基于多目标优化模型的炼焦生产过程优化方法.研究与应用

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1、原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：日期：垃年鱼月卫日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论

2、文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：导师签名桃日期：堕年』月土日中南大学硕士学位论文第一章绪论炼焦生产的焦炭广泛用于冶金、机械、化工等行业，为国民经济发展提供重要的物质基础。近年来，我国焦炭需求和产能急剧增加，已成为世界最大焦炭生产国和出口国，随着国民经济的高速发展，炼焦工业发展迅速，生产技术达到了一定水平，但由于世界优质炼焦煤明显短缺，对焦炭质量、产量以及焦炉能

3、耗提出了更高的要求。所以必须不断提高炼焦水平，才能加快与国际的接轨。随着计算机工业化应用的逐步扩展深入，从炼焦生产的实际出发，将最优化技术应用于炼焦生产过程将成为一个重要的课题。本文考虑到钢铁企业的实际需要，从满足期望的综合生产目标的角度出发，即在焦炭质量满足要求的前提下，使得焦炭产量最大，焦炉能耗最小，研究炼焦生产中的过程优化问题。从而提高企业竞争力，实现可持续发展。1．1研究背景及意义炼焦生产的主要产品是焦炭，同时附带焦炉煤气和百余种化学产品。焦炭广泛用于高炉炼铁、有色金属冶炼、铸造等方面，是冶金、机械

4、、化工等行业的主要原料和燃料。炼铁用焦是高炉生产中的供热燃料、还原剂及支撑骨架，要求焦炭具有较高的抗碎强度和耐磨强度；铸造用焦，要求粒度大、气孔率低、固定碳高和硫分低；化工气化用焦，对强度要求不严，但要求反应性好，灰熔点较高；电石生产用焦要求尽量提高固定碳含量。国家十一五规划提出要建立节约型社会，高耗能行业要节能减排。炼焦行业作为高耗能行业，这给它们带来了严峻的考验，要想在激烈的市场竞争中生存与发展，就必须尽可能的降低成本，最大限度的提高产能。根据有关部门调查和中国炼焦行业协会调研统计数据显示【l,21，2

5、005年，全国炼焦产能近3亿吨，当年生产焦炭约2．43亿吨。2006年投产焦炉37座，总计产能将达3060万吨；2007年---2008年增加焦炉约60座、总计产能约3970万吨。由此可见，焦炭质量直接影响着企业产品成本、生产质量，制约着企业经济效益的增长。焦炭质量低下，会引起各工序消耗指标升高，同时会导致后道工序的生铁质量不符合要求，炼钢用生铁也将产生质量异议，轧钢用炼钢的钢坯生产钢材会导致钢材不符合用户需求，一系列的连锁反映，将使企业付出高额的成本，承受重大的质量损失【31。因此焦炭质量满足要求是企业控

6、制成本的前提，而要想在日益激烈的市场竞争实现可持续发展，必须最大限度的提高焦炭产量，最大限中南大学硕士学位论文第一章绪论度的降低焦炉能耗。只有实现包括焦炭质量、产量以及焦炉能耗在内综合生产目标才是企业提高其核心竞争力的关键。因此，从满足综合生产目标出发的炼焦生产过程中的优化问题是炼焦行业的一个重要而且迫切的课题。炼焦是一个复杂的传热和化学变化过程【41，由于焦炉炉体结构复杂，操作环境恶劣，检测手段少，故比起其它工业窑炉、焦炉的控制较难实施。大型焦炉的计算机控制一直是钢铁联合企业的薄弱环节。随着企业自动化水平

7、的提高，一些基本的控制系统已经建立，如焦炉加热燃烧控制系统，焦炉集气管压力控制系统，作业计划与优化调度系统等。这些系统的建立取得了一定的经济效益，但同时也存在一些问题：目标火道温度、集气管压力以及结焦时间主要依靠人工经验给定，难以根据工况变化进行实时调整。钢铁企业为了提高其竞争力，要求在炼焦生产过程中达到其期望的综合生产目标，即在焦炭质量满足要求的前提下，焦炭产量最大，焦炉能耗最小。为了能达到企业的要求，需要从满足综合生产目标的角度出发，研究炼焦生产过程优化问题。但由于炼焦生产具有多因素耦合，大时滞、变参数

8、等特点，难以直接建立焦炭质量、产量以及焦炉能耗与过程操作参数之间的关联模型。目前还没有针对从满足企业期望综合生产目标的角度出发的炼焦生产过程优化的研究。针对以上问题，本文提出通过建立综合生产目标与局部优化目标的关联模型，采用最优化方法将综合生产目标映射为局部优化目标，通过将局部优化目标作为控制系统的优化设定值以及调度系统的决策参数，调节过程控制系统与调度系统的过程操作参数来达到局部优化目标。由于综合生产目标与局部