鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)動態(tài)預(yù)測與優(yōu)化調(diào)配研究

呂應(yīng)順

摘 要：鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)的規(guī)模龐大且復(fù)雜，它在發(fā)揮其節(jié)能降耗作用的同時，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染與資源浪費問題。因此，如何用好這項系統(tǒng)是煤氣系統(tǒng)工作者必須攻克的堡壘。本文主要對鋼鐵企業(yè)能耗現(xiàn)狀以及節(jié)能潛力進(jìn)行了分析，并對鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)動態(tài)預(yù)測與優(yōu)化調(diào)配進(jìn)行了相關(guān)的研究。

關(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè)；煤氣系統(tǒng)；動態(tài)預(yù)測；優(yōu)化調(diào)配

鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)包括了BFG、COG、LDG種副產(chǎn)煤氣的發(fā)生、存儲、緩沖、混合、輸送、使用等多個環(huán)節(jié)，其規(guī)模龐大比工序繁雜，既能帶來巨大的節(jié)能降耗效果，又能嚴(yán)重污染環(huán)境和浪費資源，如何駕馭這匹鋼鐵企業(yè)能源的“千里馬”，為我所用，是煤氣系統(tǒng)工作者必須攻克的堡壘。鑒于其龐大復(fù)雜的管網(wǎng)計量系統(tǒng)以及對安全性的高標(biāo)準(zhǔn)要求，實時在線的動態(tài)優(yōu)化調(diào)配是順應(yīng)科技發(fā)展，跟上時代潮流的必然發(fā)展趨勢。

一、鋼鐵工業(yè)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能潛力

近幾年，我國鋼鐵工業(yè)所消耗的能源一直處在持續(xù)增長的狀態(tài)。2007以來，鋼鐵工業(yè)所消耗的能源一直占全國能源消耗總量的12%以上。目前世界各國能源結(jié)構(gòu)的特點，一般要取決于該國資源、經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展等因素。煤炭資源豐富的國家中，在能源消費中往往以煤為主，煤炭消費比重較大。其中，南非為77.1，中國72.9%，波蘭68.1%，印度56.8%，澳大利亞44.5%，美國24.9%。在世界前20個能源消費大國中，煤炭占第一位的有5個，占第二位的有6個，占第三位的有9個。

鋼鐵工業(yè)是能源密集型產(chǎn)業(yè)之一，能源消耗費用占整個鋼鐵企業(yè)成本的20%左右。目前，與國外的發(fā)達(dá)國家相比，我國能源消耗水平還有很大的發(fā)展空間。例如，將我國先進(jìn)企業(yè)與國外先進(jìn)進(jìn)行對比，我國寶鋼能耗費用占生產(chǎn)成本的21%，濟(jì)鋼為25%，其它大中型企業(yè)在30%左右。所以說，我國鋼鐵工業(yè)開展節(jié)能降耗尚有一定潛力，同時也會有降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)市場競爭力的效果。

二、煤氣系統(tǒng)動態(tài)預(yù)測模型建立

（一）煤氣富余量計算模型

經(jīng)過“黑箱”處理后，煤氣富余煤氣量計算模型主要包括三個獨立的子模塊，它們分別為BFG、COG、LDG。對于每個設(shè)備子模塊來說，按照生產(chǎn)計劃，由于每一臺設(shè)備在相同時刻，其運行狀態(tài)并不一致。因此，它們所得到的總煤氣發(fā)生時間序列也并不能夠滿足平穩(wěn)、正態(tài)、零均值的條件。基于時間序列分析所建立的動態(tài)預(yù)測模型，主要是通過時間序列分析得到非正常下煤氣產(chǎn)消量與正常情況下產(chǎn)消量的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)正常情況下產(chǎn)消量的預(yù)測值給出的時候，預(yù)測模型動態(tài)預(yù)測出非正常下相應(yīng)的值。

（二）穩(wěn)定富余量動態(tài)調(diào)配模塊

富余煤氣動態(tài)分配采用數(shù)學(xué)規(guī)劃與啟發(fā)式算法混合調(diào)度，以最大程度消減富余煤氣波動為目標(biāo)，以緩沖設(shè)備用戶的能力和特點為約束，建立煤氣系統(tǒng)的優(yōu)先級規(guī)則矩陣如圖1所示。

（三）波動富余量緩沖調(diào)節(jié)模型

波動富余煤氣量的調(diào)節(jié)主要包括鍋爐摻燒、管網(wǎng)儲存、煤氣柜儲存、氣柜放散、管網(wǎng)緊急放散。

一般來說，鍋爐摻燒量與煤氣柜儲量采用數(shù)學(xué)規(guī)劃與啟發(fā)式算法混合調(diào)度來進(jìn)行調(diào)配。對于煤氣柜來說，由于其屬于瞬時調(diào)壓，所以對其儲存量預(yù)測只能保證其總體趨勢與煤氣富余量變化的一致性。所以一般對煤氣柜放散量采用PID控制，而對于緊急放散量則用開關(guān)量控制。

三、鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度建模

（一）建模思想

關(guān)于煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)建的思想，本文旨在使煤氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運行的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。具體調(diào)度思想如圖2所示。

（二）相關(guān)注意事項

1、以燃料消耗量最小為目標(biāo)，綜合固定用戶、可變用戶、緩沖用戶消耗煤氣特點進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。為減少計算過程的復(fù)雜程度，在調(diào)度過程中沒有對轉(zhuǎn)換用戶進(jìn)行計算，改變了以往單純考慮固定用戶、可變用戶的缺陷。

（二）相關(guān)注意事項

1、以燃料消耗量最小為目標(biāo)，綜合固定用戶、可變用戶、緩沖用戶消耗煤氣特點進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。為減少計算過程的復(fù)雜程度，在調(diào)度過程中沒有對轉(zhuǎn)換用戶進(jìn)行計算，改變了以往單純考慮固定用戶、可變用戶的缺陷。

2、在進(jìn)行計算時，要充分考慮到緩沖用戶的特性，而不用只是被動地接受富余煤氣，而是將其作為調(diào)度中的一部分，并在固定用戶和可變用戶煤氣利用率保持最高的基礎(chǔ)上，確保煤氣柜在安全范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定運行，最好選擇自備的電廠鍋爐在經(jīng)濟(jì)區(qū)域或靠近經(jīng)濟(jì)區(qū)域下進(jìn)行運行。

3、對于煤氣柜和自備電廠鍋爐來說，兩者是相互矛盾的用戶。當(dāng)煤氣量保持一定時，需要兩個用戶共同來完成整個的消耗任務(wù)，這時就會出現(xiàn)如何兼顧利益、安全以及效率的問題。根據(jù)系統(tǒng)運行的特征，將度量可能性與風(fēng)險行綜合在一起，便可以得出緩沖用戶的概率調(diào)度模型。

4、基于煤氣消耗用戶設(shè)備對不同種類煤氣利用效率不同，以及對煤氣熱值的要求有較大差異，遵循按質(zhì)用能，達(dá)到能源梯級利用的目的，使能源結(jié)構(gòu)趨于最優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上建立優(yōu)化調(diào)度模型。

四、結(jié)語

鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)包括了高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣三種副產(chǎn)煤氣的生產(chǎn)、輸送、儲存、調(diào)配、緩沖等多個環(huán)節(jié)，其煤氣壓力與流量并不是很穩(wěn)定，尤其是富余煤氣頻繁波動，造成了大量的放散損失。所以，正確地認(rèn)識鋼鐵企業(yè)中煤氣產(chǎn)耗的變化規(guī)律，科學(xué)地規(guī)劃、實施煤氣的調(diào)配利用。

參考文獻(xiàn)：

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