第2期 张文娟等：钢铁生产过程系统的能耗可靠性评价 ·225· 间生产的合格产品量，即合格产品的生产率，th 处于停产状态时无产品产出，能源效率为零s-] 其中，e:,反映了统计期内过程系统中输入能源 因此过程单元/工序的能源效率满足 的变化，在此定义e,为能流强度，不同生产工况下 ,当正常生产状态下 能流强度不同.而且，即使生产工况相同，因物料条 E-E 件、能量结构及操作原则的不同，能流强度会有差 别，只是相对较小而已[.因此，定义e,为统计期 7,当-2<号，非正常生产状态下：(6 内第种生产工况的平均能流强度. 在工业生产中，常用“单位产品能耗”来反映过 ,当号=0，停产状态下 程系统的能源效率.为了更好地与可靠性相结合， 可见，钢铁生产过程单元/工序能耗可靠性是指在规 本文采用能效效率回作为基本评价指标，表示输入 定时间内，一定条件下，过程单元/工序实现最大能 过程系统的单位能源量所能生产的合格产品量，如 效的程度.在规定时间内，最大能效是一年或几年 下式： 中正常生产状态下的最大能效，即 PP+P2 E=E +E2+E3 (4) D=2),小 (7) 由以上定义及式(4)推导可得 式中，D为规定功能，i为第i个月份，n为第n年. 因此，过程单元的能耗可靠度R定义如下： P=P+B,， 7,*及 72 P1 (5) R=I()]/D (8) EE +E2 +E3E * 、73 由式(5)可得 式中：E为能源效率：为正常生产的能源效率：， P/P. 7* (9) 为正常生产状态的作业率：2为非正常生产状态的 E/E e2 71+ -73 作业率；)3为停产状态的发生率：P1和P2为正常生 产和非正常生产状态下合格产品的生产率，t·h'; 1由2<，即2<总，可得R<1,符合基本的可靠 P1 e 二为物质流量比：2为非正常生产工况与正常生产 性技术原则.同时，过程单元的能耗可靠度也可表 e 示为 工况的平均能流强度之比：为停产工况与正常生 e. R=[() /D=. (10) 产工况的平均能流强度之比. 式中， 一般而言，当统计期内生产的物料条件、产品结 构一定时，在正常生产工况下，过程系统的能源效率 变化很小.能源效率主要由统计期内各种生产工况 =[()]/I(e)小= 的发生率、物质流量比及平均能流强度比决定 2钢铁生产过程系统的能耗可靠性及其评价 (11) 从钢铁制造过程的特点和系统的功能上看，钢 =会)，]/会)，小 (12) 铁生产系统的可靠性是指系统在一定时间内，一定 n表示规定的年份；s表示统计期内过程单元/工序 数量的物料和能源经过特定结构的流程后，产出一 的工序能效与正常生产工况下工序能效的比值，简 定数量的合格产品的能力).为保证生产，通常钢 称工序能效比，由统计期内各种工况的发生率、物质 铁制造过程输入了过剩的能源，因此仅从时间和 流量及平均能流强度共同决定：中表示待评价月份 产能两个方面不能充分阐明过程系统的可靠性.对 的正常生产工况工序能效与规定时间内的最大正常 此，能耗可靠性研究要求钢铁生产过程单元/工序的 生产工况工序能效的比值，反映了待评价月份与基 规定功能是在保证完成生产的前提下最大限度地实 准月份在物料条件和产品结构等方面的接近程度， 现高能效.大量生产实践证明，统计期内，过程单 简称相近度.因此，过程单元/工序的能耗可靠性由 元/工序在正常生产状态下的能源效率最大，而系统 工序能效比和相近度共同决定.若以第i月的能耗第 2 期 张文娟等: 钢铁生产过程系统的能耗可靠性评价 间生产的合格产品量，即合格产品的生产率，t·h － 1 ． 其中，ei，j反映了统计期内过程系统中输入能源 的变化，在此定义 ei，j为能流强度，不同生产工况下 能流强度不同． 而且，即使生产工况相同，因物料条 件、能量结构及操作原则的不同，能流强度会有差 别，只是相对较小而已［10--11］． 因此，定义 ei为统计期 内第 i 种生产工况的平均能流强度． 在工业生产中，常用“单位产品能耗”来反映过 程系统的能源效率． 为了更好地与可靠性相结合， 本文采用能效效率［12］作为基本评价指标，表示输入 过程系统的单位能源量所能生产的合格产品量，如 下式: P E = P1 + P2 E1 + E2 + E3 ． ( 4) 由以上定义及式( 4) 推导可得 P E = P1 + P2 E1 + E2 + E3 = P1 E1 · η1 + p2 p1 η2 η1 + e2 e1 η2 + e3 e1 η3 ． ( 5) 式中: P E 为能源效率; P1 E1 为正常生产的能源效率; η1 为正常生产状态的作业率; η2 为非正常生产状态的 作业率; η3 为停产状态的发生率; p1 和 p2 为正常生 产和非正常生产状态下合格产品的生产率，t·h － 1 ; p2 p1 为物质流量比; e2 e1 为非正常生产工况与正常生产 工况的平均能流强度之比; e3 e1 为停产工况与正常生 产工况的平均能流强度之比． 一般而言，当统计期内生产的物料条件、产品结 构一定时，在正常生产工况下，过程系统的能源效率 变化很小． 能源效率主要由统计期内各种生产工况 的发生率、物质流量比及平均能流强度比决定． 2 钢铁生产过程系统的能耗可靠性及其评价 从钢铁制造过程的特点和系统的功能上看，钢 铁生产系统的可靠性是指系统在一定时间内，一定 数量的物料和能源经过特定结构的流程后，产出一 定数量的合格产品的能力［13］． 为保证生产，通常钢 铁制造过程输入了过剩的能源［14］，因此仅从时间和 产能两个方面不能充分阐明过程系统的可靠性． 对 此，能耗可靠性研究要求钢铁生产过程单元/工序的 规定功能是在保证完成生产的前提下最大限度地实 现高能效． 大量生产实践证明，统计期内，过程单 元/工序在正常生产状态下的能源效率最大，而系统 处于停产状态时无产品产出，能源效率为零［15--16］， 因此过程单元/工序的能源效率满足 T1，当 P E = P1 E1 ，正常生产状态下; T2，当 P E = P2 E2 ＜ P1 E1 ，非正常生产状态下; T3，当 P E = 0，停产状态下          ． ( 6) 可见，钢铁生产过程单元/工序能耗可靠性是指在规 定时间内，一定条件下，过程单元/工序实现最大能 效的程度． 在规定时间内，最大能效是一年或几年 中正常生产状态下的最大能效，即 D = max 12 × n i [ ( = 1 P1 E ) 1 ] i ． ( 7) 式中，D 为规定功能，i 为第 i 个月份，n 为第 n 年． 因此，过程单元的能耗可靠度 R 定义如下: R = [ ( ) P E ] i D． ( 8) 由式( 5) 可得 P E P1 E1 = η1 + p2 p1 η2 η1 + e2 e1 η2 + e3 e1 η3 ． ( 9) 且由P2 E2 ＜ P1 E1 ，即p2 p1 ＜ e2 e1 ，可得 R ＜ 1，符合基本的可靠 性技术原则． 同时，过程单元的能耗可靠度也可表 示为 R = [ ( ) P E ] i /D = ε·． ( 10) 式中， ε = [ ( ) P E ] [ ( i P1 E ) 1 ] i = η1i + p2i p1i η2i η1i + e2i e1i η2i + e3i e1i η3i ， ( 11)  = [ ( P1 E ) 1 ] [ i max 12 × n i [ ( = 1 P1 E ) 1 ] ] i ． ( 12) n 表示规定的年份; ε 表示统计期内过程单元/工序 的工序能效与正常生产工况下工序能效的比值，简 称工序能效比，由统计期内各种工况的发生率、物质 流量及平均能流强度共同决定;  表示待评价月份 的正常生产工况工序能效与规定时间内的最大正常 生产工况工序能效的比值，反映了待评价月份与基 准月份在物料条件和产品结构等方面的接近程度， 简称相近度． 因此，过程单元/工序的能耗可靠性由 工序能效比和相近度共同决定． 若以第 i 月的能耗 ·225·