基于普适摩尔流量的钢铁厂煤气调度研究

作     者：于峰 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李歧强

授予年度：2011年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：煤气调度 管网有向图 普适摩尔流量 节点平衡方程 热值优化 

摘      要：钢铁行业能耗占全国工业总能耗的10%。钢铁企业的能源费用占其总生产费用的20%,而钢铁厂副产煤气可以提供生产能耗的30%-40%。钢铁厂副产煤气包括高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气。在钢铁厂生产过程中,煤气平衡要受到煤气发生工序、煤气混合站和煤气用户的影响。由于厂区规划、管网设计和生产调度等方面的问题,钢铁企业往往存在一方面煤气过剩而放散,一方面煤气用户因供气不足而补充其他能源的现象。钢铁厂副产煤气的利用情况直接反映着该企业的能源利用水平,也直接影响着企业的产品成本。对钢铁厂副产煤气和混合煤气的输配进行优化调度,是提高副产煤气利用效率的有效途径。 本文用有向图对钢铁厂煤气管网进行了模型化处理,用节点和有向线段描述了煤气管网的产耗环节和输气管线;根据钢铁厂副产煤气流量、温度和压力属性,利用克拉伯龙方程推导,并提出钢铁厂煤气的普适摩尔流量的概念;基于普适摩尔流量的概念,推导出了管网有向图节点的普适摩尔流量平衡方程和混合节点的热值平衡方程两类节点方程;根据管网有向图的节点方程和各节点被赋以的调度权重,建立钢铁厂煤气调度的线性规划模型。该调度模型既通过节点方程表达了煤气的流量平衡和热值热优化,又通过节点的调度权重表达了调度规则和生产经验。 基于此调度优化模型,本文以管网有向图模型组织建模数据,以事件驱动策略触发调度过程,设计了钢铁厂煤气调度方法。其中,管网有向图数据包括管网连接数据和节点煤气产耗数据。该调度方法的事件驱动策略是综合了周期驱动策略和动态驱动策略的混合驱动策略。在设计了周期事件和动态事件的调度流程的基础上本文详细地从模型转化、模型求解和求解结果分析三个环节详细介绍了该调度方法的程序结构和流程。在程序实现的基础上,本文应用某钢铁厂实际煤气产耗数据,验证分析了该调度方法的有效性。 该煤气调度方法思路清晰,模型结构简单,便于求解。相比基于精确数学模型的调度方法,该方法具有更好的适应性和稳定性;相比基于规则的调度方法,该方法更容易控制优化方向和评估优化程度。