一种应用于钢铁企业煤汽电能源的优化方法

技术领域

本发明涉及一种企业能源优化方法，特别是涉及一种应用于钢铁企业煤汽电能源的优化方法。

背景技术

钢铁企业巨大的能源和资源是实现提出节能降耗思路的根本原因，这种循环经济的发展模式是全球钢铁企业都在追求的目标。以电来分析，在钢铁企业的各个工序中，所产生的二次能源大约接近50%可以达到发电的目的，其实这些电力就可以满足本钢铁企业工序所需要的电力，但是虽然可以回收能源发电使用，设备却是关键，往往发电所需要设备投资的成本比较高，运行和维护的配备，也是在自备发电之外的另一笔经济费用。

而且在供给自备发电厂之余，其它的部分还要卖到国家电网，然而在需要的时候仍然还是要到电网去买电使用，可想而知，买电的费用是很高的，因此在电能源方面就有很大的节能发展问题。

诸如这样的难题是钢铁企业节能问题所要解决的重要部分，节能降耗作为社会关注且复杂的问题，是否能够找到合理的方法才是当务之急。

近几年，自动化控制技术的发展，使得钢铁企业的各个工序上得到很大的施展，自动化设备、自动化控制技术、计算机设备的应用等，使用率接近80%，即在能源管理中心中实现信息化与自动化的结合。

能源管理中心（EMS）的建立以及应用是在1991年宝钢企业，之后就充分显示出先进技术带来的优势，企业的总体能耗下降，相继很多钢铁企业建立能源管理中心，从而相应逐渐取得成效。因为现在新兴技术物联网的飞速发展，使得能源管理水平成为技术手段的又一个发展方向，在合理的监控技术层面上使得已有技术会更加进步，同时与其他企业的合作更加广泛，例如供热企业，电力行业，建筑行业等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于钢铁企业煤汽电能源的优化方法，本发明在整体能源分析基础上建立面向企业购买原材料消费最小值的目标函数，围绕这个目标函数，建立约束条件使得能够满足企业正常的工序生产流程需求，煤气能源的要求，蒸汽能源的要求，以及电力能源的要求，满足能源要求的之余三者之间做合理的转换和分配。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种应用于钢铁企业煤汽电能源的优化方法，所述方法包括建立以下煤气-蒸汽-电力能源优化模型；

其过程，包括建立目标函数：

在钢铁企业中理想条件下原材料购买为煤量、电量、煤气量建立目标函数为：

目标函数表示企业购买或者消费原材料值最少；

还包括确立约束条件：

在钢铁企业设备正常工作的条件基础上，对煤气、蒸汽以及电力情况进行条件约束，建立约束条件如下：

（1）对于副产煤气能源的约束条件为：

表示购买和回收部分的煤气量的总和要满足钢铁企业生产工序对煤气的需求量；

（2）对于蒸汽能源的约束条件为：

表示对于蒸汽能源回收部分要满足生产工序对蒸汽的需求量；

（3）对于电力的约束条件为：

表示钢铁企业生产工序需要电力条件所满足的限制；

（4）对于转换率的约束条件为：

对于非负的约束条件为：

本发明的优点与效果是：

本发明优化方法是以能源中的电力能源，蒸汽能源以及煤气能源为研究基础，使得三者相互联系，合理调度和转换，从而满足企业最终的工序要求和原材料购买值最优消费。在整体能源分析基础上建立面向企业购买原材料消费最小值的目标函数，围绕这个目标函数，建立约束条件使得能够满足企业正常的工序生产流程需求，煤气能源的要求，蒸汽能源的要求，以及电力能源的要求，满足能源要求的之余三者之间做合理的转换和分配。通过提出的蒸汽-煤气-电力优化模型进行优化，可以得到对煤气和蒸汽能源工序回收使用率，以及发电使用率的到提升，使得获得企业可以优化购买原材料费用投入。

附图说明

图1为本发明优化方法框架图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种应用于钢铁企业煤汽电能源的优化方法，在钢铁企业工序繁多，能源丰富的基础上，保证工序和设备安全工作的情况下，建立优化模型，该模型的目标是在使用二次能源多功能使用的情况下满足企业对原材料购买消耗量达到最小。

此模型设定钢铁企业为理想状态下，原材料包括购买煤、煤气、电力。调节副产煤气量以及根据电力转换可通过二次能源回收使用的特点，使得在各自回收率最优的条件基础上取得原材料的购买消费值最小。

在钢铁企业中，工序生产过程中伴随能源的产生与消耗，因此本发明的优化方法以二次能源副产煤气、蒸汽为主展开，通常煤气要用于工序的自身需求使用（这里将煤气统一化，不考虑煤气分类性质）。若所需求量在满足后有剩余，可以被用来发电使用。同样蒸汽也是工序需求的重要角色，在满足工序需求之余可以用来发电（这里将蒸汽统一化，不考虑蒸汽分类性质）。根据此思路来调节回收使用率使得消耗购买原材料值电力、煤量以及煤气的经济费用最低。

实施例1

建立煤气-蒸汽-电力能源优化模型。

确立目标函数

在钢铁企业中理想条件下原材料购买为煤量、电量、煤气量（这里水等其他费用暂不考虑其中），因此建立目标函数为：

目标函数表示企业购买或者消费原材料值最少。

其中参数表示含义为：

Y—表示购买原材料价格总值，元；

M—表示购买煤的量，t；

QD—表示购买电的量，KWh；

QV—表示购买煤气的量，m3；

ym—表示购买煤的单价值，t/元；

yd—表示都买电的单价值，KWh/元；

yg—表示购买煤气的单价值，m3/元；

确立约束条件

在钢铁企业设备正常工作的条件基础上，对煤气、蒸汽以及电力情况进行条件约束，建立约束条件如下：

（1）对于副产煤气能源的约束条件为：

表示购买和回收部分的煤气量的总和要满足钢铁企业生产工序对煤气的需求量。

其中参数表示含义为：

Qgas—表示企业对副产煤气的需求量，m3；

QV—表示企业工序生产中产生的副产煤气量，m3；

α—表示在工序生产中所需求出的副产煤气回收使用率，%；

表示在生产工序中，消耗原材料煤和电可以产生的煤气量所满足的条件。

其中参数表示含义为：

η1—表示煤的消耗率，%；

λ1—表示电力的消耗率，%；

表示在工序回收使用的副产煤气需要满足煤气柜的存储量约束；

其中参数表示含义为：

Q1，c—表示煤气柜的存储量，m3；

（2）对于蒸汽能源的约束条件为：

表示对于蒸汽能源回收部分要满足生产工序对蒸汽的需求量。

其中参数表示含义为：

Qzh—表示企业生产工序对蒸汽的需求量，KJ/Kg；

β—表示蒸汽能源用于生产工序需求的回收使用率，%；

Qz1—表示企业生产工序中蒸汽的产生量，KJ/Kg；

表示在生产工序中，使用原材料煤和电力的消耗可以产生的蒸汽量所满足的条件。

其中参数表示含义为：

η2—表示煤的消耗率，%；

λ2—表示电力的消耗率，%；

表示蒸汽回收需要满足其规定的存储量。

其中参数表示含义为：

Q1，s—表示蒸汽的存储量；

（3）对于电力的约束条件为：

表示钢铁企业生产工序需要电力条件所满足的限制。

其中参数表示含义为：

μ1—表示副产煤气能源转换为电的转换率，%；

μ2—表示蒸汽能源转换为电的转换率，%；

（4）对于转换率的约束条件为：

对于非负的约束条件为：