一種基于單元分類的鋼鐵企業(yè)煤氣調(diào)度模型
聶秋平。2，吳敏1，張超1，熊永華1
(1中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083；2湖南華菱漣源鋼鐵有限公司信息自動(dòng)化中心，湖南婁底417009)
摘 要：針對(duì)如何高效、合理利用煤氣的問題，以國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)為背景，通過分析其煤氣系統(tǒng)流程與結(jié)構(gòu)，按照在生產(chǎn)過程中所起作用的不同，對(duì)各煤氣用戶進(jìn)行單元分類處理，每一煤氣用戶所屬的單元擁有相同的煤氣產(chǎn)消特點(diǎn)或方式；基于此單元分類方法，提出了一種新的煤氣調(diào)度模型，模型根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求來制定各煤氣用戶統(tǒng)一的調(diào)度目標(biāo)，并根據(jù)用戶所屬單元類別采用不同的約束條件；最后給出了數(shù)學(xué)規(guī)劃形式的模型表連式和相應(yīng)的約束方程，并給出了模型的求解和應(yīng)用實(shí)倒。
關(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè)；煤氣；調(diào)度；單元分類；數(shù)學(xué)規(guī)劃
中圖分類號(hào)：tp 27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a
l引言
煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源，其消耗量占企業(yè)總能耗的百分之30左右。為了降低能耗，合理利用煤氣顯得尤為重要。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)、檢修計(jì)劃及其他因素的變化，各種煤氣的產(chǎn)生與消耗量不斷波動(dòng)，煤氣系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)易表現(xiàn)出不平衡狀態(tài)，這可能導(dǎo)致煤氣利用效率低下。
目前，針對(duì)煤氣調(diào)度的研究主要包括模型化的方法和一些現(xiàn)代先進(jìn)算法或理論，如分級(jí)理論、模糊技術(shù)、遺傳算法、拓?fù)鋵W(xué)原理等。不過上述研究工作均從煤氣系統(tǒng)整體考慮出發(fā)，制定全廠的調(diào)度目標(biāo)與條件，而對(duì)細(xì)節(jié)，如各分廠煤氣產(chǎn)消量特性、各用戶自身產(chǎn)消煤氣特點(diǎn)、某些煤氣緩沖用戶在煤氣系統(tǒng)中所起作用的考慮則尚存欠缺。
本文在分析鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分考慮了煤氣用戶在生產(chǎn)過程中的不同特點(diǎn)，通過分析各用戶煤氣產(chǎn)生或消耗特性，將其視為調(diào)度單元進(jìn)行分類，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況確定目標(biāo)函數(shù)和不同類別煤氣用戶的約束條件。
2鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)分析
在鋼鐵企業(yè)中，大部分生產(chǎn)過程需要產(chǎn)生或消耗一定量的煤氣，煤氣的產(chǎn)消量和熱值高低對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量也有決定性的影響。同時(shí)，煤氣子系統(tǒng)作為能源系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，在銅鐵企業(yè)中起到了重要作用。
1)煤氣系統(tǒng)流程鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)不僅涉及煤氣生產(chǎn)、輸送、貯存、分配、消耗、放散等諸多環(huán)節(jié)，還關(guān)系到多種工序產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高、原材料成本的降低、環(huán)境污染的改善等一系列問題。典型鋼鐵企業(yè)煤氣產(chǎn)生與消耗的流程，如圖1所示。
各種煤氣介質(zhì)經(jīng)處理后先進(jìn)入煤氣柜，然后通過調(diào)壓器或者煤氣混合站供應(yīng)到生產(chǎn)過程系統(tǒng)，或供應(yīng)到動(dòng)力車間的鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備，轉(zhuǎn)化為蒸汽、電力等其他能源介質(zhì)。
高爐煤氣是高爐煉鐵的副產(chǎn)品，熱值較低，一般為3 000~3 800 kj/m3，產(chǎn)出波動(dòng)大；焦?fàn)t煤氣是煉焦生產(chǎn)的副產(chǎn)品，產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定，各種參數(shù)波動(dòng)較小，熱值高，一般為17 598~18 855 kj/m3;純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)爐煤氣，其中，含百分之60～90的co熱值一般為7 500~8 000 kj／m3，毒性大，每噸鋼可回收70~ 100 m3的轉(zhuǎn)爐煤氣。
2)煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)煤氣系統(tǒng)包括煤氣發(fā)生系統(tǒng)、輸配系統(tǒng)和用戶。煤氣發(fā)生系統(tǒng)包括產(chǎn)生高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的設(shè)備；輸配系統(tǒng)主要由管網(wǎng)，煤氣柜、煤氣混合站、煤氣加壓站組成；煤氣用戶則分布在各二級(jí)廠不同的生產(chǎn)過程中。某鋼鐵企業(yè)煤氣流向示意圖，如圖2所示。
各種煤氣生產(chǎn)出來后，有自用戶、加壓站和直接用戶3種流向。煉鐵廠產(chǎn)生的高爐煤氣一部分用于煉鐵廠自身的熱風(fēng)爐，一部分送往1號(hào)加壓站，直接使用高爐煤氣的有機(jī)電公司、爐料公司、焦化廠、燒結(jié)廠以及熱電廠等；焦化廠產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣除了自身使用外，還送至3號(hào)加壓站、冷軋加壓站，直接使用的用戶有燒結(jié)廠、高爐熱風(fēng)爐、煉鋼廠以及民用煤氣等；轉(zhuǎn)爐煤氣用戶主要是6號(hào)高爐熱風(fēng)爐、熱電廠，及與焦?fàn)t煤氣混合后供應(yīng)熱軋 |
