炼钢厂生产调度排程及转炉炉次能耗预测相关问题研究

作     者：范计鹏 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑忠

授予年度：2018年

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

主      题：生产调度 能耗预测 蝙蝠算法 转炉炼钢 炉次氧耗量 

摘      要：实施精准的生产运行调控和能源预测分析对钢铁企业节能降耗、降本增效和提高市场竞争力具有重要意义。转炉是炼钢厂生产的基础环节,与其相关的生产调度排程则为炼钢厂生产流程运行调控提供决策支持,因此如何将转炉单元的能源管控与炼钢厂生产调度排程进行有机结合是当前钢铁企业实现高效生产、节能减排等多目标优化需要解决的关键问题之一。围绕此目标,本文分别从生产调度优化和转炉能源预测、能耗分析等方面开展研究。在炼钢厂生产运行调控方面,针对炼钢厂生产调度排程优化问题提出了一种改进的混合蝙蝠算法。首先,考虑工艺约束以及工序作业时间和工序间运输时间的不确定性等调度约束,以连铸机开浇时间偏离和最小化工序设备加工前总等待时间最小化为目标,构建了钢厂生产调度优化模型。然后,运用基于最小位置值的工位选择规则、邻域搜索结构、倒推算法等多种策略设计了一种改进混合蝙蝠算法对调度模型进行求解。以某钢厂生产数据实例仿真检验模型及求解算法,结果表明模型及算法可提高实际生产效率。在转炉能源预测方面,由于氧气是转炉实现“负能炼钢的关键能源介质,本文以氧气为代表,根据转炉耗氧量具有间歇性、影响因素复杂等难点,建立了一种基于机理分析与数据驱动相结合的耗氧量预测模型。通过转炉耗氧量的机理分析,进行影响因素的提取与计算描述;以LMBP神经网络方法为基础建立数据驱动预测模型;利用Pearson相关性分析方法进行属性约简,设计隐藏层宽度及深度对比实验进行网络拓扑结构优化。结合转炉生产调度计划,进行转炉氧气供需预测仿真,测试结果表明所建模型命中率达到了84.80%,氧气供需预测能较好满足现实需求。在转炉能耗分析方面,为了有效刻画炉次之间的能耗波动情况,本文进行了基于炉次综合能耗的转炉能耗分析,以促进生产调度排程技术与能源预测的有机结合。在转炉炉次氧气耗量预测的基础上,以转炉生产历史数据为依托,对转炉回收煤气、水蒸气、消耗电力、氮气等能源介质消耗进行统计分析,结合转炉生产调度计划为案例对炉次综合能耗进行分析计算,并指出了转炉单元的节能方向。综上所述,本文从钢铁企业实现高效生产、节能减排等多目标优化的实际需求出发,对炼钢厂生产调度排程优化、转炉耗氧量预测及能耗分析关键技术开展了相关研究。基于实际数据的离线仿真实验表明所建立的优化、预测和分析模型及方法是有效的,为钢厂流程运行优化与能源精准调控提供了新的研究思路。