鋼鐵制造流程中物質(zhì)流與能量流優(yōu)化及其協(xié)同運行基礎研究.pdf

1、回顧最近30年間中國鋼鐵工業(yè)的節(jié)能歷程可以發(fā)現(xiàn)，鋼鐵制造流程的節(jié)能空間越來越小，節(jié)能難度越來越大。今后，需要依靠物質(zhì)流與能量流的動態(tài)優(yōu)化和協(xié)同運行來把節(jié)能工作推向新的階段。然而，目前的研究較多地關注單一設備或能源介質(zhì)的靜態(tài)優(yōu)化，較少涉及全流程物質(zhì)流和能量流相互作用的動態(tài)研究，更少見從協(xié)同運行的角度進行物質(zhì)流與能量流優(yōu)化的報道。針對上述問題，本研究主要開展了以下幾方面的工作:
　　(1)深入剖析了物質(zhì)流和能量流的運行規(guī)律，構建了合理

2、的運行模式。
　　根據(jù)鋼鐵制造流程動態(tài)運行的物理本質(zhì)，抽象了鋼鐵制造流程的運行要素，構建了物質(zhì)流與能量流的基本運行模式;從本質(zhì)上揭示了物質(zhì)流和能量流的運行規(guī)律，研究了物質(zhì)流和能量流的動態(tài)性質(zhì)，并提出了描述物質(zhì)流和能量流動態(tài)運行的數(shù)學方法及衡量指標，尤其是首次提出了描述物質(zhì)流和能量流動態(tài)波動性的均衡度的定義。
　　(2)以能量流消耗為約束，研究了物質(zhì)流的動態(tài)優(yōu)化。
　　按照“產(chǎn)量安排→檢修安排→作業(yè)安排”的順序，從系統(tǒng)層

3、面研究了物質(zhì)流的動態(tài)優(yōu)化問題，并進行了仿真分析。從提高設備效率和利用率的角度出發(fā)，建立了工序產(chǎn)品產(chǎn)量返溯決策模型，結合產(chǎn)品訂單和庫存情況研究了各工序的最佳產(chǎn)量安排;以造成的能量流放散量最小為目標，建立了設備檢修計劃排序模型，研究了主要設備的檢修順序?qū)δ芰苛鞣派⒌挠绊?以總能量流消耗最小為目標，建立了連續(xù)作業(yè)設備群的產(chǎn)量優(yōu)化分配模型，研究了物質(zhì)流生產(chǎn)率偏離“經(jīng)濟區(qū)”時的作業(yè)設備調(diào)整策略;以能量流均衡度最大為目標，建立了間歇作業(yè)設備群的協(xié)同

4、作業(yè)模型，研究了物質(zhì)流產(chǎn)量波動對能量流均衡度的影響。
　　(3)以物質(zhì)流信息和設備狀態(tài)為依據(jù)，研究了能量流的動態(tài)優(yōu)化。
　　按照“節(jié)點供需計算→固定用戶消耗→余熱余能回收→富余能源緩沖”的順序，采用歐拉法和拉格朗日法相結合的研究方法，從系統(tǒng)層面研究了能量流的動態(tài)優(yōu)化問題，并進行了仿真分析?；?炯)分析和單耗分析理論，建立了能量流需求量計算模型，研究了驅(qū)動物質(zhì)流運行的理論極限能量流需求量;基于物質(zhì)流參數(shù)和過程控制系統(tǒng)，建立了

5、節(jié)點能量流平均值模型和動態(tài)補償模型，研究了各節(jié)點能量流的瞬時產(chǎn)生量、消耗量和富余量;以物質(zhì)流參數(shù)和設備狀態(tài)為依據(jù)，基于動態(tài)聚類分析法，建立了需求量主導的能量流分配模型，研究了能量流在固定用戶之間的分配方案;基于能級分析理論，提出了“折合能級降”的概念，建立了余熱余能回收利用模型，分析了各種條件下余熱流的最佳回收利用模式;以再能源化或再資源化效益最大為目標，建立了富余能量流緩沖調(diào)控模型，研究了富余能量流在緩沖設備和緩沖裝置間的優(yōu)化分配。<

6、br>　　(4)進行了物質(zhì)流與能量流協(xié)同運行的評價與優(yōu)化，提出了未來技術的發(fā)展方向。
　　闡述了物質(zhì)流與能量流協(xié)同運行的內(nèi)涵;辨識了鋼鐵制造流程的序參量，定義了物質(zhì)流與能量流的協(xié)同度，建立了衡量物質(zhì)流與能量流協(xié)同運行程度的評價方法和指標;提出了基于物質(zhì)流與能量流協(xié)同的未來技術發(fā)展方向，給出了物質(zhì)流與能量流協(xié)同運行的若干建議。
　　(5)開發(fā)了求解數(shù)學模型的優(yōu)化算法。
　　鑒于生產(chǎn)中實時優(yōu)化和調(diào)度的要求，針對難于用常規(guī)方