是指在电脑上模拟化工生产过程，以模拟各种可能的生产情况。
过程模拟技术可以帮助化工工程师更好地了解生产过程，提高工艺设计的准确性。
过程模拟技术还可以帮助工程师确定最优操作条件以及优化生产线的布局。
过程模拟技术可以与优化算法相结合，实现过程模拟优化。
过程模拟优化是指通过对生产过程进行模拟，并使用优化算法来寻找最优的工艺参数，以提高生产效率和产品质量。
过程模拟优化可以加快研发周期，提高产品质量和降低生产成本。
具体应用包括以下几个方面：（1）反应器设计优化在化工生产中，反应器是核心设备。
反应器的设计优化可以通过过程模拟来实现。
过程模拟可以帮助工程师确定最佳的反应器尺寸和操作条件，以提高反应器的效率和产品质量。
（2）流程优化在化工生产中，流程优化可以帮助生产线达到最高效率和最佳的产品质量。
过程模拟可以帮助优化生产线的布局和操作条件，以降低生产成本、提高生产效率和加快生产速度。
（3）质量控制过程模拟优化可以帮助生产企业确定最佳的生产条件，以确保产品质量。
过程模拟可以模拟生产过程，并评估不同操作条件下产品的质量，从而帮助企业确定最佳的生产条件。
（4）原料选择和处理过程模拟可以用来评估不同原料的性质和特征，在选择原料时更加准确的把握。
过程模拟也可以用来模拟原料的处理过程，以提高生产效率和产品质量。
总之，过程模拟优化是化工生产中重要的一环。
它可以帮助企业更好地了解生产过程，寻找最佳的生产条件，提高生产效率、降低生产成本，从而获得更好的经济效益。
化工工艺设计中过程模拟优化的应用
化工工艺设计中过程模拟优化的应用化工工艺设计中的过程模拟优化是指通过建立数学模型和运用计算机仿真技术，对化工过程进行模拟和优化，以达到提高效率、降低成本、改善产品质量的目的。
它在化工领域的应用十分广泛，下面将从几个方面介绍其应用。
过程模拟优化可以在化工工艺设计的早期阶段，用于根据已有的实验数据和经验知识，建立化工过程的数学模型，并对其进行模拟。
模拟可以帮助工程师对整个过程的各个环节进行仿真，了解流体的流动、物质的转化、热力学性质等关键参数的分布情况，以及对环境的影响等。
通过模拟，工程师可以提前了解到可能出现的问题，并进行预测和调整，以优化设计方案。
过程模拟优化可以用于优化工艺参数。
通过模拟计算，可以对不同的工艺参数进行调整，包括温度、压力、反应时间、物料配比等。
这样可以在提高产品质量的前提下，达到最优的生产能力和经济效益。
模拟还可以对不同的工艺路径进行比较，从而找到最佳的工艺方案。
过程模拟优化可以用于控制系统的设计。
模拟可以提供对过程动态响应的预测，从而为控制系统的设计和调整提供参考。
通过模拟优化，可以帮助设计出稳定性好、时变性能和鲁棒性强的控制系统，从而提高工艺过程的稳定性和可控性。
过程模拟优化还可以应用于工艺安全和环境保护。
通过模拟，可以对可能发生的事故情况进行预测和评估，并采取相应的措施避免或减少事故的发生。
模拟也可以用于评估工艺过程对环境的影响，如废水的排放、废气的处理等，从而设计和优化环保措施。
过程模拟优化在化工工艺设计中具有重要的应用价值。
通过模拟，可以降低试验成本，提高设计效率，同时还可以得到更准确的结果和更全面的信息，为工程师提供决策依据，实现最优的工艺设计。
随着计算机技术的不断发展和模拟优化方法的进一步完善，过程模拟优化在化工领域的应用前景将更加广阔。
化工过程模拟与优化
02
化工过程模拟的原理与技术
单元操作模拟
总结词
单元操作模拟是针对化工过程中单个操作单元的模拟，通过 数学模型描述单元内部物料和能量的传递、转化和平衡。
详细描述
单元操作模拟基于物理化学原理，通过建立数学模型来描述 单元设备的内部过程，如流体流动、传热、传质等。通过单 元操作模拟，可以预测设备性能、优化操作参数和提高设备 效率。
04
化工过程模拟的挑战与解决方案
数据缺失与不确定性
总结词
数据缺失和不确定性是化工过程模拟中的常见问题，需要采用数据填充、概率建模和蒙特卡洛模拟等 方法进行处理。
详细描述
在化工过程中，由于实验成本高昂或历史数据不足等原因，常常存在数据缺失的情况。为了减小数据 缺失对模拟结果的影响，可以采用插值、回归等方法对缺失数据进行填充。同时，可以采用概率建模 和蒙特卡洛模拟等方法来处理不确定性问题，为决策提供更全面的信息。
目的
优化化工过程，提高产品质量、降低 能耗和减少环境污染，实现经济效益 和环境效益的双重提升。
模拟的重要性
提高生产效率
通过模拟，可以预测和优化化工过程 的操作条件，提高生产效率。
降低实验成本
通过模拟，可以在实验室内进行大量 虚拟实验，避免了实际生产中的高昂 成本和安全风险。
优化产品设计
通过模拟，可以对新产品的设计和开 发进行预测和优化，缩短产品开发周 期。
总结词
优化算法用于寻找化工过程的最优操作 参数和配置，以提高生产效率和降低能 耗。
VS
详细描述
优化算法基于数学规划、梯度下降等方法 ，通过迭代搜索最优解。常见的化工过程 优化算法包括线性规划、非线性规划、遗 传算法等。通过优化算法的应用，可以找 到最优的操作参数和配置，提高生产效率 和降低能耗，实现化工过程的节能减排和 可持续发展。
工业生产过程模拟仿真及优化方法开发
工业生产过程模拟仿真及优化方法开发工业生产过程模拟仿真及优化方法的开发，是现代制造业中的重要课题。
通过模拟仿真和优化方法，可以帮助企业准确评估生产过程中的关键指标，优化生产流程，提高生产效率和质量。
一、工业生产过程模拟仿真方法的开发1. 离散事件仿真（DES）方法：离散事件仿真是工业生产过程模拟的一种常用方法。
它基于事件触发方式，模拟系统中的各个事件和其相互关系，以求得最终的仿真结果。
开发离散事件仿真方法，需要建立准确的系统模型，并选择合适的仿真工具进行模拟。
2. 连续系统仿真方法：连续系统仿真是在时间上连续的仿真方法，适用于连续型生产过程的模拟。
通过建立数学模型，利用数值计算的方法求解微分方程，可以获取系统在不同时间点的状态变化和输出结果。
3. 混合仿真方法：混合仿真方法结合了离散事件仿真和连续系统仿真的优点，适用于同时包含离散事件和连续系统的生产过程。
该方法可以更精确地模拟和优化工业生产过程的运行。
二、工业生产过程模拟仿真方法的应用1. 生产能力评估：通过模拟仿真方法，可以对生产过程中的各个环节进行模拟，并对生产能力进行评估。
基于仿真结果，企业可以合理规划生产流程，提高产能，降低生产成本。
2. 生产调度优化：通过模拟仿真，可以模拟不同的生产调度策略，并评估其对生产效率和交付能力的影响。
以此为基础，优化生产调度方案，实现生产过程的高效运行。
3. 资源利用优化：模拟仿真可以帮助企业合理配置生产资源，优化物料存储和生产设备的使用。
通过精确模拟生产过程中的资源使用情况，可以有效减少资源浪费，提高资源利用效率。
三、工业生产过程优化方法的开发1. 数据分析与预测：通过对生产过程中的关键数据进行分析和预测，可以及时发现问题和瓶颈，并提出优化建议。
数据分析和预测的方法包括统计分析、时间序列分析、模型预测等。
2. 优化算法开发：针对不同类型的生产过程，可以开发相应的优化算法。
优化算法可以通过最小化成本、最大化利润或平衡多个指标来实现生产过程的优化。
化工过程模拟与优化
化工过程模拟与优化化工工业在全球经济中起着至关重要的作用，有着广泛的应用。
然而，化工过程的设计和优化面临着许多难题。
这些难题包括如何减少生产成本，增加产量，提高质量和安全性，降低环境污染等方面。
为了解决这些问题，化工过程模拟和优化成为了研究的重点。
化工过程模拟指的是在计算机上建立化工过程的数学模型，描述化学反应、流体力学、传热传质和材料平衡等基本过程，模拟实际过程的运动和变化。
化工过程优化旨在在制定最佳计划或进行优化操作，使化工生产的效率达到最大，同时确保生产的质量和安全性。
化工过程模拟与优化是分不开的，前者提供了理论基础和计算方法，后者通过优化方法和算法提高化工过程性能。
化工过程模拟和优化的研究和应用领域非常广泛。
例如，石油化工行业中，通过模拟和优化可以减少炼油过程中的能耗，降低生产成本。
在制药业中，化工过程模拟可以帮助设计出更有效的药品合成方案，并优化生产过程以达到最佳效果。
在环保领域，化工过程模拟和优化可以帮助设计和实现低污染、高效能的工艺，减少废水、废气和废料排放，保护环境。
化工过程模拟和优化要素包括，但不限于：一、建立化工过程数学模型化工过程数学模型是基于数学、物理和化学原理建立的模型，描述化学反应、流体力学、传热传质、质量平衡等基本过程。
模型的建立是化工过程模拟和优化的关键。
通过模型可以描述和预测化工过程的运动和变化，为优化提供理论基础。
二、实验数据采集和模型参数估计模型参数设置对模拟结果影响极大。
参数不准确可能导致模拟结果与实际不符。
因此，需要收集精确的数据来估计模型参数。
理论上，模型参数估计的精度应越高越好。
三、数值计算方法化工过程模拟需要用数学模型进行计算。
但是，通常使用的数学模型往往过于复杂，难以进行精确计算。
因此，需要使用现代数值计算方法优化计算速度和精度。
四、算法和优化方法化工过程优化需要算法和优化方法。
正确的优化算法和方法可以使得生产过程的成本降低，并可以在更短的时间内得到最优解。
化学工程中的化工过程模拟与优化技术
化学工程中的化工过程模拟与优化技术化学工程是一门应用科学，旨在研究和应用化学原理和工程原理来设计、开发和改进化学过程。
在化学工程中，化工过程模拟与优化技术是一项重要的工具，它可以帮助工程师有效地预测和改进化学过程的性能和效率，从而提高生产效益和降低成本。
化工过程模拟是指使用数学模型和计算机仿真技术来模拟化学过程中的各种物理和化学现象。
通过建立适当的数学模型，可以揭示化学反应的动力学、传热传质的规律以及设备和流体流动的行为。
化工过程模拟能够帮助工程师理解和预测化学过程中的复杂现象，为工艺的设计和优化提供指导。
化工过程模拟技术通常分为静态模拟和动态模拟两种。
静态模拟主要关注化学过程中的平衡状态，通过求解质量守恒、能量守恒和物质平衡等方程，得到化学过程中各个组分的浓度和温度分布。
这对于工程师来说是十分重要的，因为它可以帮助他们选择合适的操作条件和设备参数，以实现既定的产品质量和产量目标。
动态模拟则更多地关注化学过程中的动态行为，如反应速率的变化、设备的响应时间等。
动态模拟可以帮助工程师分析和优化化学过程中的控制策略，以实现更好的过程控制性能。
此外，动态模拟还可以用于分析工艺的安全性和稳定性，有助于优化化学过程的操作和控制。
除了化工过程模拟技术，优化技术也是化学工程中的一个重要工具。
优化技术旨在找到化学过程的最佳操作条件，以达到最小的成本或最大的产量。
常见的优化方法包括数值优化、多目标优化和逻辑优化等。
这些方法可以帮助工程师确定最佳的操作参数、设备规格和生产策略，从而实现资源的最大化利用和生产效益的最大化。
化工过程模拟与优化技术的应用非常广泛。
例如，在石油化工领域，通过模拟和优化炼油过程，可以提高产品的质量和产量，并减少废物和能源消耗。
在制药工业中，化工过程模拟与优化技术可以用于设计和改进药物的合成过程，提高药物的纯度和产量。
在环境保护领域，化工过程模拟与优化技术可以帮助工程师设计高效的废水处理系统，减少对环境的污染。
化学工程中的化工过程模拟与优化
化学工程中的化工过程模拟与优化第一章引言化学工程是一个综合性的学科，涵盖了化学、物理、数学等多个领域。
在化学工程的实践中，进行化工过程的模拟与优化是一项重要任务。
通过对化工过程进行模拟和优化，可以使其更加高效、安全和可持续。
第二章化工过程模拟2.1 概述化工过程模拟是指利用数学和物理模型，对化工过程的各项参数进行计算和模拟。
通过对化工过程的模拟，可以了解到不同操作条件下的反应物浓度、产品产率和副产物生成情况等，为进一步的优化提供依据。
2.2 模型建立化工过程模拟的第一步是建立数学和物理模型。
在建立模型时，需要考虑到反应动力学、热力学、传质和传热等因素，并根据实际情况选取合适的计算方法和数学模型。
2.3 模拟软件化工过程模拟通常借助化工流程模拟软件进行。
常用的化工流程模拟软件有Aspen Plus、CHEMCAD等。
这些软件具有强大的计算和模拟功能，能够对复杂的化工过程进行全面的分析。
第三章化工过程优化3.1 概述化工过程优化是指通过调整操作条件和工艺参数，使得化工过程达到最佳状态。
优化的目标可以是提高产率、降低能耗、减少废弃物排放等。
3.2 优化方法化工过程优化可以采用传统的试错法，也可以利用数学优化算法进行。
常见的数学优化算法有线性规划、整数规划、非线性规划等。
这些算法能够根据优化目标和约束条件，找到最优化的操作条件和工艺参数。
3.3 多目标优化在实际的化工过程中，常常存在多个相互矛盾的优化目标。
此时，需要采用多目标优化的方法，在多个目标之间寻找平衡点。
多目标优化可以采用权重法、向量法等方法进行。
第四章化工过程模拟与优化应用案例4.1 基于化工过程模拟的优化以乙烯裂解过程为例，通过对反应动力学和热力学参数进行建模和模拟，可以预测出不同操作条件下的产品产率和副产物生成情况。
在此基础上，通过优化操作条件和催化剂种类，可以提高乙烯的产率，降低副产物生成，实现该过程的优化。
4.2 基于化工过程优化的节能减排以石化企业的蒸汽系统为例，通过对蒸汽管网排水温度、锅炉燃烧控制等参数进行优化，可以实现蒸汽的节能和减排。
化学工程师化工过程模拟与优化
化学工程师化工过程模拟与优化化学工程师在化工生产中发挥着重要的作用，其中化工过程模拟与优化是其核心工作之一。
本文将重点介绍化工过程模拟与优化的概念、意义以及常用的方法。
一、化工过程模拟的概念与意义1. 概念化工过程模拟是指利用计算机技术和数学方法对化学工程过程进行虚拟仿真，以预测和评估该过程在不同操作条件下的物质转化、热力学性质、动力学行为等方面的变化。
2. 意义化工过程模拟具有以下重要意义：（1）节约成本：通过模拟分析，可以在实际生产之前对工艺方案进行优化，降低生产成本。
（2）提高生产效率：利用模拟技术可以优化操作参数、设备尺寸等，从而提高生产效率。
（3）降低风险：通过模拟预测，可以提前发现潜在的安全隐患，降低生产风险。
（4）减少资源消耗：模拟技术可以帮助合理利用原材料，减少资源浪费。
二、化工过程模拟与优化的常用方法1. 物质平衡模拟物质平衡模拟是化工过程模拟中最基本的内容之一。
其通过考虑质量、能量的守恒关系，建立化工系统的物质平衡方程，从而分析和评估化工过程中各组分的转化情况。
2. 动力学模拟动力学模拟是研究化工过程中反应速率、反应机理等动力学行为的重要手段。
通过建立反应动力学模型，模拟和预测反应过程中物质的转化情况，进而优化反应条件，提高产品的选择性和收率。
3. 热力学模拟热力学模拟可以评估化工过程中的热力学性质，如相平衡、热力学稳定性等。
利用热力学模型可以优化操作条件，提高能源利用效率，降低能源消耗。
4. 流体模拟流体模拟是研究流体在化工过程中的流动行为的重要手段。
通过建立流体模型，模拟和预测流体在不同操作条件下的流动性质，如速度分布、浓度分布等，可以设计和优化化工设备的结构和尺寸，提高传质和传热效果。
5. 过程优化化工过程优化是在模拟分析的基础上，通过调整操作参数、设备尺寸等，以达到最佳生产效果。
过程优化的目标可以是降低成本、提高产量、改进产品质量等。
三、案例分析以某化工生产过程为例，对其进行模拟与优化。
化工过程的模拟与优化
化工过程的模拟与优化化学工程是一个涉及到众多领域和产业的学科。
其涉及到化学和物理的基础理论，材料科学和工艺学的密切联系，以及相关的过程安全、环境保护等方面。
其中，化工过程的模拟与优化是化学工程领域中至关重要的一部分。
本文就化工过程模拟与优化的相关问题进行探讨。
一、化工过程模拟的重要性化工过程模拟是将现有的化学反应或物理过程通过模型计算，预测其在大规模运行情况下可能出现的变化和效果。
这样，我们可以在实际生产时预先对各种因素进行计算和分析，从而为后续的工作提供更为科学和实用的参考。
首先，化工过程模拟能够帮助化学工程师了解所研究的过程中各种物质如何互动，从而进一步认识和研究化学反应的机理和规律。
其次，当我们需要开发新的化学品或生产技术时，利用计算机实现化工过程模拟可以节约人力物力，并且可以避免实验室工作中的环境和人员安全问题。
此外，化工过程模拟还有利于提高生产效率、降低成本和改善产品质量等诸多方面。
二、化工过程模拟的方法化工过程模拟的方法可以分为两类：一类是基于计算机的数学模型，一类是基于物理模型。
基于计算机的数学模型是化工过程模拟的主要手段。
其核心就是采用数学公式、方程式和算法对化工过程中的各种物质流量、流程等进行计算和模拟。
这样做能够尽可能地还原实际的化学反应和物理过程，分析和预测某些参数和特性，并且建立初步的模拟结果。
现代化工过程模拟软件具有丰富的功能和应用，能够进行多种计算和分析，并提供新颖的建模方法和优化策略。
目前，化工行业最流行的模拟软件是Aspen和HYSYS等。
基于物理模型则是利用物理学原理对化工过程进行建模和分析。
其基本思路是基于物理学的规律，通过实验来研究物质的流动、传热、传质和反应等过程。
这种方法灵活性较高，但计算量相对较大，并且对实验环境和条件的要求也较高。
三、化工过程优化的意义和方法化工过程优化是利用化工过程模拟结果，根据实际生产情况和需求，对各种工艺参数进行分析和调整，从而提高生产效率和经济效益。
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∑η × G
i
n
i
∑G
i =1
)
i
∑
m
i =1
Gi =
∑G
i =1
n
i
+ G′
m
obj = max(
∑G
i =1 m i =1
7
i
× Pi )
i
∑G
第五章
结果比较与讨论
由上部分可知,锅炉的效率曲线是一个开口向下的抛物线, 并且经过计算可知它们 的最大值均在 80-100T/H 之间。而由下面的图表可以看到, 四台锅炉均在 60T/H 的负 荷处运行, 效率普遍较低,所以对锅炉的实际运行的负荷率进行调整,使得两台在 90T/H 的地方运行,另外一台还是在 60T/H 处运行, 这样可以大大提高锅炉的实际效 率。
管路阻力 燃料品质 运行状况 汽包水位 蒸汽温度 蒸汽压力 烟气含氧量 炉膛负压 蒸汽流量 图2 锅炉设备输入
给水量 减温水 燃料量 送风量 引风量 一次风
参数与输出之间的相 互影响示意图 注： 图中虚线只表示燃 料量与各输出参数的 关系
10
锅炉的控制方案一般可分成底下几部分：锅炉汽包水位控制系统、锅炉燃烧控制系统、汽包压力控制系统、烟 气含氧量控制系统、炉膛负压控制系统、过热蒸汽温度控制系统、除氧器控制系统。而实现这些控制系统的方案有： 常规智能仪表方案,它包括了许多典型的环节及其相应的组合;有以工控机及其组态软件构成的方案,该方案有更大的 智能、更多的功能，除完成正常控制外，还提供在线参数修改、安全连锁等功能；有基于现代控制理论的最优或次优 的方案，它以系统模型的建立为核心，以工控机为工具，用现代控制论的方法预测并配置控制器，从而实现多目标的 最优控制，它还可完成系统实时辩识、参数自动调优、故障诊断、安全保护等功能。以下只讨论有模型控制系统，其 控制的策略是：内环预测控制要尽量快速、准确，外环控制再对其误差进行修正，同时，对有较大的可测的干扰作适 当的前馈补偿。以下，参考文献［１］ 、 ［２］ ，就蒸汽动力控制系统里的几个典型环节的控制方案进行分析，并阐述其 工作原理。
平均效率
2, 优化之后的平均效率
在实际蒸汽流量 G=90T/H 时:
ηG =130 = 27.84 + 1.361× 90 − 0.00712 × 90 2 = 92.66
η G = 60 = 26 .84 + 1.361 × 60 − 0.00712 × 60 2 = 82 .27
平均效率
η =
92 . 66 × 90 × 2 + 82 . 27 × 60 × 1 = 90 . 06 90 × 2 + 60 × 1
二、
蒸汽动力总体控制方案
我国的一次能源以煤为主，约占总能源的 70％～75％，因此，下面只对燃煤锅炉进行分析。目前，世界上最
新的发展为燃煤整体煤气化蒸汽/燃气联合循环（IGCC） 、第二代增压流化床锅炉联合循环（Second Generation PFBC-CC） 、常压循环流化床联合循环等。
9
蒸汽动力系统运行的组合方式，有多台锅炉并联及多台汽轮发电机组的连网方式，它牵涉到蒸汽动力系统的调 度问题，下面只讨论单元机组的控制问题。单元机组的调节方式有：锅炉随动调节、汽轮机随动调节、单元机组协调 控制，其中以单元机组协调控制方案较优，其结构示意图如图 1 所令通过汽轮机调节器开大蒸汽调节阀，增加汽轮机的进汽量，充分利用了锅炉的蓄热 量；出力指令同时也作用到锅炉燃料调节器，增加燃料量，尽快地适应负荷的要求。主蒸汽压力信号也同时作用到汽 轮机调节器和锅炉调节器，以加快燃料量的变化和限制蒸汽调节阀开度的变化，以使主蒸汽压力不致变化过大，当主 蒸汽压力增加时，主蒸汽压力信号通过调节器减少燃料量，通过汽轮机调节器开大蒸汽调节阀。本方案兼顾了负荷和 汽压两者的关系，能确保机组在安全的前提下最大限度地适应负荷的需要。
出力指令
主调节器
汽轮机调节器 锅炉调节器 发电机
Ｐｑ
锅炉 蒸汽调节器 图1 单元机组协调控制
μq
汽机
～
Ｎ
锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风量。主要输 出变量包括汽包水位、过热蒸汽温度及压力、烟气含氧量和炉膛负压等。这些输入变量与输出变量之间相互关联。因 此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的复杂控制对象，其相互关系见图 2 所示。
3, 锅炉功率约束
ηi = Ai + Bi × Gi + Ci × Gi
2
表示锅炉的功率, % I 表示锅炉的序数，或者是型号 A, B, C 是方程的系数 G 表示锅炉产生的蒸汽量 由上面功率公式可以知道，锅炉的功率是其蒸汽量的一元二次方程
6
pi = Ai + Bi × Gi
4, 汽轮机功率公式
第二章 项 目 背 景
大庆炼化公司是我国北方的一家炼油企业,由于北方季节变化明显, 冬季与夏 季温差大, （1）锅炉至丙稀睛装置的中压蒸汽（3.5MPa）在装置满负荷运行时经常在管 线内滞留，该管线的保温不良，散热损失大，出现蒸汽“顶牛”的现象，存在水 击隐患，严重威胁管网安全。为防止水击被迫在管线上放汽，造成了中压蒸汽的 大量浪费； （2）低压管网（1.0MPa）在动力站输出管线上（有 1.7 km，动力厂至丙稀睛， 动力厂至炼厂化验室）由两根 DN500 管线（并行）同时输送蒸汽，因蒸汽流速低， 热损耗较大，管线水击严重，易造成管线热补偿膨胀节爆裂； （3）冬季时约 100 t/h 中压蒸汽减温减压，造成大约 5000kWh 电损失； （4）夏季时因低压蒸汽（1.0MPa）用户所限，出现汽轮机背压汽过剩，被迫 放空； （5）装置背压蒸汽并网存在问题：中压蒸汽经装置汽轮机背压后，并入低压 蒸汽管网，由于各装置并汽参数不一致、并汽点不同，局部区域温度压力波动较
2
大，极易产生水击现象，严重威胁管网的安全运行； （6）丙稀睛产生的 0.3MPa（约 40 t/h）蒸汽在夏季时因用户所限余量较大， 被迫放空； （7）凝结水管线蒸汽量大，疏水器因选型不当，难以适应冬夏环境温度变化、 或运行工况的变化，使得装置凝结水排放困难，蒸汽直接排放的现象大量存在， 造成装置蒸汽消耗居高不下，外网耗汽大量增加。
1, 原来平均效率
原来锅炉蒸汽流量 G=60T/H 时效率:
ηG =130 = 27.84 + 1.361× 60 − 0.00712 × 60 2 = 83.27
ηG =60 = 26.84 + 1.361× 60 − 0.00712 × 60 2 = 82.27
η= 83.27 × 60 × 3 + 82.27 × 60 ×1 = 83.02 60 × 3 + 60 × 1
8
第二部分 蒸汽动力系统控制与模拟
摘要
本部分文章，阐述了蒸汽动力系统发展概况及其控制方法，列举了其总体控制方案、锅炉控制方案及汽轮
机的功频电液控制方案，其中，锅炉控制方案又包括汽包水位、过热蒸汽温度及压力、烟气含氧量和炉膛负压这几 个控制系统，并对汽包水位控制系统进行模拟分析，最后讨论了常规仪表与数字调节方案的优缺点，也讨论了容错 控制技术，并对 SIMULINK 模拟软件的优缺点作了评价。
P 表示汽轮机的输出功率 I 表示汽轮机的系数,或者是型号 A, B 是方程的系数 G 是汽轮机的进汽量 由上述方程可以知道,汽轮机的输出功率是进汽量的一元一次方程
5, 锅炉能量约束
En (T , P ) × Gi = Eo × Qo + E g × Q g ∑ ηi i =1
n
obj = max( i =1 n
第一章
简介
在我国, 炼油﹑化工﹑冶金等高能耗的过程工业占全国能耗的一半。过程工业蒸 汽动力系统的设计水平﹑运行和控制性能对工程工业能量的利用率和经济性具有重要 蒸汽动力系统在整个炼油企业中占有重要的地位.因为炼油企业是能耗很大的 的影响。 企业,能量是推动整个炼油企业运行的动力,而蒸汽动力系统是整个炼油企业能源的命 脉,所以,蒸汽动力系统的优化运行直接关系到炼油企业的经济效益. 很多学者研究了蒸汽动力系统的优化运行,但是主要都是采用线性规划,对于非线 性的问题先采用线性化方法处理,再进行优化计算.这样虽然给计算带来了很大的方便, 但是给计算结果带来的误差在有些时候是不能够被预知的,这样就无法确定结果的准 确性.David Hui 采用混合整数规划对蒸汽动力系统进行了优化操作,Grossman 等人用 数学规划法对蒸汽动力系统进行优化操作.但是他们这些方法都回避了蒸汽动力系统 的非线性问题,在一定的程度上对锅炉和汽轮机的非线性作了线性的近似处理. 由于蒸汽动力系统本身所具有的设备种类并不是很多,主要是锅炉和汽轮机,而且 锅炉和汽轮机的数量也不多,因而涉及的变量相对炼油企业的生产计划,排产和调度等 涉及的变量要少,所以采用非线性来解决蒸汽动力系统的优化问题是能够求解的.事实 上也是能够的,本文将对这个问题深刻的讨论,并给出案例结果。
关键词
蒸汽动力系统 锅炉 汽轮机 测量 控制 模拟 容错控制技术 SIMULINK
一、 概述
蒸汽动力系统是一个复杂的大系统，为了使它能长期安全、可靠又经济地运行，必须对其每一部分及其内部的 每一环节运行的动态过程进行研究分析，并要十分地关切到环境保护的要求，同时，在满足实际需求的情况下，采取 各种控制措施使其投入产出比适当地高，因此，要用到系统工程与工程控制论等方面的研究分析方法。系统工程主要 从宏观上考虑其优化配制问题，如：燃料的选择、蒸汽的需求情况、设备的配制及蒸汽的需求调度方案等问题；控制 工程考虑较具体的设备实时运行问题，以下主要讨论其控制问题。热动力系统大体包含三个部分，既锅炉、透平机、 发电机等。锅炉的种类有许多种，如煤气化炉、循环流化床燃烧锅炉、加压循环流化床燃烧锅炉、碳化炉、高温辐射 废热锅炉等；以燃烧的介质分有燃煤、燃油、燃气、其它可燃物及它们的组合，等等；而燃煤锅炉占有较大的比例。 透平机种类有喷气（燃烧）透平、蒸汽透平、复合透平等；发电机的种类更多。 为了更好地模拟并仿真热动力系统的运行控制情况， 我们必须对具体的对象建立较精确的数学模型， 并运用现 代控制理论配置系统的性能，其中，锅炉的部分更多地可归入过程控制，它的特点是参数慢时变，可能有滞后及非线 性； 而透平机、 发电机的部分更多地可归入电力拖动控制， 它的特点是参数变化快， 要求响应的速度也快， 滞后较小。 要对系统进行仿真与控制，其前提是，必须预先对该系统建立合适的模型。对于建模方法，有集中模型与分布 参数模型，有精确模型与简化模型，有离线建模与在线建模，等等。实际系统的非线性、大时滞、强藕合给现代控制 理论带来极大的困难，其中变时滞辩识到目前为止还没有较有效的分析方法，但随着微机软硬件技术的发展，目前， 越来越多本用于离线建模的方法已被应用到在线建模方法中去，从而，使辩识参数的可靠性、安全性、稳定性得到很 大的提高。 对于已知的模型， 特别是滞后环节不复杂的系统， MATLAB 里的 SIMULINK 软件已提供适当的函数可用于系 统模拟，并能适当配置相应的控制器，使其控制性能达到最优或次优，但对滞后环节复杂、非线性、参数时变的系统 仍需借助于自适应系统理论、系统辩识理论、专家系统理论进行分析与推导，再编程，才能对控制系统进行仿真。