[發(fā)明專利]一種提高鋼鐵能源利用率的在線能源分配控制方法

有效

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• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104977911B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐立新;張顏顏
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高鋼鐵能源利用率的在線能源分配控制方法。

背景技術(shù)

鋼鐵行業(yè)作為典型的高能耗行業(yè)，其能源消耗占我國整個工業(yè)總量的15％左右；鋼鐵需求的巨大增長帶動能源價格的普遍上漲，使能源成本在生產(chǎn)總成本中的比重日益增加，通過合理的能源分配控制方法降低能源成本已成為提高能源利用率的重要手段之一。

在鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)中，電力、煤氣、天然氣、蒸汽、水、氧氣、氮氣等近二十種能源介質(zhì)的產(chǎn)生、消耗和回收同時發(fā)生，生產(chǎn)系統(tǒng)和能源系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互制約、相互作用；目前鋼鐵企業(yè)能源分配控制普遍存在的一個亟需解決的問題是：對能源消耗規(guī)律和機理認(rèn)識不足，缺乏全廠范圍內(nèi)的能源介質(zhì)優(yōu)化配置，導(dǎo)致能源利用率低、副產(chǎn)煤氣等二次能源放散，造成能源浪費的同時導(dǎo)致環(huán)境污染；該問題出現(xiàn)的原因如下：在傳統(tǒng)的生產(chǎn)組織中，按照生產(chǎn)計劃分配能源介質(zhì)時，主要針對單一介質(zhì)進行調(diào)配，如煤氣系統(tǒng)，電力系統(tǒng)等；在實際的能源系統(tǒng)中，不同能源介質(zhì)之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系，比如，煉焦、煉鐵、煉鋼、軋制等工序消耗一次能源(電、煤炭、天然氣等)的同時產(chǎn)生二次能源(如焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽等)，多余的煤氣、蒸汽可用來發(fā)電等；全廠范圍內(nèi)能源介質(zhì)的不合理配置必然會導(dǎo)致能源的放散和浪費；目前衡量鋼鐵行業(yè)能耗水平的一個重要指標(biāo)是噸鋼綜合能耗，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的能耗水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國、日本、韓國等發(fā)達(dá)國家，有很大的優(yōu)化潛力。

能源分配控制的任務(wù)是考慮能源的供應(yīng)能力和各工序的需求及生產(chǎn)過程中二次能源的再生能力，為整個計劃期內(nèi)的生產(chǎn)工序分配能源；能源分配控制的最終目的是保證生產(chǎn)任務(wù)的同時降低總生產(chǎn)成本，如何綜合考慮能源在整個生產(chǎn)過程中的消耗、回收、分配，是能源分配控制需要解決的關(guān)鍵問題；傳統(tǒng)的能源分配控制方法，無論是靜態(tài)還是動態(tài)，都假定參數(shù)已知并在整個計劃期內(nèi)保持不變，但是，大多數(shù)實際生產(chǎn)都具有隨機性，無論生產(chǎn)計劃還是車間環(huán)境都具有時變特征，如機器出現(xiàn)隨機故障、生產(chǎn)訂單的臨時變更、人工操作的不穩(wěn)定性和環(huán)境(如溫度)因素的不確定性等，使得能源需求隨時間變化，傳統(tǒng)的能源分配控制方法不再能滿足面向節(jié)能降耗的實際生產(chǎn)的需要。

現(xiàn)有的能源分配控制方法無論是針對單一或全廠能源設(shè)備/管網(wǎng)進行分配控制時，都采用靜態(tài)或離線方法，無法跟蹤生產(chǎn)環(huán)境的實時變化。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種提高鋼鐵能源利用率的在線能源分配控制方法，以達(dá)到提高鋼鐵能源利用率、保證生產(chǎn)中的能源供應(yīng)、降低總體生產(chǎn)成本、降低能源消耗和減少排放的目的。

一種提高鋼鐵能源利用率的在線能源分配控制方法，包括以下步驟：

步驟1、獲取鋼鐵生產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)，包括工序名稱、工序產(chǎn)量、氣溫、生產(chǎn)周期長度、消耗的能源介質(zhì)種類、消耗的能源介質(zhì)數(shù)量、能源介質(zhì)回收量、各生產(chǎn)工序的設(shè)備檢修信息和能源介質(zhì)供應(yīng)信息；所述的能源介質(zhì)供應(yīng)信息包括焦炭供應(yīng)量、煤供應(yīng)量、天然氣供應(yīng)量、高爐煤氣供應(yīng)量、焦?fàn)t煤氣供應(yīng)量、壓縮空氣供應(yīng)量、蒸汽供應(yīng)量、氧氣供應(yīng)量、氮氣供應(yīng)量、電供應(yīng)量、水供應(yīng)量、氮氣供應(yīng)量、氬氣供應(yīng)量和氫氣供應(yīng)量；

步驟2、以每個工序的能源介質(zhì)投入量限制為約束條件，采用建立數(shù)學(xué)模型的方式描述每個工序能源介質(zhì)投入量的分配過程；

所述的數(shù)學(xué)模型，建立過程如下：

步驟2.1、設(shè)置數(shù)學(xué)模型的參數(shù)：包括設(shè)定能源分配周期為T，時間段序號為t；工序總數(shù)為I，工序序號為i；能源介質(zhì)種類數(shù)為J，能源介質(zhì)序號為j；能源j在t時間段的單位成本為c_jt；能源j在t時間段的供應(yīng)量為S_jt；工序i消耗能源j的二次能源產(chǎn)生率為α_ij；工序i在t時間段能源j投入不足時的單位懲罰為工序i在t時間段能源j投入過量時的單位懲罰為

步驟2.2、設(shè)定數(shù)學(xué)模型的動作變量為：工序i在t時間段對能源介質(zhì)j的投入量x_ijt；

步驟2.3、根據(jù)每個工序的能源介質(zhì)投入量限制設(shè)置數(shù)學(xué)模型的約束條件，具體如下：

(1)任意一個生產(chǎn)時間段內(nèi)，能源介質(zhì)的總投入量小于等于本時間段該能源介質(zhì)的可用量，公式如下：

其中，x_ij，t-1表示工序i在t-1時間段對能源介質(zhì)j的投入量；

(2)任意一個生產(chǎn)時間段內(nèi)，能源介質(zhì)的投入量大于等于0；

步驟2.4、根據(jù)最小化每個工序的能源介質(zhì)投入成本、每個工序能源介質(zhì)投入不足時的懲罰成本和每個工序能源介質(zhì)投入過量時的放散成本，建立數(shù)學(xué)模型，其目標(biāo)函數(shù)如下：