錯峰 數學模型 負荷調整,重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司關於氯堿生產錯峰用電的探討,技術資料,重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司[官方網站]-液氯|液堿|燒堿|鹽酸|三氯乙烯|三氯乙烯|重慶映天

歡迎光臨本站,您是本站第: num  num  num  num  num  num  位訪客!

新聞資訊

您現在的位置:首頁 >> 技術資料 >> 重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司關於氯堿生產錯峰用電的探討

字號:   

重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司關於氯堿生產錯峰用電的探討

作者:曾永壽 胡洪銘瀏覽次數: 日期:2016-07-11

Peak load shifting of chlor-alkali production
HU Hong-ming
(Chongqing Wintinwe Chlor-alkali Chemical Co.Ltd ,Changshou 401221,China)


  Abstract: With the social development, China's energy issue will become more prominent, the rational use of energy, science and use of energy is our business continue to explore and pursue. Chlor-alkali production is power-hungry, how to make good use of scientific and reasonable electricity worth exploring chlor-alkali enterprises. Chongqing Wintinwe Chlor-alkali Chemical Co.Ltd, electricity peak load shifting, this paper presents the possibility of peak load shifting operation, running on the peak shifting and analyzed a mathematical model, obtained under different load how to run to peak load shifting to maximize economic benefits. And proposed management measures, how to implement the recommendations given.
  Key Words: Peak shifting  Mathematical model  Load adjustment

  一、前言
  能源是氯堿企業主要的費用支出,在離子膜燒堿生產中,電占了生產成本的70%,如何加強能源管理,降低能源費用是企業生存與發展的重要工作之一,隨著社會的發展,我國能源問題將變得更加突出,合理使用能源,科學使用能源是汇丰娱乐企業不斷探索和不斷追求的目標。
  重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司離子膜法燒堿裝置能力為15萬噸/年。如果按70%負荷生產,每年耗電大概27300萬度電,如果電價的平均價格每下降0.01元,每年就要節約273萬元,有明顯的經濟效益。如果不自建發電廠,直接降低電的價格不是受企業所支配的,隻能從合理利用不同時段對應不同電價上下功夫。在日本,也是實行錯峰電價,日本許多氯堿生產廠實行錯峰運行,以使企業產生最大的經濟效益。現重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司不是全年都滿負荷生產,為錯峰用電提供了可能。為此,本文就如何采取措施,實行錯峰用電上進行了探討。
  二、錯峰分析
  錯峰用電是指根據電網負荷特性,通過行政、技術、經濟等手段將電網用電高峰時段的部分負荷轉移到用電低穀時段,從而減少電網的峰穀負荷差,按照“以發定供、以供定用”的原則,最大限度提高發、供電設備的利用率,優化資源配置,提高電網安全性和經濟性。其中的經濟手段是指實行錯峰電價,低穀時低電價,高峰時高電價,下表為2010年我公司電價一覽表。



  從上麵電價一覽表可以看出,各峰段電價相差巨大,利用好後有很大的經濟效益。現在多數氯堿廠的開工率都沒有達到滿負荷,可以利用錯峰大大節約成本,所以實行錯峰運行是很有必要的。
  錯峰運行能降低成本,但怎樣去錯峰運行,才能達到最大程度的節約成本,風險又相對較低等等,這些問題都需要解決,現將問題整理如下:
  ◎怎樣進行錯峰運行?即什麽時候升降電流,各升降多少才能取得最大的經濟效益?
  ◎ 氯壓機等大型機組該怎麽辦?即是開一台還是兩台,還是一台與兩台之間進行切換?
  ◎庫存是怎麽考慮的,如何與銷售接洽?即怎樣保證庫存不脹庫,銷售有產品銷售?
  ◎如何考慮風險,如果出現了風險,該怎麽辦?即出現倒氯壓機時係統跳停、氯氫壓差波動較大、尾氯不平衡等情況,該如何處理?
  ◎組織措施如何保障?如何進行錯峰運行管理?
  針對以上問題,建立錯峰運行模型,進行求解和分析,最終回答以上問題,尋找到解決方案。

  

三、錯峰數學模型的建立

電價是在一天範圍內波動,汇丰娱乐就研究一天內如何組織錯峰運行。首先研究錯峰的目標。錯峰的目的是在風險盡量低的情況下,節約成本最大化,即盡可能在電價最低時負荷最高,電價最高時負荷最低。建立目標函數如下:

目標函數  Max:平均電流運行成本-錯峰運行成本-風險成本

其中平均電流運行成本是指在不錯峰情況下,一天的生產成本。錯峰運行成本指的是在錯峰運行下,一天的運行成本。風險成本指的是因頻繁調整負荷,升降電流,可能會給氯堿係統帶來一定的風險,將風險折算為價值攤銷到每天的成本。

在建立模型之前,先需要知道一些已知條件,描述如下:

①每天的銷售量,需要生產的產量,即每天的平均負荷;

②調整負荷時各產品的庫存量;

③各運轉設備的狀態,是否能夠滿足負荷調整。

約束條件:

①負荷必須在最低負荷與最高負荷之間,有可調節範圍;氯工程電槽範圍是50%~120%

②隨時保證各種產品的庫存在適中範圍,不能太低,滿足不了銷售的要求,不能太高,出現脹庫現象;

由低負荷向高負荷需滿足(主要考慮脹庫):庫存量+生產量-銷售量<庫存上限值

由高負荷向低負荷需滿足(主要考慮無貨源):庫存量+生產量-銷售量>0

③盡可能的使風險降到最低;如氯壓機倒機的次數盡量少,操作盡量的平穩;

④尾氯的平衡,產生的尾氯鹽酸、次鈉必須能消耗掉;

⑤設備的穩定性,高負荷時冰機不得跳停,鹽酸不得跳停,不然尾氯處理不了,如果出現跳停,必須要及時的解決。

在建立數學模型以前,先做一些設定:

①假設因頻繁升降電流造成風險,平均每調整一次增加風險成本C1

②假設因倒氯壓機造成風險,平均每倒一次增加風險成本為C2

③液氯庫存上限為K1H;次鈉庫存上限為K2H(需留有餘量防止意外),鹽酸庫存上限K3H32%堿液庫存上限為K4H;實際液氯庫存為K1,次鈉庫存為K2,鹽酸庫存為K332%庫存為K4,銷售液氯量為K1S,銷售次鈉量為K2S,銷售鹽酸量為K3S,銷售32%量為K4S;生產液氯量為K1P,生產次鈉量為K2P,生產鹽酸量為K3P,生產32%量為K4P;液氯的液化效率為90%,次鈉的有效氯含量為12%,鹽酸的濃度為31%

④實際生產時電槽允許的最低負荷為LminKA,最高負荷為LmaxKA

⑤根據生產計劃,每天的平均負荷為LaKA4個電槽回路運行,在10萬噸/年燒堿規模情況下電流為:16.194KA/回路,直流電耗為:2150Kwh/噸堿,動力電耗為:450 Kwh/噸堿,總電耗為:2600 Kwh/噸堿,即每小時燒堿的產量為:10×104/8000×La/16.194=0.7719 La(在4個回路運行的情況下每KA電流每小時產0.7719噸燒堿)

⑥氯壓機每台功率220KW,氯壓機無低負荷要求,單台最高負荷可達5萬噸/年燒堿的要求;平均負荷下氯壓機運行台數為ta,最低負荷下運行台數為tLL,低負荷運行下為tL,高負荷下運行台數為tH

⑦電的價格見表1,穀段價格為PLL元,平段價格為PL元,高峰價格為PH元,尖峰價格為PHH元,在負荷相同的情況下一天的平均價格為Pa元(不考慮辦公用電、照明用電等因素的影響),Pa=(8PLL+8PL+6PH+2PHH)24

⑧在產量不變的情況下,原材料消耗和水汽消耗變化不大,所以這裏的成本主要考慮的成本和風險帶來的成本;

⑨從表1中可以看出,一天有4個段價格都不一樣,而且平段和高峰段時間是交叉的,從生產實際角度考慮,結合到可操作性,將時段劃分為3個來調整負荷,2300~7008個小時為一段,負荷為LHKA,全為穀段電價PLL700~190012個小時為一段,負荷為LIKA,其中有8小時為平段電價PL元,4小時為高峰電價PH元;1900~23004個小時為一段,負荷為LLKA其中有2小時為高峰電價PH元,2小時為尖峰電價PHH元;

⑩每天調整負荷的次數為T1,每天倒氯壓機的次數為T2(隻考慮增加設備的次數)

數學模型的建立:

目標函數(每天相對於不錯峰運成本節約最大化):

Max0.7719×2600×(24LaPa8LHPLL8LIPL4LIPH2LLPH2LLPHH)-T1C1+2200×(24taPa8tHPLL8tLPL4tLPH2tLLPH2tLLPHH)-T2C2

約束條件:

24La=8LH+12LI+4LL               總負荷相等

LminLLLaLHLmax             負荷約束關係

0K1+ K1PK1SK1H              液氯庫存約束

0K2+ K2PK2SK2H                      次鈉庫存約束

0K3+ K3PK3SK3H                      鹽酸庫存約束

0K4+ K4PK4SK4H               堿液庫存約束

12%K2P+ 31%×35.536.5K3P10%×32%×7180 K4P  尾氯平衡

K1P +12%K2P+ 31%×35.536.5K3P32%×7180 K4P   總氯相等

LH=LI=LLT1=0

LHLILLLHLILLT1=1      調整電流次數與負荷的關係

LHLILLT1=2

tLLtLtatH                       氯壓機運行台數關係

四、數學模型求解

氯壓機的倒機在目標函數中表現為:2200×(24taPa8tHPLL8tLPL4tLPH2tLLPH2tLLPHH)-T2C2,現設定C2=10000,有以下幾種情況:

⑴初始氯壓機2台,錯峰時在700倒機1次,取一月份電價,上麵函數值為:12522.58元;

⑵初始氯壓機2台,錯峰時在1900倒機1次,取一月份電價,上麵函數值為:-2934.09元;

⑶初始氯壓機2台,錯峰時不倒機,上麵函數值為:0

⑷初始氯壓機1台,錯峰時倒機1次,取一月份電價,上麵函數值為:-14416.19元;

⑸初始氯壓機1台,錯峰時不倒機,上麵函數值為:0

下表為氯壓機倒機各種情況的計算表:

從上表反應出,在平均負荷大於8KA,高峰負荷LH大於8KA,平段LI和低段LL小於8KA時,倒氯壓機是獲利的,其它情況考慮到風險因素情況下,是不獲利的。

在剩下的目標函數中0.7719×2600×(24LaPa8LHPLL8LIPL4LIPH2LLPH2LLPHH)-T1C1,其中LaPaPLLPLPHPHHC1為已知量,LHLILLT1為未知量,通過約束條件(1)可以得:LI=24La8LH4LL/12;通過約束條件(9)也可以得出T1值,現在就剩下2個變量:LHLL

該目標函數是一個關於LHLL的線性函數,通過極限求解法和試探法求解,現將已知數據設定進行求解:Lmin=5Lmax=16,取3月份電價進行求解,C2=5000,庫存假設能滿足約束條件要求(實際操作時根據真實值調整)。

極限求解法和試探求解法:兩個變量分別取極限最大值和最小值,然後對每個約束條件進行判別,如果不滿足,確定一幅度值,按照此幅度值減小或增大極值,再一次求解,直到滿足所有約束條件為止。

平均負荷為整數時,模型的解見下表格:

五、錯峰管理

從上麵錯峰模型求解的結果可以看出,錯峰的經濟效益是非常可觀的,在10萬噸/年堿的生產能力,75%負荷全年運行時,每年相對不錯峰運行要節約800萬元左右,所以,實行錯峰運行勢在必行。但因負荷的頻繁調整,各大型機組的頻繁開停,風險也十分巨大,現就如何組織好、管理好錯峰運行提出以下建議:

①提高認識,統一思想,建立完善的錯峰運行管理製度。因負荷的頻繁調整,而且最低電價是在深夜,一是改變了操作工、維修工的習慣,二是增加了他們的責任和壓力,所以需要做好宣傳和學習,統一員工的思想,提高他們的認識,才能做好錯峰工作。在宣傳教育的同時還需要建立完善錯峰用電的製度,對程序、責任、考核等進行明確,以保證錯峰用電的實施。

②錯峰前期設專人負責錯峰運行,進行協調、計算、指導、監督、分析、總結等工作。

③加強學習和管理,讓每個參與錯峰運行的員工意識和技能都到位。

④有專門的針對錯峰運行的應急預案,並要進行演練和掌握,出現意外情況後能立即處理。

⑤調整負荷前計算一定要準確,每個約束條件都要一一核對。(庫存允許的最大和最小負荷,尾氯的處理能力,各大型機組的運行能力等)

六、錯峰實施建議

根據以上的分析和求解,針對重慶市汇丰娱乐氯堿化工有限公司情況提出如下實施建議:

①錯峰運行的時間:每天分三個時段進行調整負荷,在2300~7008小時),700~190012小時),1900~23004小時)。具體調整負荷時間在22307001830

②錯峰運行的負荷:根據表3的求解結果,在不同的平均負荷下選擇對應的結果,如果滿足不了約束條件時,按此原則求解對應負荷,在保證安全、庫存和產量的前提下,低電價時盡量高的負荷運行,高電價時盡量低的負荷運行。

③氯壓機運行台數:在平均負荷大於8KA,小於10.65KA時,進行氯壓機增減,小於8KA時開一台氯壓機,大於10.65KA時,開2台氯壓機。

④錯峰的程序:銷售生產量的確認錯峰的評判和計算錯峰前再次確認各種約束條件調度進行錯峰指揮分析確認,錯峰完成

⑤錯峰的注意事項:約束條件一定要核對清楚,安全是第一要務,各部門各個環節要緊密配合。

參考文獻:

1】徐裕生 張海英,運籌學,北京:北京大學出版社,2006.41-31

2】馬立山 魏雲達,加強能源管理實現錯峰用電的探討與實踐,資源節約與環保,20052):42-43

所屬類別: 技術資料

該資訊的關鍵詞為:錯峰 數學模型 負荷調整