·38 工程科学学报，第38卷，增刊1 级分析法、热经济学分析法.以热力学第一定律为基 统，各个子系统之间由某些流联系着，通过建立事件 础的热分析法已趋于成熟，广泛地应用于生产实际过 矩阵将系统中的各股流和各子系统联系起来，进而 程中，但是此种方法只注重了量的平衡，而忽略了能量 建立成本平衡方程，并辅以必要的补充方程，得到系统 的质量，在某些时候，往往对能量系统的优化和节能产 中各股流的单位热经济学成本，最后得出产品的热 生误导：基于热力学第一、第二定律的分析法，不仅 经济学成本 考虑了能量的数量，也考虑了能量的质量，能够分析对 事件矩阵不能反映各股流的目的和作用，只能 比不同品质的能量，能够更加有效地揭示系统的能量 从结构上描述系统，因此引入燃料-产品命题2围.产 损失，但是在对能量系统进行综合优化和全面分析时，品是指作为子系统生产目的输出的流，燃料是指为 可能出现“节能不节钱”的情况，此外分析法忽略 获得产品输入的流. 了生产中成本的因素，因而无法更加全面的评价系统 1.3符号经济模型计算矩阵的建立 和设备的生产性能，也无法揭示成本形成的热力学过 系统有m个子系统，可以列出m个成本平衡方 程：对于能级分析，其评价主要是合理用能：以分析 程，以矩阵表示： 和经济分析为基础的热经济学分析法，紧密地将热力 A×E。×C+Z、=0, (1) 学分析与经济学分析结合起来，不仅考虑了能量的质 A×Ⅱ+Z、=0. (2) 量和数量问题，并将流的价格以数据的形式表示，来 式中：A为事件矩阵，若系统中包含着m个子系统，n 追求系统经济效益和能量使用效率的最佳综合效果， 股流，则事件矩阵为Am,可以用a,表示A矩阵中的 同时，能够更好地理解系统或设备中成本的形成规律 元素：当流j输入子系统i时，记为a,=1:当流j 和分布状况. 输出子系统i时，记为a,=-1:当流j既不输出也不 对于钢铁企业，不仅要考虑技术上的优越，还必须 输入子系统i时，记为ag=0.Emxn为向量的对角 考虑经济上的合理，热分析法和分析法只能提供技 矩阵，C。x!为单位热经济学成本向量，Ⅱ。x1为热经济学 术上的最优化方案，而热经济分析能够综合技术和 成本向量，Z、为非能量费用向量. 经济两方面因素进行优化，提供技术和经济的最优 由于流数n总大于子系统数m,若要使方程组 化方案.某些钢种在生产过程中，可选择不同的精炼 中的各股流得到准确唯一的解，就必须建立(n-m) 工艺路线，均能实现工艺要求.由此，合理工艺流程 个补充方程，这些方程以矩阵形式表示为： 的选择具有理论和现实意义.本文采用热经济学分 a×E。×C-W=0, (3) 析方法对S钢厂SPHC钢种生产过程的转炉一精炼工 a×Ⅱ-W=0. (4) 序进行热经济学成本分析，分析转炉一精炼工序的成 式中，为(n-m)行n列的矩阵，W为(n-m)行的列 本形成过程和分布规律，为合理的工艺路径选择提 向量 供依据. 将式(1)与式(3)，式(2)和式(4)合并得： 1 热经济学分析方法 A×E。×C+Z=0, (5) A×Ⅱ+Z=0. (6) 1.1热经济相关概念 式中：Ax为扩展事件矩阵，A=（A) :乙。x1为扩展的 热经济学@是将分析和经济分析相结合的一 补充方程建立后，其矩 种分析方法，实质上是在热力学分析的基础上进行的 非能量费用向量，A=(二) 系统经济优化，其基本原理是通过将能量或能量损失 阵A满秩，由式(5)和式(6)即可解得单位热经济成本 价格化，把这两个不可比的目标统一到以经济性表征 C和热经济成本Ⅱ. 的单一目标，从而实现经济性目标与节能性目标的有 C=-E。×A1xZ (7) 机综合 Ⅱ=-Al×Z. (8) 热经济学方法主要包括热经济会计统计、损定 为了使A满秩需要建立补充方程，建立(n-m) 价法、常规热经济学优化法、热经济局部工程调优法、 个补充方程的原则为： 热经济全系统工程调优法、系统热经济结构优化合成 (1)从外部输出的的单位价按市场价格 法以及符号经济模型，其中符号经济模型四又称 计算： 矩阵模型，综合了前几种方法的特点，是热经济学中的 (2)对于多产品的子系统，许多文献中按各产品 重要方法 单价相等的原则计算，但对于钢铁企业来说，其产品 1.2符号经济学基本原理 多种多样，各自的地位也不尽相同，因此用单价相等 符号经济学是将能量生产系统划分成多个子系 的原则来计算是不合理的.为此，引入价格系数的工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 级分析法、热经济学分析法． 以热力学第一定律为基 础的热分析法已趋于成熟，广泛地应用于生产实际过 程中，但是此种方法只注重了量的平衡，而忽略了能量 的质量，在某些时候，往往对能量系统的优化和节能产 生误导; 基于热力学第一、第二定律的 分析法，不仅 考虑了能量的数量，也考虑了能量的质量，能够分析对 比不同品质的能量，能够更加有效地揭示系统的能量 损失，但是在对能量系统进行综合优化和全面分析时， 可能出现“节能不节钱”的情况［9］，此外 分析法忽略 了生产中成本的因素，因而无法更加全面的评价系统 和设备的生产性能，也无法揭示成本形成的热力学过 程; 对于能级分析，其评价主要是合理用能; 以 分析 和经济分析为基础的热经济学分析法，紧密地将热力 学分析与经济学分析结合起来，不仅考虑了能量的质 量和数量问题，并将 流的价格以数据的形式表示，来 追求系统经济效益和能量使用效率的最佳综合效果， 同时，能够更好地理解系统或设备中成本的形成规律 和分布状况． 对于钢铁企业，不仅要考虑技术上的优越，还必须 考虑经济上的合理，热分析法和 分析法只能提供技 术上的最优化方案，而热经济分析能够综合技术和 经济两方面因素进行优化，提供技术和经济的最优 化方案． 某些钢种在生产过程中，可选择不同的精炼 工艺路线，均能实现工艺要求． 由此，合理工艺流程 的选择具有理论和现实意义． 本文采用热经济学分 析方法对 S 钢厂 SPHC 钢种生产过程的转炉--精炼工 序进行热经济学成本分析，分析转炉--精炼工序的成 本形成过程和分布规律，为合理的工艺路径选择提 供依据． 1 热经济学分析方法 1. 1 热经济相关概念 热经济学［10］是将 分析和经济分析相结合的一 种分析方法，实质上是在热力学分析的基础上进行的 系统经济优化，其基本原理是通过将能量或能量损失 价格化，把这两个不可比的目标统一到以经济性表征 的单一目标，从而实现经济性目标与节能性目标的有 机综合． 热经济学方法主要包括热经济会计统计、 损定 价法、常规热经济学优化法、热经济局部工程调优法、 热经济全系统工程调优法、系统热经济结构优化合成 法以及符号 经济模型，其中符号 经济模型［11］又称 矩阵模型，综合了前几种方法的特点，是热经济学中的 重要方法． 1. 2 符号 经济学基本原理 符号 经济学是将能量生产系统划分成多个子系 统，各个子系统之间由某些 流联系着，通过建立事件 矩阵将系统中的各股 流和各子系统联系起来，进而 建立成本平衡方程，并辅以必要的补充方程，得到系统 中各股 流的单位热经济学成本，最后得出产品的热 经济学成本． 事件矩阵不能反映各股 流的目的和作用，只能 从结构上描述系统，因此引入燃料--产品命题［12--13］． 产 品是指作为子系统生产目的输出的 流，燃料是指为 获得产品输入的 流． 1. 3 符号 经济模型计算矩阵的建立 系统有 m 个子系统，可以列出 m 个成本平衡方 程，以矩阵表示: A × ED × C* + ZK = 0， ( 1) A × Π + ZK = 0． ( 2) 式中: A 为事件矩阵，若系统中包含着 m 个子系统，n 股 流，则事件矩阵为 Amn，可以用 aij表示 A 矩阵中的 元素: 当 流 j 输入子系统 i 时，记为 aij = 1; 当 流 j 输出子系统 i 时，记为 aij = － 1; 当 流 j 既不输出也不 输入子系统 i 时，记为 aij = 0． EDn × n为 向量的对角 矩阵，C* n × 1为单位热经济学成本向量，Πn × 1为热经济学 成本向量，ZK为非能量费用向量． 由于 流数 n 总大于子系统数 m，若要使方程组 中的各股 流得到准确唯一的解，就必须建立( n － m) 个补充方程，这些方程以矩阵形式表示为: α × ED × C* － W = 0， ( 3) α × Π － W = 0． ( 4) 式中，α 为( n － m) 行 n 列的矩阵，W 为( n － m) 行的列 向量． 将式( 1) 与式( 3) ，式( 2) 和式( 4) 合并得: A × ED × C* + Z = 0， ( 5) A × Π + Z = 0． ( 6) 式中: An × n为扩展事件矩阵，A ( = A ) α ; Zn × 1为扩展的 非能量费用向量，A ( = ZK － W ) ． 补充方程建立后，其矩 阵 A 满秩，由式( 5) 和式( 6) 即可解得单位热经济成本 C* 和热经济成本 Π． C* = － E － 1 D × A － 1 × Z， ( 7) Π = － A － 1 × Z． ( 8) 为了使 A 满秩需要建立补充方程，建立( n － m) 个补充方程的原则［14］为: ( 1) 从 外 部 输 出 的 的 单 位 价 按 市 场 价 格 计算; ( 2) 对于多产品的子系统，许多文献中按各产品 单价相等的原则计算，但对于钢铁企业来说，其产品 多种多样，各自的地位也不尽相同，因此用 单价相等 的原则来计算是不合理的． 为此，引入价格系数［15］的 · 83 ·