一种基于单元分类的钢铁企业煤气调度模型

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1、一种基于单元分类的钢铁企业煤气调度模型   聂秋平。2，吴敏1，张超1，熊永华1   (1中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙410083；2湖南华菱涟源钢铁有限公司信息自动化中心，湖南娄底417009)  摘   要：针对如何高效、合理利用煤气的问题，以国内某大型钢铁联合企业为背景，通过分析其煤气系统流程与结构，按照在生产过程中所起作用的不同，对各煤气用户进行单元分类处理，每一煤气用户所属的单元拥有相同的煤气产消特点或方式；基于此单元分类方法，提出了一种新的煤气调度模型，模型根据实际生产需求来制定各煤气用户统一的调度目标，并根据用户所属单元类别采用不同的约束条件；最后给出了数学规划形式的模

2、型表连式和相应的约束方程，并给出了模型的求解和应用实倒。关键词：钢铁企业；煤气；调度；单元分类；数学规划中图分类号：TP27   文献标识码：AL引言   煤气是钢铁企业重要的二次能源，其消耗量占企业总能耗的百分之30左右。为了降低能耗，合理利用煤气显得尤为重要。在实际生产中，由于生产、检修计划及其他因素的变化，各种煤气的产生与消耗量不断波动，煤气系统在短时间内易表现出不平衡状态，这可能导致煤气利用效率低下。   目前，针对煤气调度的研究主要包括模型化的方法和一些现代先进算法或理论，如分级理论、模糊技术、遗传算法、拓扑学原理等。不过上述研究工作均从煤气系统整体考虑出发，制定全厂的调度目标与条

3、件，而对细节，如各分厂煤气产消量特性、各用户自身产消煤气特点、某些煤气缓冲用户在煤气系统中所起作用的考虑则尚存欠缺。 本文在分析钢铁企业煤气系统的基础上，充分考虑了煤气用户在生产过程中的不同特点，通过分析各用户煤气产生或消耗特性，将其视为调度单元进行分类，根据实际生产情况确定目标函数和不同类别煤气用户的约束条件。2钢铁企业煤气系统分析   在钢铁企业中，大部分生产过程需要产生或消耗一定量的煤气，煤气的产消量和热值高低对产品产量也有决定性的影响。同时，煤气子系统作为能源系统中最重要的组成部分之一，在铜铁企业中起到了重要作用。 1)煤气系统流程钢铁企业煤气系统不仅涉及煤气生产、输送、贮存、分配、

4、消耗、放散等诸多环节，还关系到多种工序产品产量和质量的提高、原材料成本的降低、环境污染的改善等一系列问题。典型钢铁企业煤气产生与消耗的流程，如图1所示。       各种煤气介质经处理后先进入煤气柜，然后通过调压器或者煤气混合站供应到生产过程系统，或供应到动力车间的锅炉、燃气轮机等设备，转化为蒸汽、电力等其他能源介质。   高炉煤气是高炉炼铁的副产品，热值较低，一般为3000~3800kj/m3，产出波动大；焦炉煤气是炼焦生产的副产品，产量相对稳定，各种参数波动较小，热值高，一般为17598~18855kj/m3;纯氧顶吹转炉炼钢过程中产生大量的转炉煤气，其中，含百分之60～90的CO热值一

5、般为7500~8000kj／m3，毒性大，每吨钢可回收70~100m3的转炉煤气。 2)煤气系统结构煤气系统包括煤气发生系统、输配系统和用户。煤气发生系统包括产生高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气的设备；输配系统主要由管网，煤气柜、煤气混合站、煤气加压站组成；煤气用户则分布在各二级厂不同的生产过程中。某钢铁企业煤气流向示意图，如图2所示。          各种煤气生产出来后，有自用户、加压站和直接用户3种流向。炼铁厂产生的高炉煤气一部分用于炼铁厂自身的热风炉，一部分送往1号加压站，直接使用高炉煤气的有机电公司、炉料公司、焦化厂、烧结厂以及热电厂等；焦化厂产生的焦炉煤气除了自身使用外，还送至3号加

6、压站、冷轧加压站，直接使用的用户有烧结厂、高炉热风炉、炼钢厂以及民用煤气等；转炉煤气用户主要是6号高炉热风炉、热电厂，及与焦炉煤气混合后供应热轧。其中，部分用户同时使用几种单独的煤气，并不经过加压站，根据自身生产情况进行不同煤气的混合。其中，作为主体生产单位的棒材厂、带钢厂、炼钢厂和烧结厂等用户的煤气消耗占煤气总消耗的百分之80以上。进一步，可把煤气系统抽象为煤气管网，把用户描述为对应的单元模型，便可以得到煤气系统网。4络结构的抽象表示：   由煤气管网和单元模型两部分组成，单元模型产生或消耗不同煤气，连接到不同煤气管网。该结构可以用一个矩阵来描述，设煤气管网数目为Mp，为所有煤气管网进行编

7、号，分别为l，2，…，单元模型数目为Me，也依次编号为1，2，…，M则网络结构A可用如下矩阵形式表示：   矩阵中的行对应煤气管网，列对应单元模型，矩阵中每一个元素取值为0，1或-1，对于第。行第，列（1≤i≤N，1≤j≤Mu）的元素有： 3煤气调度单元分类   作为调度单元的煤气用户是煤气优化调度的基本单位。调度单元由用户根据生产结构、工艺流程和调度问题的具体目标与需求来确定，可以为某一设备，或者是某一类型