(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111613144.0 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 湖州同润汇海科技有限公司 地址 313000 浙江省湖州市湖州经济技 术 开发区康山街道红丰路2195号南太湖 精英计划产业园(千人计划产业园)A 座2楼206室 (72)发明人 楼宇航　顾敦罡　张楠　章婕　 李光辉　饶品华　 (74)专利代理 机构 宁波诚源专利事务所有限公 司 33102 代理人 林辉　方宁 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 考虑碳排放的蒸汽动力系统中蒸汽透平布 局优化方法 (57)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。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 114266165 A 2022.04.01 CN 114266165 A 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； 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。 2.根据权利要求1所述的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： 还 包括步骤： 如果所有蒸汽透平布局的备选方案均无法满足蒸汽动力系统 的整体性 能指标， 则 跳转 执行“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 ”的步骤， 重新生 成备选方案， 再重新执 行后续步骤。 3.根据权利要求1所述的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： 在混合整数线性数 学模型中， 目标函数 方程为： TOC＝TIC+TE C+TFC+TSC+TWC+TC C； 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， TC C为总碳排放成本费用； 另外， 上述总碳 排放成本费用TC C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。 4.根据权利要求1～3任一项所述的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： 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：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114266165 A 2其中， Wsdemand(t,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； Msteam(t,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kg/h； N为备选方案的总个数； Ws(t， 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； BV(t,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， BV(t， n)＝1或 0， BV(t,n)＝1表示选取第n种布局备选方案， BV(t,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kg/h。 5.根据权利要求4所述的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： 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， Qfuel(b,s)为第b个能量转换设备在第s种工况下的产热量， Qfuel(b,s)的单位为 kJ/h； Msteam(b,s)和Hsteam(b,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； Mblowdown(b,s)和Hblowdown(b,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； Mwater(b,s)和Hwater(b,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； Msteam(b,s)、 Mblowdown(b,s)和Mwater(b,s)的单位 为kJ/h； Hsteam(b,s)、 Hblowdown(b,s)和Hwater(b,s)的单位为kJ/kg； ηboiler(b)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；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114266165 A 3