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重庆市映天辉氯碱化工有限公司关于氯碱生产错峰用电的探讨

作者:曾永寿 胡洪铭浏览次数: 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
  能源是氯碱企业主要的费用支出,在离子膜烧碱生产中,电占了生产成本的70%,如何加强能源管理,降低能源费用是企业生存与发展的重要工作之一,随着社会的发展,我国能源问题将变得更加突出,合理使用能源,科学使用能源是我们企业不断探索和不断追求的目标。
  重庆市映天辉氯碱化工有限公司离子膜法烧碱装置能力为15万吨/年。如果按70%负荷生产,每年耗电大概27300万度电,如果电价的平均价格每下降0.01元,每年就要节约273万元,有明显的经济效益。如果不自建发电厂,直接降低电的价格不是受企业所支配的,只能从合理利用不同时段对应不同电价上下功夫。在日本,也是实行错峰电价,日本许多氯碱生产厂实行错峰运行,以使企业产生最大的经济效益。现重庆市映天辉氯碱化工有限公司不是全年都满负荷生产,为错峰用电提供了可能。为此,本文就如何采取措施,实行错峰用电上进行了探讨。
  二、错峰分析
  错峰用电是指根据电网负荷特性,通过行政、技术、经济等手段将电网用电高峰时段的部分负荷转移到用电低谷时段,从而减少电网的峰谷负荷差,按照“以发定供、以供定用”的原则,最大限度提高发、供电设备的利用率,优化资源配置,提高电网安全性和经济性。其中的经济手段是指实行错峰电价,低谷时低电价,高峰时高电价,下表为2010年我公司电价一览表。



  从上面电价一览表可以看出,各峰段电价相差巨大,利用好后有很大的经济效益。现在多数氯碱厂的开工率都没有达到满负荷,可以利用错峰大大节约成本,所以实行错峰运行是很有必要的。
  错峰运行能降低成本,但怎样去错峰运行,才能达到最大程度的节约成本,风险又相对较低等等,这些问题都需要解决,现将问题整理如下:
  ◎怎样进行错峰运行?即什么时候升降电流,各升降多少才能取得最大的经济效益?
  ◎ 氯压机等大型机组该怎么办?即是开一台还是两台,还是一台与两台之间进行切换?
  ◎库存是怎么考虑的,如何与销售接洽?即怎样保证库存不胀库,销售有产品销售?
  ◎如何考虑风险,如果出现了风险,该怎么办?即出现倒氯压机时系统跳停、氯氢压差波动较大、尾氯不平衡等情况,该如何处理?
  ◎组织措施如何保障?如何进行错峰运行管理?
  针对以上问题,建立错峰运行模型,进行求解和分析,最终回答以上问题,寻找到解决方案。

  

三、错峰数学模型的建立

电价是在一天范围内波动,我们就研究一天内如何组织错峰运行。首先研究错峰的目标。错峰的目的是在风险尽量低的情况下,节约成本最大化,即尽可能在电价最低时负荷最高,电价最高时负荷最低。建立目标函数如下:

目标函数  Max:平均电流运行成本-错峰运行成本-风险成本

其中平均电流运行成本是指在不错峰情况下,一天的生产成本。错峰运行成本指的是在错峰运行下,一天的运行成本。风险成本指的是因频繁调整负荷,升降电流,可能会给氯碱系统带来一定的风险,将风险折算为价值摊销到每天的成本。

在建立模型之前,先需要知道一些已知条件,描述如下:

①每天的销售量,需要生产的产量,即每天的平均负荷;

②调整负荷时各产品的库存量;

③各运转设备的状态,是否能够满足负荷调整。

约束条件:

①负荷必须在最低负荷与最高负荷之间,有可调节范围;氯工程电槽范围是50%~120%

②随时保证各种产品的库存在适中范围,不能太低,满足不了销售的要求,不能太高,出现胀库现象;

由低负荷向高负荷需满足(主要考虑胀库):库存量+生产量-销售量<库存上限值

由高负荷向低负荷需满足(主要考虑无货源):库存量+生产量-销售量>0

③尽可能的使风险降到最低;如氯压机倒机的次数尽量少,操作尽量的平稳;

④尾氯的平衡,产生的尾氯盐酸、次钠必须能消耗掉;

⑤设备的稳定性,高负荷时冰机不得跳停,盐酸不得跳停,不然尾氯处理不了,如果出现跳停,必须要及时的解决。

在建立数学模型以前,先做一些设定:

①假设因频繁升降电流造成风险,平均每调整一次增加风险成本C1

②假设因倒氯压机造成风险,平均每倒一次增加风险成本为C2

③液氯库存上限为K1H;次钠库存上限为K2H(需留有余量防止意外),盐酸库存上限K3H32%碱液库存上限为K4H;实际液氯库存为K1,次钠库存为K2,盐酸库存为K332%库存为K4,销售液氯量为K1S,销售次钠量为K2S,销售盐酸量为K3S,销售32%量为K4S;生产液氯量为K1P,生产次钠量为K2P,生产盐酸量为K3P,生产32%量为K4P;液氯的液化效率为90%,次钠的有效氯含量为12%,盐酸的浓度为31%

④实际生产时电槽允许的最低负荷为LminKA,最高负荷为LmaxKA

⑤根据生产计划,每天的平均负荷为LaKA4个电槽回路运行,在10万吨/年烧碱规模情况下电流为:16.194KA/回路,直流电耗为:2150Kwh/吨碱,动力电耗为:450 Kwh/吨碱,总电耗为:2600 Kwh/吨碱,即每小时烧碱的产量为:10×104/8000×La/16.194=0.7719 La(在4个回路运行的情况下每KA电流每小时产0.7719吨烧碱)

⑥氯压机每台功率220KW,氯压机无低负荷要求,单台最高负荷可达5万吨/年烧碱的要求;平均负荷下氯压机运行台数为ta,最低负荷下运行台数为tLL,低负荷运行下为tL,高负荷下运行台数为tH

⑦电的价格见表1,谷段价格为PLL元,平段价格为PL元,高峰价格为PH元,尖峰价格为PHH元,在负荷相同的情况下一天的平均价格为Pa元(不考虑办公用电、照明用电等因素的影响),Pa=(8PLL+8PL+6PH+2PHH)24

⑧在产量不变的情况下,原材料消耗和水汽消耗变化不大,所以这里的成本主要考虑的成本和风险带来的成本;

⑨从表1中可以看出,一天有4个段价格都不一样,而且平段和高峰段时间是交叉的,从生产实际角度考虑,结合到可操作性,将时段划分为3个来调整负荷,2300~7008个小时为一段,负荷为LHKA,全为谷段电价PLL700~190012个小时为一段,负荷为LIKA,其中有8小时为平段电价PL元,4小时为高峰电价PH元;1900~23004个小时为一段,负荷为LLKA其中有2小时为高峰电价PH元,2小时为尖峰电价PHH元;

⑩每天调整负荷的次数为T1,每天倒氯压机的次数为T2(只考虑增加设备的次数)

数学模型的建立:

目标函数(每天相对于不错峰运成本节约最大化):

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

约束条件:

24La=8LH+12LI+4LL               总负荷相等

LminLLLaLHLmax             负荷约束关系

0K1+ K1PK1SK1H              液氯库存约束

0K2+ K2PK2SK2H                      次钠库存约束

0K3+ K3PK3SK3H                      盐酸库存约束

0K4+ K4PK4SK4H               碱液库存约束

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

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

LH=LI=LLT1=0

LHLILLLHLILLT1=1      调整电流次数与负荷的关系

LHLILLT1=2

tLLtLtatH                       氯压机运行台数关系

四、数学模型求解

氯压机的倒机在目标函数中表现为:2200×(24taPa8tHPLL8tLPL4tLPH2tLLPH2tLLPHH)-T2C2,现设定C2=10000,有以下几种情况:

⑴初始氯压机2台,错峰时在700倒机1次,取一月份电价,上面函数值为:12522.58元;

⑵初始氯压机2台,错峰时在1900倒机1次,取一月份电价,上面函数值为:-2934.09元;

⑶初始氯压机2台,错峰时不倒机,上面函数值为:0

⑷初始氯压机1台,错峰时倒机1次,取一月份电价,上面函数值为:-14416.19元;

⑸初始氯压机1台,错峰时不倒机,上面函数值为:0

下表为氯压机倒机各种情况的计算表:

从上表反应出,在平均负荷大于8KA,高峰负荷LH大于8KA,平段LI和低段LL小于8KA时,倒氯压机是获利的,其它情况考虑到风险因素情况下,是不获利的。

在剩下的目标函数中0.7719×2600×(24LaPa8LHPLL8LIPL4LIPH2LLPH2LLPHH)-T1C1,其中LaPaPLLPLPHPHHC1为已知量,LHLILLT1为未知量,通过约束条件(1)可以得:LI=24La8LH4LL/12;通过约束条件(9)也可以得出T1值,现在就剩下2个变量:LHLL

该目标函数是一个关于LHLL的线性函数,通过极限求解法和试探法求解,现将已知数据设定进行求解:Lmin=5Lmax=16,取3月份电价进行求解,C2=5000,库存假设能满足约束条件要求(实际操作时根据真实值调整)。

极限求解法和试探求解法:两个变量分别取极限最大值和最小值,然后对每个约束条件进行判别,如果不满足,确定一幅度值,按照此幅度值减小或增大极值,再一次求解,直到满足所有约束条件为止。

平均负荷为整数时,模型的解见下表格:

五、错峰管理

从上面错峰模型求解的结果可以看出,错峰的经济效益是非常可观的,在10万吨/年碱的生产能力,75%负荷全年运行时,每年相对不错峰运行要节约800万元左右,所以,实行错峰运行势在必行。但因负荷的频繁调整,各大型机组的频繁开停,风险也十分巨大,现就如何组织好、管理好错峰运行提出以下建议:

①提高认识,统一思想,建立完善的错峰运行管理制度。因负荷的频繁调整,而且最低电价是在深夜,一是改变了操作工、维修工的习惯,二是增加了他们的责任和压力,所以需要做好宣传和学习,统一员工的思想,提高他们的认识,才能做好错峰工作。在宣传教育的同时还需要建立完善错峰用电的制度,对程序、责任、考核等进行明确,以保证错峰用电的实施。

②错峰前期设专人负责错峰运行,进行协调、计算、指导、监督、分析、总结等工作。

③加强学习和管理,让每个参与错峰运行的员工意识和技能都到位。

④有专门的针对错峰运行的应急预案,并要进行演练和掌握,出现意外情况后能立即处理。

⑤调整负荷前计算一定要准确,每个约束条件都要一一核对。(库存允许的最大和最小负荷,尾氯的处理能力,各大型机组的运行能力等)

六、错峰实施建议

根据以上的分析和求解,针对重庆市映天辉氯碱化工有限公司情况提出如下实施建议:

①错峰运行的时间:每天分三个时段进行调整负荷,在2300~7008小时),700~190012小时),1900~23004小时)。具体调整负荷时间在22307001830

②错峰运行的负荷:根据表3的求解结果,在不同的平均负荷下选择对应的结果,如果满足不了约束条件时,按此原则求解对应负荷,在保证安全、库存和产量的前提下,低电价时尽量高的负荷运行,高电价时尽量低的负荷运行。

③氯压机运行台数:在平均负荷大于8KA,小于10.65KA时,进行氯压机增减,小于8KA时开一台氯压机,大于10.65KA时,开2台氯压机。

④错峰的程序:销售生产量的确认错峰的评判和计算错峰前再次确认各种约束条件调度进行错峰指挥分析确认,错峰完成

⑤错峰的注意事项:约束条件一定要核对清楚,安全是第一要务,各部门各个环节要紧密配合。

参考文献:

1】徐裕生 张海英,运筹学,北京:北京大学出版社,2006.41-31

2】马立山 魏云达,加强能源管理实现错峰用电的探讨与实践,资源节约与环保,20052):42-43

所属类别: 技术资料

该资讯的关键词为:错峰 数学模型 负荷调整