[發明專利]一種鋼鐵企業靜態能量流網絡優化設計方法

有效

• 申請號: 201710474894.1
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107273619B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 賀東風;馮凱;徐安軍;劉平澤
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/04;G06F111/04
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 張海青

1.一種鋼鐵企業靜態能量流網絡優化設計方法，其特征在于，包括：

獲取鋼鐵流程各工序/設備的多種能源介質參數；

根據獲取的多種能源介質參數建立靜態能量流網絡數學模型；

對建立的靜態能量流網絡數學模型進行求解，得到符合預設條件的各能源介質的分配方案，所述預設條件包括：在滿足生產用能平衡的前提下；

根據得到的符合預設條件的分配方案進行能源結構的優化調整，根據優化調整后的能源結構，確定靜態能量流網絡；

其中，所述根據獲取的多種能源介質參數建立靜態能量流網絡數學模型包括：

確定靜態能量流網絡數學模型的約束條件；

根據獲取的多種能源介質參數及確定的約束條件在保證鋼鐵企業正常生產的條件下，結合生產實際，建立各能源介質的分配利用模型；

基于建立的各能源介質的分配利用模型，建立靜態能量流網絡數學模型；

其中，所述約束條件包括：能源供需平衡約束、能源介質約束、用能設備的操作約束、物料轉換平衡約束、能量平衡約束和其他約束；

其中，所述能源供需平衡約束

在鋼鐵企業生產過程中，當企業生產狀況給定時，包括主生產系統、能源轉換系統、輔助系統整個流程的能源消耗和發生量就會確定，進而就能夠建立鋼鐵企業整個能源系統的供需平衡關系，具體表現形式如下所示：

式中：U_i表示能源介質i的盈余量，表示能源i在工序j中的回收量，表示能源i在工序j中的使用量，b_i表示能源介質i的放散量量，m表示主生產系統共有m種工序/設備，k表示能源轉換系統共k種工序/設備，l表示輔助系統共l種工序/設備；

所述能源介質約束

當鋼鐵生產流程的生產情況確定時，各能源介質的產生量和需求量也隨之確定，對于煤氣、蒸汽能源介質來說，要求能源轉換系統各用戶能源介質的使用量和放散量的和不大于能源介質的產生量，具體描述如下：

對于除煤氣、蒸汽以外的能源介質來說，要求鋼鐵生產的需求量、最大外銷量以及放散量的和不大于能源介質的產生量：

式中：表示能源介質i的最大外銷量；

所述用能設備的操作約束

用能設備的操作約束反映了各用能工序/設備的工藝操作需求，即在使用某種煤氣時，需要保證加熱設備的溫度要求，而加熱溫度直接取決于煤氣熱值的大小，熱值過低，達不到加熱溫度要求，過高又對加熱產生不利影響，因此需要把煤氣的熱值維持在一定的范圍內，具體表現形式如下：

Q_j，min≤Q_j≤Q_j，max

式中，Q_j表示工序j混合煤氣的熱值，Q_BFG、Q_LDG、Q_COG分別表示BFG、LDG、COG的熱值，Q_j，min、Q_j，max分別表示工序j需求煤氣熱值的最小值和最大值、分別表示BFG、LDG、COG工序j中的使用量；

所述物料轉換平衡約束

在鋼鐵生產制造流程中，某些工序發揮著能源轉換功能，將一種形式的能源介質轉換成另一種的能源介質，它們之間存在著一定的平衡，具體表現為：

式中，表示能源介質l在工序j轉換為能源介質i的轉換效率；

所述能量平衡約束

能量平衡約束分為兩類：一類是根據能量守恒定律，能量在轉換過程中總量始終保持不變，這里是指煤氣、蒸汽、電力之間的相互轉換過程之中的能量平衡，另一類是指能源介質之間的替換，需要保持能量總量的恒定，進而保證生產產能的恒定，這里是指加熱爐能源介質的替代導致的能量總量的平衡，具體描述如下：

煤氣-電轉換能量平衡

煤氣-蒸汽轉換能量平衡

蒸汽-電力轉換能量平衡

加熱爐能源介質相互替換能量平衡

加熱爐存在蓄熱式加熱技術，因此可以利用高爐煤氣替代焦爐煤氣使用，建立以下平衡約束：

式中，表示電在工序j中的回收量，分別表示蒸汽s1、s2、s3在工序j中的回收量，分別表示蒸汽s1、s2、s3在工序j中的使用量，η_j對于發電工序代表工序發電效率，對于產汽工序代表工序熱效率，s1、s2、s3分別表示高壓、中壓、低壓三種蒸汽，h_ele表示電的熱值，h_s1、h_s2、h_s3分別表示三種蒸汽的焓值，分別表示當鋼鐵流程生產恒定時，工序j高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣的初始消耗量；

所述其他約束，包括：

非負約束

初始值約束

其中，initial value表示初始值；

所述靜態能量流網絡數學模型為：

其中，所述利用遺傳算法對建立的靜態能量流網絡數學模型進行求解，得到符合預設條件的分配方案包括：

將靜態能量流網絡數學模型最大值的參數集轉換成二進制字符串，其中，所述參數集包括：各個工序/設備對應的各能源介質的回收量和使用量、及各能源介質的放散量；

采用乘法的形式構造懲罰函數，根據構造的懲罰函數產生帶有懲罰項的適應度函數；

確定遺傳策略，初始化種群及運行參數，所述運行參數包括：預設的停止準則和最大進化代數；

基于轉換成的二進制字符串，利用適應度函數計算種群中每個個體的適應值；

根據確定的遺傳策略，對轉換成的二進制字符串運用復制、雜交、變異遺傳算子，產生新群體，利用適應度函數計算新群體中每個個體的適應值；

判斷新群體中每個個體的適應值是否滿足預設的停止準則或當前進化代數已達到最大進化代數，若是，則停止迭代；否則，返回執行根據確定的遺傳策略，對轉換成的二進制字符串運用復制、雜交、變異遺傳算子，產生新群體的步驟；

獲取最大適應值對應的各個工序/設備對應的各能源介質的回收量和使用量、及各能源介質的放散量作為全局最優解；

其中，根據得到的符合預設條件的分配方案進行能源結構的優化調整，根據優化調整后的能源結構，確定靜態能量流網絡包括：

根據獲取的最大適應值對應的各個工序/設備對應的各能源介質的回收量和使用量、及各能源介質的放散量，進行能源結構的優化調整；

根據優化調整后的能源結構，確定靜態能量流網絡；

所述對建立的靜態能量流網絡數學模型進行求解，得到符合預設條件分配方案包括：

利用遺傳算法對建立的靜態能量流網絡數學模型進行求解，得到符合預設條件的分配方案。