鋼鐵企業(yè)自備電廠機(jī)組配置優(yōu)化及煤氣優(yōu)化調(diào)度研究

【摘要】：煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源,煤氣發(fā)生量與消耗量之間的平衡程度對鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)成本和能源消耗影響極大。煤氣系統(tǒng)不平衡源于兩個方面,一是煤氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性不平衡,即靜態(tài)不平衡；一是煤氣系統(tǒng)運(yùn)行過程中的不平衡,即動態(tài)不平衡；實(shí)現(xiàn)煤氣平衡的關(guān)鍵在于自備電廠的機(jī)組配置與動態(tài)調(diào)度。為此,論文綜合考慮煤氣放散和機(jī)組運(yùn)行效率下降對整個煤氣系統(tǒng)價值的影響,建立自備電廠機(jī)組配置優(yōu)化模型；考慮到依靠人工經(jīng)驗無法對其煤氣供入量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測,針對煤氣供入量特性,建立自備電廠煤氣供入量預(yù)測模型。在預(yù)測模型的基礎(chǔ)上從煤氣系統(tǒng)全局出發(fā),以總運(yùn)行成本最小為目標(biāo),考慮鍋爐負(fù)荷波動頻繁的特點(diǎn),建立優(yōu)化調(diào)度模型,并基于模型研究了應(yīng)用企業(yè)自備電廠的煤氣利用問題。主要研究內(nèi)容如下： (1)在掌握鋼鐵企業(yè)富余煤氣特性規(guī)律的基礎(chǔ)上,針對煤氣系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)不平衡的實(shí)際情況,建立了自備電廠機(jī)組配置優(yōu)化模型。整個建模過程綜合考慮了煤氣放散、環(huán)境成本、CCPP機(jī)組能力、機(jī)組容量、機(jī)組最佳負(fù)荷率對機(jī)組配置的影響,以煤氣系統(tǒng)平衡、CCPP機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行、環(huán)境成本等作為約束條件,旨在保證環(huán)境成本和總利潤協(xié)同優(yōu)化下確定發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)配置結(jié)構(gòu)。 (2)在準(zhǔn)確識別鋼鐵企業(yè)自備電廠煤氣供入量影響因素的基礎(chǔ)上,針對以往沒有合理的預(yù)測手段、僅憑人工經(jīng)驗判斷煤氣供入量趨勢的模式缺陷,建立了自備電廠煤氣供入量時間序列預(yù)測模型。整個建模過程采用預(yù)測前模型識別、預(yù)測中針對數(shù)據(jù)性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測后對殘差著重分析的方式?；诿簹夤┤肓筷P(guān)聯(lián)性、延時性、隨機(jī)性及復(fù)雜性的特性,首先建立ARMA時間序列主體預(yù)測模型,針對主體模型的殘差項進(jìn)行拉格朗日乘子檢驗,通過最小二乘法對參數(shù)進(jìn)行估計后進(jìn)一步建立ARCH時間序列輔助預(yù)測模型,使平滑誤差項的方差達(dá)到最小,提高預(yù)測模型的預(yù)測精度；預(yù)測后從統(tǒng)計學(xué)角度融合擬合分布的方法結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)對預(yù)測模型的殘差項進(jìn)行了分析。利用鋼鐵企業(yè)自備電廠實(shí)際數(shù)據(jù)對所建模型進(jìn)行驗證得到：預(yù)測模型相對誤差最高為1.95%,預(yù)測效果較好,可用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。 (3)依據(jù)自備電廠煤氣供入量的預(yù)測結(jié)果,針對鍋爐負(fù)荷頻繁波動的特點(diǎn),構(gòu)建煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型?？紤]到國家對企業(yè)污染物排放的處罰,將“環(huán)境成本”的概念引入鋼鐵企業(yè)自備電廠煤氣系統(tǒng)中,綜合考慮鍋爐經(jīng)濟(jì)負(fù)荷運(yùn)行、鍋爐啟停、燃料消耗等對模型的影響,以全周期內(nèi)的總運(yùn)行成本最小為目標(biāo),達(dá)到合理用能的目的,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。同時為了提高模型的合理程度,在調(diào)度過程中考慮了物料平衡、能量平衡、鍋爐操作、鍋爐運(yùn)行、污染物排放等對模型的約束。本文所建立的自備電廠多周期混合整數(shù)非線性規(guī)劃煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型改變了以往調(diào)度滯后、人為決定因素大的缺陷,保證鍋爐在最佳運(yùn)行區(qū)域附近工作。運(yùn)用改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法對模型求解,不僅提高了模型的求解收斂速度,并且加強(qiáng)了模型的全局尋優(yōu)能力,對鋼鐵企業(yè)自備電廠煤氣系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度具有重要的指導(dǎo)意義。 (4)將建立的自備電廠機(jī)組優(yōu)化配置模型應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)A。結(jié)果表明：優(yōu)化后的機(jī)組配置結(jié)構(gòu)基本可實(shí)現(xiàn)企業(yè)煤氣零放散,保證企業(yè)年供電自給自足,并可富余外供,電力能值降低了0.08kgce/kWh,按年日歷工作時間7000小時計算,節(jié)約標(biāo)煤23.63萬tce/年；將建立的自備電廠煤氣系統(tǒng)預(yù)測和優(yōu)化調(diào)度模型應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)B。結(jié)果表明：所建預(yù)測模型具有較高的預(yù)測精度,高爐煤氣供入量預(yù)測模型平均誤差率為2.05%；轉(zhuǎn)爐煤氣供入量預(yù)測模型預(yù)測平均誤差率為2.43%,預(yù)測精度較高,符合模型精度要求,滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。針對燃料、負(fù)荷頻繁波動得到的調(diào)度方案合理、實(shí)用,調(diào)度結(jié)果表明：運(yùn)用所建調(diào)度模型將多產(chǎn)蒸汽11t/h,按此計算節(jié)能約9086.56tce/年,節(jié)能潛力巨大。 【關(guān)鍵詞】：鋼鐵企業(yè)自備電廠 富余煤氣 機(jī)組配置優(yōu)化 煤氣供入量預(yù)測 優(yōu)化調(diào)度
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TF089
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-37
• 1.1 我國鋼鐵企業(yè)煤氣資源及回收利用13-18
• 1.2 鋼鐵企業(yè)富余煤氣資源利用現(xiàn)狀18-21
• 1.2.1 富余煤氣增加的原因18-19
• 1.2.2 富余煤氣的利用現(xiàn)狀19-21
• 1.3 鋼鐵企業(yè)自備電廠現(xiàn)狀及存在的問題21-32
• 1.3.1 自備電廠的分類21-24
• 1.3.2 自備電廠煤氣系統(tǒng)存在的問題24-32
• 1.4 論文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)32-37
• 1.4.1 論文的選題依據(jù)32-34
• 1.4.2 論文的研究內(nèi)容34-35
• 1.4.3 論文的創(chuàng)新點(diǎn)35-37
• 第二章 鋼鐵企業(yè)自備電廠機(jī)組配置優(yōu)化模型37-61
• 2.1 鋼鐵企業(yè)自備電廠煤氣系統(tǒng)靜態(tài)平衡分析37-39
• 2.1.1 煤氣系統(tǒng)靜態(tài)平衡存在的問題37-38
• 2.1.2 重審鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)不平衡問題38-39
• 2.2 自備電廠富余煤氣量的統(tǒng)計學(xué)特性39-45
• 2.2.1 研究方法39-40
• 2.2.2 實(shí)例分析40-45
• 2.3 自備電廠機(jī)組配置優(yōu)化模型45-59
• 2.3.1 模型建立的思想45-50
• 2.3.2 模型的假設(shè)50
• 2.3.3 目標(biāo)函數(shù)50-56
• 2.3.4 約束條件56-58
• 2.3.5 模型求解58-59
• 2.4 本章小結(jié)59-61
• 第三章 鋼鐵企業(yè)自備電廠煤氣供入量預(yù)測模型61-81
• 3.1 自備電廠煤氣供入量影響因素及模型選擇61-64
• 3.1.1 煤氣產(chǎn)生量波動的影響61-62
• 3.1.2 煤氣消耗量波動的影響62-63
• 3.1.3 煤氣柜波動的影響63
• 3.1.4 其它波動的影響63-64
• 3.2 ARMA時間序列預(yù)測建模64-72
• 3.2.1 ARMA時間序列模型概述64-66
• 3.2.2 ARMA時間序列預(yù)測建模步驟66-72
• 3.3 模型驗證72-79
• 3.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理72
• 3.3.2 煤氣供入量ARMA預(yù)測模型的建立72-74
• 3.3.3 ARMA模型隨機(jī)擾動項的ARCH效應(yīng)分析與建模74-75
• 3.3.4 模型預(yù)測75-77
• 3.3.5 殘差分析77-79
• 3.4 本章小結(jié)79-81
• 第四章 鋼鐵企業(yè)自備電廠煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型81-97
• 4.1 自備電廠鍋爐及燃料調(diào)節(jié)特點(diǎn)81-83
• 4.1.1 自備電廠鍋爐的工作特點(diǎn)81-82
• 4.1.2 燃料調(diào)節(jié)特點(diǎn)82-83
• 4.2 自備電廠煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型83-95
• 4.2.1 模型建立思想83-85
• 4.2.2 模型假設(shè)85
• 4.2.3 目標(biāo)函數(shù)85-90
• 4.2.4 約束條件90-93
• 4.2.5 模型求解93-95
• 4.3 本章小結(jié)95-97
• 第五章 模型應(yīng)用97-133
• 5.1 自備電廠機(jī)組配置優(yōu)化模型在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用97-108
• 5.1.1 企業(yè)概況97-98
• 5.1.2 自備電廠概況98-99
• 5.1.3 鋼鐵企業(yè)A自備電廠機(jī)組配置優(yōu)化99-104
• 5.1.4 優(yōu)化結(jié)果分析104-108
• 5.2 自備電廠煤氣系統(tǒng)化調(diào)度模型在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用108-130
• 5.2.1 企業(yè)概況108-110
• 5.2.2 煤氣供入量預(yù)測110-120
• 5.2.3 鋼鐵企業(yè)B自備電廠煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度120-130
• 5.3 本章小結(jié)130-133
• 第六章 結(jié)論與展望133-137
• 6.1 結(jié)論133-134
• 6.2 展望134-137
• 參考文獻(xiàn)137-149
• 致謝149-151
• 附錄151-152

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多期決策下鋼鐵企業(yè)采購與生產(chǎn)庫存優(yōu)化研究    伍景瓊

基于生產(chǎn)物流的鋼鐵企業(yè)成本核算方法研究    崔發(fā)婧

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