基于普适摩尔流量的钢铁厂煤气调度研究

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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。
摘要第8-9页
ABSTRACT第9-10页
第一章 绪论第11-21页
    1.1 课题背景及研究意义第11-12页
    1.2 国内外研究现状第12-17页
    1.3 本文的主要工作第17-21页
第二章 钢铁厂煤气系统概述第21-31页
    2.1 钢铁厂副产煤气第21-24页
        2.1.1 高炉煤气第21-22页
        2.1.2 焦炉煤气第22-23页
        2.1.3 转炉煤气第23-24页
    2.2 钢铁厂煤气管网第24-30页
        2.2.1 煤气管道第24-26页
        2.2.2 煤气发生源第26-27页
        2.2.3 煤气混合站第27-28页
        2.2.4 煤气用户第28-29页
        2.2.5 管网系统的运行过程第29-30页
    2.3 本章小结第30-31页
第三章 煤气管网模型与调度模型第31-45页
    3.1 管网模型化处理第31-34页
        3.1.1 输气管线第31-32页
        3.1.2 气源节点第32-33页
        3.1.3 混合节点第33-34页
        3.1.4 用户节点第34页
    3.2 管网有向图模型第34-39页
        3.2.1 量值属性第35-37页
        3.2.2 连接信息第37页
        3.2.3 顶点普摩量第37页
        3.2.4 边普摩量第37页
        3.2.5 管网节点平衡方程第37-39页
    3.3 数学规划调度模型第39-43页
        3.3.1 变量和参数第39-40页
        3.3.2 优化目标第40-42页
        3.3.3 模型约束第42-43页
    3.4 本章小结第43-45页
第四章 事件驱动的煤气调度方法实现第45-59页
    4.1 事件驱动调度方法第45-49页
        4.1.1 生产事件的影响分析第45-46页
        4.1.2 调度事件的驱动策略第46-47页
        4.1.3 常见的钢铁厂煤气调度事件第47-49页
    4.2 事件驱动调度流程第49-52页
        4.2.1 周期事件调度流程第50-51页
        4.2.2 动态事件调度流程第51-52页
    4.3 程序设计第52-58页
        4.3.1 总体设计第52页
        4.3.2 模型转化第52-55页
        4.3.3 调度模型求解第55-57页
        4.3.4 调度方案分析第57-58页
    4.4 本章小结第58-59页
第五章 钢铁厂煤气调度实例分析第59-75页
    5.1 基准管网第59-61页
        5.1.1 管网有向图第59-60页
        5.1.2 有向图参数设置第60-61页
    5.2 周期事件调度分析第61-71页
        5.2.1 调度环节数据第61-63页
        5.2.2 月调度结果分析第63-68页
        5.2.3 年调度结果分析第68-71页
    5.3 动态事件调度分析第71-74页
        5.3.1 气源供应异常第71-72页
        5.3.2 用户生产异常第72-73页
        5.3.3 管网系统异常第73-74页
    5.4 本章小结第74-75页
第六章 总结第75-77页
    6.1 结论第75页
    6.2 下一步工作第75-77页
附录 变量有界单纯形算法第77-83页
参考文献第83-87页
致谢第87-88页
攻读硕士学位期间参与的项目第88-89页
学位论文评阅及答辩情况表第89页
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