一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵企業(yè)能源調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu) 化調(diào)度可行解的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是資源、能源密集型產(chǎn)業(yè)。能源消 耗是決定鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)成本和利潤(rùn)的重要因素，也是影響環(huán)境負(fù)荷的主要原因。一方面，鋼 鐵企業(yè)生產(chǎn)流程長(zhǎng)，工序、設(shè)備繁多，各工序間相互銜接，且每種工序、設(shè)備都與多種能源介 質(zhì)關(guān)聯(lián)；另一方面，鋼鐵企業(yè)需要用到的能源種類(lèi)超過(guò)20種，這些能源介質(zhì)不僅各自存在 產(chǎn)耗、儲(chǔ)存、緩沖和輸配等多種形態(tài)，而且相互之間有著復(fù)雜的轉(zhuǎn)換、替代等關(guān)聯(lián)關(guān)系，這都 使得整個(gè)鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密耦合、錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，對(duì)鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)的研 宄具有理論和現(xiàn)實(shí)兩方面的重要意義。
[0003] 蒸汽作為鋼鐵企業(yè)的三種主要能源介質(zhì)之一，在企業(yè)的生產(chǎn)和生活中的重要性尤 其突出。對(duì)鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化調(diào)度，是要在滿(mǎn)足能源產(chǎn)耗需求和安全生產(chǎn)的大前 提下，優(yōu)化能源消耗結(jié)構(gòu)，充分利用二次能源，減少副產(chǎn)煤氣放散，減少蒸汽的盲目生產(chǎn)和 放散，提高能源綜合利用效率，最終實(shí)現(xiàn)能源成本的最小化目標(biāo)。
[0004] 然而，對(duì)于鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題而言，其中存在著大量的線性和非線 性、等式和不等式約束條件，如各品質(zhì)蒸汽產(chǎn)耗、輸配和轉(zhuǎn)換等單元設(shè)備需滿(mǎn)足工藝約束， 每種蒸汽介質(zhì)自身還需滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)平衡約束等。對(duì)這種復(fù)雜的強(qiáng)約束問(wèn)題，如果沒(méi)有一個(gè)好 的約束處理機(jī)制作為支撐，在求解計(jì)算過(guò)程中，出現(xiàn)違反約束的不可行解的概率是非常大 的，可以說(shuō)，此時(shí)獲得一個(gè)可行解的難度將不亞于搜索到全局最優(yōu)解的難度。可行解難以獲 取的窘境不僅會(huì)降低蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題求解計(jì)算的速度和效率，將大量的計(jì)算時(shí)間和 資源消耗在可行解的搜索任務(wù)上，還可能導(dǎo)致求解過(guò)程不收斂，無(wú)法輸出可行/最優(yōu)的調(diào) 度方案，嚴(yán)重影響蒸汽調(diào)度與生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方 法，以解決現(xiàn)有技術(shù)確定可行解的方法復(fù)雜的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方 法，所述方法包括以下步驟：
[0007] 步驟1，確定鋼鐵企業(yè)的蒸汽系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；根據(jù)熱力設(shè)備的能耗情況確立 其輸入/輸出變量集，結(jié)合所述熱力設(shè)備的工藝模型和約束條件，建立與所述熱力設(shè)備對(duì) 應(yīng)的單元數(shù)學(xué)模型；
[0008] 步驟2,對(duì)所有蒸汽介質(zhì)按壓力等級(jí)的降序進(jìn)行排序；
[0009] 步驟3,根據(jù)蒸汽供需預(yù)測(cè)結(jié)果以及所述單元數(shù)學(xué)模型，計(jì)算在第t個(gè)調(diào)度周期內(nèi) 介質(zhì)序號(hào)為stm的蒸汽的富余量Sstm，t，判斷所述蒸汽富余量Sstm， t是否大于等于0,是，執(zhí)行 步驟5,否，執(zhí)行步驟4;
[0010] stm的初始值為最高壓力等級(jí)的蒸汽的介質(zhì)序號(hào)；
[0011] 步驟4,在滿(mǎn)足工藝條件的約束下，增加鍋爐類(lèi)設(shè)備的燃煤消耗量，使產(chǎn)汽量滿(mǎn)足 主生產(chǎn)工序的生產(chǎn)用蒸汽需量，執(zhí)行步驟5 ;
[0012] 步驟5,判斷當(dāng)前蒸汽的介質(zhì)序號(hào)stm是否為1，是，執(zhí)行步驟8,否，執(zhí)行步驟6 ;
[0013] 步驟6,判斷與所述當(dāng)前蒸汽關(guān)聯(lián)的低等級(jí)蒸汽是否滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，是，執(zhí)行步驟 8,否，執(zhí)行步驟7 ;
[0014] 步驟7,將所述當(dāng)前蒸汽的富余量Sstm，t分配給相關(guān)減溫減壓裝置，所述相關(guān)減溫 減壓裝置為將所述當(dāng)前蒸汽降為關(guān)聯(lián)的低等級(jí)蒸汽時(shí)用到的減溫減壓裝置，初始化所述相 關(guān)減溫減壓裝置的入口蒸汽量后，更新所述當(dāng)前蒸汽介質(zhì)的富余量Sstm，t的值，執(zhí)行步驟8 ;
[0015] 步驟8,將所述當(dāng)前蒸汽的富余量Sstniit分配給汽輪機(jī)類(lèi)和減溫減壓裝置類(lèi)設(shè)備， 將蒸汽的所述介質(zhì)序號(hào)stm減1，判斷stm-Ι大于0時(shí)，執(zhí)行步驟3,否則，執(zhí)行步驟9 ;
[0016] 步驟9,輸出所述鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度可行解，結(jié)束。
[0017] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第一優(yōu)選實(shí) 施例中：所述步驟1中確定的所述鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，用蒸汽介質(zhì)管網(wǎng)和 可調(diào)度的熱力設(shè)備描述所述蒸汽系統(tǒng)，所述熱力設(shè)備包含鍋爐類(lèi)設(shè)備、汽輪機(jī)類(lèi)和減溫減 壓裝置類(lèi)設(shè)備；
[0018] 建立蒸汽介質(zhì)管網(wǎng)信息集Φ、鍋爐類(lèi)設(shè)備信息集Θ，以及汽輪機(jī)類(lèi)和減溫減壓裝 置類(lèi)設(shè)備信息集Ω :
[0019] Φ = {HPS, MPS, LPS, L}
[0020] Θ = {GBO, CBO1Ll
[0021] Ω = {TUR, VAL1Ll
[0022] 其中，HPS、MPS、LPS分別為高壓蒸汽、中壓蒸汽和低壓蒸汽介質(zhì)，GBO、CBO分別為 全燒煤氣鍋爐和燃煤摻燒煤氣鍋爐設(shè)備子集，TUR為凝汽式汽輪機(jī)設(shè)備子集，VAL為減溫減 壓裝置子集。
[0023] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第二優(yōu)選實(shí) 施例中：所述步驟1中建立的所述單元數(shù)學(xué)模型中的信息包括：所述鍋爐類(lèi)設(shè)備的煤氣消 耗量·<:和蒸汽產(chǎn)生量C，所述汽輪機(jī)類(lèi)和減溫減壓裝置類(lèi)設(shè)備的入口蒸汽流量C 和出口產(chǎn)生/抽汽/凝汽流量_)C，所述汽輪機(jī)類(lèi)設(shè)備產(chǎn)生的電量zn，t;
[0024] 其中，i為煤氣介質(zhì)或其它燃料序號(hào)，s為所述蒸汽介質(zhì)的序號(hào)，m為所述鍋爐類(lèi)設(shè) 備的序號(hào)，η為所述汽輪機(jī)類(lèi)和所述減溫減壓裝置類(lèi)設(shè)備的序號(hào)，t為調(diào)度周期序號(hào)。
[0025] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第三優(yōu)選實(shí) 施例中：所述步驟3中計(jì)算的在第t個(gè)調(diào)度周期內(nèi)介質(zhì)序號(hào)為stm的蒸汽的富余量Sstm，t的 值為：
[0026]
[0027] 其中，Dstniit和G 分別為根據(jù)蒸汽供需預(yù)測(cè)結(jié)果得到的，在第t個(gè)調(diào)度周期內(nèi)主 生產(chǎn)工序?qū)λ霎?dāng)前蒸汽的需求量，及不參與調(diào)度的余熱余能鍋爐設(shè)備自然循環(huán)產(chǎn)生的當(dāng) 前蒸汽流量；
[0028]
為所述熱力設(shè)備信息集中除所述減溫減壓裝置之
外的所述鍋爐類(lèi)設(shè)備產(chǎn)生和所述汽輪機(jī)類(lèi)設(shè)備出口產(chǎn)生/抽汽/凝汽的當(dāng)前蒸汽流量之 和；
[0029] 為所述熱力設(shè)備信息集中所述減溫減壓裝置產(chǎn)生的當(dāng)前蒸汽流量 之和，其中，Md:為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中所有產(chǎn)生當(dāng)前蒸汽的減溫減壓裝置構(gòu)成的設(shè)備子 集。
[0030] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第四優(yōu)選實(shí) 施例中：所述步驟4包括：
[0031] 步驟401，選中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中所有產(chǎn)生所述當(dāng)前蒸汽的燃煤鍋爐構(gòu)成的設(shè)備 子集 CBOstm;
[0032] 步驟402,調(diào)用所述燃煤鍋爐的單元模型，增加燃煤消耗量的所述燃煤鍋爐的個(gè)數(shù) 的初始值為1，各個(gè)所述燃煤鍋爐增加的燃煤消耗總量了的值為：
[0033]
[0034] 其中，I Sstm，t I為取所述當(dāng)前蒸汽富余量的絕對(duì)值，hstm和h fw分別為所述燃煤鍋爐 的出口蒸汽焓值和給水焓值，hi表示燃煤的熱值，η為鍋爐效率，coi為燃煤對(duì)應(yīng)的能源介 質(zhì)序號(hào)；
[0035] 步驟403,檢驗(yàn)增加燃煤消耗量之后是否滿(mǎn)足鍋爐的工藝約束條件，是，執(zhí)行步驟 404,否，增加參與燃煤消耗量增加的所述燃煤鍋爐的個(gè)數(shù)，執(zhí)行步驟402;
[0036] 步驟404,計(jì)算增加燃煤消耗量之后，鍋爐增加的產(chǎn)汽量
更新所 述當(dāng)前蒸汽的富余量為增加燃煤消耗量之前的蒸汽的富余量與鍋爐增加的產(chǎn)汽量之和。
[0037] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第五優(yōu)選實(shí) 施例中：所述步驟6中根據(jù)蒸汽供需預(yù)測(cè)結(jié)果，得到在第t個(gè)調(diào)度周期內(nèi)主生產(chǎn)工序?qū)εc當(dāng) 前蒸汽關(guān)聯(lián)的低等級(jí)蒸汽的需求量Dstm,，t，及其它不參與調(diào)度的余熱余能鍋爐等設(shè)備自然 循環(huán)產(chǎn)生的低等級(jí)蒸汽流量Gstm,，t，其中，stm'為關(guān)聯(lián)的低等級(jí)蒸汽序號(hào)；
[0038] Gstm,Dstm,，,時(shí)，該低等級(jí)蒸汽滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，執(zhí)行所述步驟8,否則執(zhí)行所述 步驟7。
[0039] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第六優(yōu)選實(shí) 施例中：所述步驟7包括：
[0040] 步驟701，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中所有消耗所述當(dāng)前蒸汽的汽輪機(jī)的蒸汽消耗變 量的上限之和；
，其中