赵贤聪等：钢铁生产过程富余煤气动态优化分配模型 ·101 swer ibngi ibngi ibngir (13) 3 6000 一蒸汽需求量 3实例分析 …电力需求量 实例分析的对象为国内一家中型钢铁企业（简称 5000 A钢).A钢年产钢600万吨，拥有4座高炉、6座焦 15 炉、4座转炉、1座3.0×105m高炉煤气柜、1座1.2× 4000 105m3焦炉煤气柜及1座8.0×104m3转炉煤气柜 10 热电联产系统包括2台260th锅炉及2台汽轮机， 锅炉效率分别为0.85和0.8，汽轮机的工作效率均为 34 300 0.4.两台锅炉运行时，高炉煤气最大流量为1.8× 周期 10m3h,焦炉煤气最大流量为1×10m3h,转 图3主工序各周期的蒸汽和电力需求量 炉煤气最大流量为3×10mh.高炉煤气、焦炉煤 Fig.3 Steam and electricity demand for main system 气和转炉煤气的热值分别为3.14×103k·m3、 1.659×10°kJ小m-3及7.0×103kJm-3.标准煤价格为 在前人研究中5：s,1-.5-61s-20,往往对煤气柜权 每吨600元，电力价格为每度电0.5元，水价为每吨3 重因子和锅炉权重因子直接取值，而未对取值的合理 元.随机选取实际生产中6个连续周期为研究对象， 性进行讨论.给煤气柜权重因子和锅炉权重因子取值 每个周期步长6min,意在研究高波动煤气供应条件 时，需要把握好平衡，若煤气柜权重因子过高而锅炉 下短时间步长的煤气优化分配.表1所示为煤气柜柜 权重因子过低，则优化后锅炉煤气消耗量可能烈波 位的划分.表2所示为各周期煤气产量.图3所示为 动：反之，煤气柜权重因子过低而锅炉权重因子过高 主工序各周期蒸汽和电力需求.需要注意的是，钢铁 则优化后煤气柜储气量可能剧烈波动.以上两种情况 生产过程煤气的动态优化与分配模型，须以周期煤气 都不利于煤气系统的稳定运行.因此，本文研究了以 产量为已知条件，本文表2所示的煤气产量数据来源 下两种模式：(1)煤气柜权重因子不变和锅炉权重因 于实际实时数据记录，对于模型的前期研究没有问 子变化的模式，简称模式1：(2)锅炉权重因子不变和 题，前人也是如此处理s0-5-618-20:但是，如果 煤气柜权重因子变化的模式，简称模式2.以期研究权重 将本模型应用于在线控制，实时煤气产量必须根据未 因子对优化结果的影响并确定最优的权重因子组合 来时段煤气系统的供需情况建立预测模型，就目前而 3.1锅炉权重因子对煤气柜储气量的影响 言，供需预测模型尚不完善，前人1-调也仅做了初步 表3为模式1下的权重因子组合，即煤气柜权重 研究。应该说，供需预测模型的完善，是本模型实际 因子不变，锅炉权重因子逐渐增大，分别编号A1~ 应用的重要条件，也是本项目进一步研究的方向 A5.表3前四项代表煤气柜权重因子，由煤气柜放散 因子W、高储气量权重因子W:、低储气量权重因子 表1煤气柜柜位的划分 W以及常规偏离（介于高储气量和低储气量之间）权 Table 1 Partition of gasholder levels 重因子W组成.表3后三项为锅炉权重因子，由开启 项目 下下限 下限中间柜位上限上上限 或关闭1个煤气烧嘴的权重因子W、同时开启或关闭 高炉煤气柜 30000 75000 150000225000 300000 2个煤气烧嘴的权重因子W和同时开启或关闭3个 焦炉煤气柜 12000 30000 60000 90000 120000 煤气烧嘴的权重因子W组成 转炉煤气柜 8000 20000 40000 60000 80000 表3模式1下的权重因子组合 Table3 Combination of penalty values under Mode 1 表2各周期煤气产量 编号 Table 2 Output of byproduct gases m Al 100 20.2 1 25 周期 高炉煤气 焦炉煤气 转炉煤气 2 100 2 0.2 1 10 20 50 138219 9061 0 100 2 0.2 100 200 500 2 137184 9197 10202 A4 100 2 0.2 1 500 1000 2500 3 137396 9213 19060 A5 100 2 0.2 1 100020005000 4 138815 9395 19629 138211 9316 6627 图4所示为锅炉权重因子变化时各周期优化前后 6 139376 9383 0 的煤气柜储气量，除黑色实线为人工调节的结果外，赵贤聪等: 钢铁生产过程富余煤气动态优化分配模型 swG － i，t = ibnG － 1，i，t + ibnG － 2，i，t + ibnG － 3，i，t ． ( 13) 3 实例分析 实例分析的对象为国内一家中型钢铁企业( 简称 A 钢) ． A 钢年产钢 600 万吨，拥有 4 座高炉、6 座焦 炉、4 座转炉、1 座 3. 0 × 105 m3 高炉煤气柜、1 座 1. 2 × 105 m3 焦炉煤气柜及 1 座 8. 0 × 104 m3 转炉煤气柜． 热电联产系统包括 2 台 260 t·h － 1锅炉及 2 台汽轮机， 锅炉效率分别为 0. 85 和 0. 8，汽轮机的工作效率均为 0. 4． 两台锅炉运 行 时，高 炉 煤 气 最 大 流 量 为1. 8 × 105 m3 ·h － 1，焦炉煤气最大流量为 1 × 104 m3 ·h － 1，转 炉煤气最大流量为 3 × 104 m3 ·h － 1 ． 高炉煤气、焦炉煤 气和 转 炉 煤 气 的 热 值 分 别 为 3. 14 × 103 kJ·m － 3、 1. 659 × 104 kJ·m － 3及 7. 0 × 103 kJ·m － 3 ． 标准煤价格为 每吨 600 元，电力价格为每度电 0. 5 元，水价为每吨 3 元． 随机选取实际生产中 6 个连续周期为研究对象， 每个周期步长 6 min，意在研究高波动煤气供应条件 下短时间步长的煤气优化分配． 表 1 所示为煤气柜柜 位的划分． 表 2 所示为各周期煤气产量． 图 3 所示为 主工序各周期蒸汽和电力需求． 需要注意的是，钢铁 生产过程煤气的动态优化与分配模型，须以周期煤气 产量为已知条件，本文表 2 所示的煤气产量数据来源 于实际实时数据记录，对于模型的前期研究没有问 题，前人也是如此处理［6，8，10 － 11，15 － 16，18 － 20］; 但是，如果 将本模型应用于在线控制，实时煤气产量必须根据未 来时段煤气系统的供需情况建立预测模型，就目前而 言，供需预测模型尚不完善，前人［21 － 23］也仅做了初步 研究． 应该说，供需预测模型的完善，是本模型实际 应用的重要条件，也是本项目进一步研究的方向． 表 1 煤气柜柜位的划分 Table 1 Partition of gasholder levels m3 项目 下下限 下限 中间柜位 上限 上上限 高炉煤气柜 30000 75000 150000 225000 300000 焦炉煤气柜 12000 30000 60000 90000 120000 转炉煤气柜 8000 20000 40000 60000 80000 表 2 各周期煤气产量 Table 2 Output of byproduct gases m3 周期 高炉煤气 焦炉煤气 转炉煤气 1 138219 9061 0 2 137184 9197 10202 3 137396 9213 19060 4 138815 9395 19629 5 138211 9316 6627 6 139376 9383 0 图 3 主工序各周期的蒸汽和电力需求量 Fig． 3 Steam and electricity demand for main system 在前人研究中［5，8，10 － 11，15 － 16，18 － 20］，往往对煤气柜权 重因子和锅炉权重因子直接取值，而未对取值的合理 性进行讨论． 给煤气柜权重因子和锅炉权重因子取值 时，需要把握好平衡，若煤气柜权重因子过高而锅炉 权重因子过低，则优化后锅炉煤气消耗量可能剧烈波 动; 反之，煤气柜权重因子过低而锅炉权重因子过高 则优化后煤气柜储气量可能剧烈波动． 以上两种情况 都不利于煤气系统的稳定运行． 因此，本文研究了以 下两种模式: ( 1) 煤气柜权重因子不变和锅炉权重因 子变化的模式，简称模式 1; ( 2) 锅炉权重因子不变和 煤气柜权重因子变化的模式，简称模式2． 以期研究权重 因子对优化结果的影响并确定最优的权重因子组合． 3. 1 锅炉权重因子对煤气柜储气量的影响 表 3 为模式 1 下的权重因子组合，即煤气柜权重 因子不变，锅炉权重因子逐渐增大，分别编号 A1 ～ A5． 表 3 前四项代表煤气柜权重因子，由煤气柜放散 因子 WHH、高储气量权重因子 WH、低储气量权重因子 WL以及常规偏离( 介于高储气量和低储气量之间) 权 重因子 Wd组成． 表 3 后三项为锅炉权重因子，由开启 或关闭 1 个煤气烧嘴的权重因子 W1s、同时开启或关闭 2 个煤气烧嘴的权重因子 W2s和同时开启或关闭 3 个 煤气烧嘴的权重因子 W3s组成． 表 3 模式 1 下的权重因子组合 Table 3 Combination of penalty values under Mode 1 编号 WHH WH Wd WL W1s W2s W3s A1 100 2 0. 2 1 1 2 5 A2 100 2 0. 2 1 10 20 50 A3 100 2 0. 2 1 100 200 500 A4 100 2 0. 2 1 500 1000 2500 A5 100 2 0. 2 1 1000 2000 5000 图 4 所示为锅炉权重因子变化时各周期优化前后 的煤气柜储气量，除黑色实线为人工调节的结果外， · 101 ·