钢铁企业煤气—蒸汽—电力转换的优化调度方法

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钢铁行业是高能耗、高污染行业之一,实现其节能降耗有利于行业的可持续发展。而钢铁行业的煤气、蒸汽、电力等二次能源占总能耗的50%~60%,研究这些二次能源的转换利用不仅有利于能源系统调度和管理,实现钢铁企业节能降耗、提高经济效益,更对钢铁行业绿色发展有重要的意义。本文以降低系统运行成本和提高能源转换过程的效率为目标,以煤气-蒸汽-电力转换系统为对象,考虑煤气到蒸汽、蒸汽到电力的两步转换过程,在煤气转换为蒸汽过程中研究煤气优化分配问题,基于此在蒸汽转换为电力过程中研究蒸汽和电力优化调度问题,具体内容和结论如下:(1)在煤气转换为蒸汽过程,锅炉的效率随其运行负荷变化,并且在实际的生产过程中各个锅炉的运行负荷分布存在差异。为了得到煤气的合理分配方案,给出了一种考虑锅炉运行负荷对锅炉转换效率影响的煤气分配方法,即在常规系统运行成本最小的基础上,再引入效率与额定效率的偏差作为目标函数,建立基于锅炉运行负荷的煤气分配模型,用Gurobi进行优化求解。结果表明:模型能改善并优化煤气的分配,优化后成本平均降低了1.95%,煤气转换为蒸汽过程的效率提高了2.87%。(2)在蒸汽转换为电力过程,汽轮机的发电量受汽轮机进汽量、抽汽量的影响,并且生产过程对蒸汽和电力的需求存在实时变化。为了得到合理的蒸汽、自发电和外购方案,建立考虑蒸汽电力需求的煤气-蒸汽-电力转换优化调度模型,模型考虑煤气-蒸汽-电力转换系统、余热余能系统、煤气-蒸汽循环发电系统的集成优化。结果表明:模型能得到合理的煤气、蒸汽、电力方案,在调度周期内优化后成本降低了5.69%,煤气转换蒸汽过程效率提高了4.10%,蒸汽转换电力过程效率提高了2.29%,整个煤气-蒸汽-电力转换系统的效率提高了3.61%,自发电比提高了7.1%。(3)基于上述煤气-蒸汽-电力转换的优化调度研究,开发了钢铁企业煤气-蒸汽-电力转换优化调度模型系统,该系统可实现煤气蒸汽电力数据的查询、调度模型的参数配置功能、设备状态监测、调度结果的可视化展示以及相关数据的下载等。综上所述,针对煤气-蒸汽-电力转换的优化调度问题,本文建立了基于锅炉负荷的煤气优化分配模型、考虑蒸汽电力需求的煤气-蒸汽-电力转换优化调度模型,实现了降低系统成本和提高能源转换过程效率的目的,基于煤气-蒸汽-电力转换的调度方法所开发的模型系统为用户提供了辅助决策工具。
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