鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)動態(tài)預測與優(yōu)化調配研究

呂應順

摘 要：鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)的規(guī)模龐大且復雜，它在發(fā)揮其節(jié)能降耗作用的同時，也帶來了嚴重的環(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)能潛力進行了分析，并對鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)動態(tài)預測與優(yōu)化調配進行了相關的研究。

關鍵詞：鋼鐵企業(yè)；煤氣系統(tǒng)；動態(tài)預測；優(yōu)化調配

鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)包括了BFG、COG、LDG種副產煤氣的發(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。鑒于其龐大復雜的管網計量系統(tǒng)以及對安全性的高標準要求，實時在線的動態(tài)優(yōu)化調配是順應科技發(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構的特點，一般要取決于該國資源、經濟和科技發(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，將我國先進企業(yè)與國外先進進行對比，我國寶鋼能耗費用占生產成本的21%，濟鋼為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)預測模型建立

（一）煤氣富余量計算模型

經過“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。對于每個設備子模塊來說，按照生產計劃，由于每一臺設備在相同時刻，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?；跁r間序列分析所建立的動態(tài)預測模型，主要是通過時間序列分析得到非正常下煤氣產消量與正常情況下產消量的函數(shù)關系，當正常情況下產消量的預測值給出的時候，預測模型動態(tài)預測出非正常下相應的值。

（二）穩(wěn)定富余量動態(tài)調配模塊

富余煤氣動態(tài)分配采用數(shù)學規(guī)劃與啟發(fā)式算法混合調度，以最大程度消減富余煤氣波動為目標，以緩沖設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）波動富余量緩沖調節(jié)模型

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

一般來說，鍋爐摻燒量與煤氣柜儲量采用數(shù)學規(guī)劃與啟發(fā)式算法混合調度來進行調配。對于煤氣柜來說，由于其屬于瞬時調壓，所以對其儲存量預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量控制。

三、鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)的優(yōu)化調度建模

（一）建模思想

關于煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調度模型構建的思想，本文旨在使煤氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運行的基礎上進行優(yōu)化調度。具體調度思想如圖2所示。

（二）相關注意事項

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

（二）相關注意事項

1、以燃料消耗量最小為目標，綜合固定用戶、可變用戶、緩沖用戶消耗煤氣特點進行優(yōu)化調度。為減少計算過程的復雜程度，在調度過程中沒有對轉換用戶進行計算，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上，確保煤氣柜在安全范圍內進行穩(wěn)定運行，最好選擇自備的電廠鍋爐在經濟區(qū)域或靠近經濟區(qū)域下進行運行。

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，這時就會出現(xiàn)如何兼顧利益、安全以及效率的問題。根據系統(tǒng)運行的特征，將度量可能性與風險行綜合在一起，便可以得出緩沖用戶的概率調度模型。

4、基于煤氣消耗用戶設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，遵循按質用能，達到能源梯級利用的目的，使能源結構趨于最優(yōu)化，在此基礎上建立優(yōu)化調度模型。

四、結語

鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)包括了高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣三種副產煤氣的生產、輸送、儲存、調配、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，正確地認識鋼鐵企業(yè)中煤氣產耗的變化規(guī)律，科學地規(guī)劃、實施煤氣的調配利用。

參考文獻：

[1]宋軍.鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)動態(tài)預測與優(yōu)化調配研究[D].東北大學，2011.

[2]李紅娟.鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)預測及優(yōu)化調度研究[M].昆明理工大學研究生院，2013.

[3]王軍.鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)預測與調度建模研究[D].燕山大學，2013.endprint