一种钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度方法、设备和系统的制作方法
【专利摘要】本申请提供了一种钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度方法、设备和系统，所述方法部署于钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度应用服务器上，包括：从综合数据集成平台服务器获取煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据，以及，用户确定的调度参数，利用煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据，预测未来数个周期煤气产生装置的煤气发生量和各生产用户的煤气、蒸汽消耗量；依据调度参数、预测得到的煤气产耗量数据、预测得到的蒸汽消耗量数据，以发电效益最大化、能源系统稳定性最佳为优化目标，通过对调度模型的优化求解，确定煤气和蒸汽系统中能源用户的优化调度策略。
【专利说明】一种钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度方法、设备和系统
【技术领域】
[0001] 本申请涉及信息【技术领域】，特别涉及一种钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度方 法、设备和系统。
【背景技术】
[0002] 钢铁行业是一个高耗能产业，在国家工业总能耗中占有相当大的比重，同时它也 是造成环境污染的重要放散源，因此，实现钢铁生产的节能减排具有较大的经济和社会效 益。一个大型钢铁企业实际生产过程可分为烧结、焦化、炼铁、炼钢和轧钢等单元。其中焦 化、炼铁和炼钢的生产单元除生产各自特定的产品外，还副产焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤 气。这些副产煤气仍有较高的热值，是重要的二次能源，若不加以合理利用，就会造成能源 浪费和环境污染。通常这些副产煤气会作为燃料重新进入生产系统供生产，或进入锅炉系 统生产蒸汽以满足生产装置对蒸汽的需求以及供发电机自发电所用。
[0003] 在现有技术中，典型的钢铁企业煤气和蒸汽系统参考图1所示，其中煤气系统包 括焦炉、高炉和转炉等煤气产生装置，炼铁、炼钢和轧钢等生产单元，以及气柜、锅炉和火炬 放散点等煤气缓冲用户。蒸汽系统通过锅炉与煤气系统相衔接，具体包括了锅炉、生产系统 (如高炉供风）和发电机。实际运转中，由焦炉、高炉和转炉产出的三种副产煤气优先分配 给各生产单元作为燃料，剩余的煤气或进入气柜存储，或被用于燃烧锅炉以生产蒸汽。当 气柜和锅炉的煤气吞吐、消耗均处于各自上限，但仍有煤气剩余时，则会通过火炬放散。同 样，锅炉在产出蒸汽后，蒸汽分配优先满足生产的需求（如高炉供风），剩余蒸汽再被用于 发电。产出的电能用于补充企业外购电量，以满足企业的电力需求。
[0004] 但是发明人发现现有技术存在以下问题：由于企业外购电存在峰谷时段和峰谷 电价，为了节省成本，调度人员通常会调节气柜煤气库存，以尽量使发电机在用电峰时多发 电，从而减少峰时外购电量，甚至不惜以减少谷时发电量为代价。而且，一般情况下，调度人 员只侧重对单一煤气或蒸汽系统进行预测和优化调度方面的研究，当现场发生改变，如装 置的增减、管线的重新部署，调度模型难以实现灵活组态更新。钢铁企业的煤气和蒸汽系统 本身是一个庞大而复杂的系统，体现在能源用户的繁多，相互间关系的复杂，也体现在能源 产耗阶段性不平衡所带来的冲击，因此如何调度就显得尤为重要。
[0005] 综上所述，大型钢铁企业的煤气和蒸汽系统在满足生产的情况下，如何通过调度， 减少煤气放散，增大发电量，尤其是增大峰时的发电量具有很大的经济和环保意义，成为本 领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006] 基于发明人发现的目前调度中存在的问题，本申请所要解决的技术问题是提供一 种钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度方法，用以解决现有技术中由于煤气和蒸汽系统的庞 大和复杂，而使得人工调度的难度较大以及调度结果不够准确的问题，从而对煤气和蒸汽 系统实现优化调度和调峰发电。
[0007] 本申请还提供了钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度应用服务器及系统，用以保证 上述方法在实际中的实现及应用。
[0008] 为了解决上述问题，本申请公开了一种钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度方法， 所述方法部署于钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度应用服务器上，所述调度系统还包括为 调度应用服务器提供数据输入和存储的综合数据集成平台服务器；所述方法包括：
[0009] 从所述综合数据集成平台服务器获取煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据，以 及，用户确定的调度参数，其中，所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据包括：煤气产生 装置的历史煤气发生量，和，生产用户的历史煤气、蒸汽消耗量；其中，所述煤气产生装置包 括：焦炉、高炉和转炉，所述生产用户包括：烧结、焦化、炼铁、炼钢和轧钢；所述调度参数包 括：煤气热值、调度周期数、电力峰谷时段及价格、各类煤气和蒸汽价格、各生产用户的负荷 上下限、锅炉和发电机生产负荷的波动系数；
[0010] 利用所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据，预测未来数个周期煤气产生装置 的煤气发生量和各生产用户的煤气、蒸汽消耗量；
[0011] 依据所述调度参数、预测得到的煤气产耗量数据、预测得到的蒸汽消耗量数据，以 发电效益最大化、能源系统稳定性最佳为优化目标，通过对调度模型的优化求解，确定煤气 和蒸汽系统中能源用户的优化调度策略，其中所述能源用户包括：生产用户、锅炉、气柜、混 合站、放散点和发电机。
[0012] 优选的，所述依据所述调度参数、预测得到的煤气产耗量数据和预测得到的蒸汽 消耗量数据，以达到经济效益最大化、能源系统稳定性最佳为目标，通过对调度模型优化求 解，确定对煤气和蒸汽系统中能源用户的联合优化调度策略，包括：
[0013] 将所述调度参数、预测得到的煤气产耗量数据、预测得到的蒸汽消耗量数据作为 优化调度模型的输入，采用线性规划算法求解得到煤气和蒸汽在各能源用户的优化配置方 案；其中，所述优化配置方案包括：在优先满足生产用户能源需求的情况下，剩余煤气在各 台锅炉间的分配建议，剩余蒸汽在各台发电机间的分配建议，和，煤气柜在各个周期的吞吐 量建议；所述优化调度模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数为：
【权利要求】
1. 一种钢铁企业中煤气和蒸汽系统的联合优化调度系统及方法，其特征在于，所述方 法部署于钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度应用服务器上，所述调度系统还包括为调度应 用服务器提供数据输入和存储的综合数据集成平台服务器；所述方法包括： 从所述综合数据集成平台服务器获取煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据，以及，用 户确定的调度参数，其中，所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据包括：煤气产生装置的 历史煤气发生量，和，生产用户的历史煤气、蒸汽消耗量；其中，所述煤气产生装置包括：焦 炉、高炉和转炉，所述生成用户包括：烧结、焦化、炼铁、炼钢和轧钢；所述调度参数包括：煤 气热值、调度周期数、电力峰谷时段及价格、各类煤气和蒸汽价格、各生产用户的负荷上下 限、锅炉和发电机生产负荷的波动系数； 利用所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据，预测未来数个周期煤气产生装置的煤 气发生量和各生产用户的煤气、蒸汽消耗量； 依据所述调度参数、预测得到的煤气产耗量数据、预测得到的蒸汽消耗量数据，以发电 效益最大化、能源系统稳定性最佳为优化目标，通过对调度模型的优化求解，确定煤气和蒸 汽系统中能源用户的优化调度策略，其中所述能源用户包括：生产用户、锅炉、气柜、混合 站、放散点和发电机。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述调度参数、预测得到的煤气 产耗量和预测得到的蒸汽消耗量，以达到经济效益最大化、能源系统稳定性最佳为目标，通 过对调度模型优化求解，确定对煤气和蒸汽系统中能源用户的联合优化调度策略，包括： 将所述调度参数、预测得到的煤气产耗量数据、预测得到的蒸汽消耗量数据作为优化 调度模型的输入，采用线性规划算法求解得到煤气和蒸汽在各能源用户的优化配置方案； 其中，所述优化配置方案包括：在优先满足生产用户能源需求的情况下，剩余煤气在各台锅 炉间的分配建议，剩余蒸汽在各台发电机间的分配建议，和，煤气柜在各个周期的吞吐量建 议；所述优化调度模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数为：
其中，
表示生产用户的生产效益，为i周期生产用户j的煤气或蒸汽 消耗量，Pi为生成用户i的单位生产效益表示发电机的发电效益，FJ为i
j 周期发电机j的发电负荷，g为i周期的电价
表示锅炉运行消耗的煤气 价值，为i周期锅炉j消耗的k种煤气量，对为k种煤气的价格；
表示 煤气放散所带来的价值损失，为i周期放散点j放散的k中煤气量； 所述约束条件包括：物料平衡约束条件、管线流量约束条件、混合站约束条件、锅炉约 束条件、发电机约束条件和气柜约束条件。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 将所述煤气和蒸汽系统的联合优化调度策略发送至综合数据集成平台服务器进行存 储。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 响应于用户请求，将所述存储的联合优化调度策略显示给用户，以便于用户参考所述 联合优化调度策略，执行下一周期的煤气和蒸汽调度。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述煤气和蒸汽系统的能源产 耗历史数据预测未来数个周期煤气产生装置的煤气发生量和各生产用户的煤气和蒸汽消 耗量，包括： 将所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据作为预先建立的预测模型的输入；所述预 测模型包括但不限于：线性回归模型、分段线性拟合模型、偏最小二乘模型、神经网络模型 或模拟退火模型； 依据所述预测模型的输入定时触发所述预测模型计算未来数个周期煤气产生装置的 煤气发生量和各生产用户的煤气和蒸汽消耗量。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 对所述煤气和蒸汽系统能源产耗历史数据进行预处理。
7. -种钢铁企业中煤气和蒸汽系统的调度应用服务器，其特征在于，该服务器包括： 获取数据单元，用于从所述综合数据集成平台服务器获取煤气和蒸汽系统的能源产耗 历史数据，以及，用户确定的调度参数，其中，所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据包 括：煤气产生装置的历史煤气发生量，和，生产用户的历史煤气、蒸汽消耗量；其中，所述煤 气产生装置包括：焦炉、高炉和转炉，所述生成用户包括：烧结、焦化、炼铁、炼钢和轧钢；所 述调度参数包括：煤气热值、调度周期数、电力峰谷时段及价格、各类煤气和蒸汽价格、各生 产用户的负荷上下限、锅炉和发电机生产负荷的波动系数； 预测单元，用于利用所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据预测未来数个周期煤气 产生装置的煤气发生量和各生产用户的煤气和蒸汽消耗量； 确定调度策略单元，依据所述调度参数、预测得到的煤气产耗量数据、预测得到的蒸汽 消耗量数据，以发电效益最大化、能源系统稳定性最佳为优化目标，通过对调度模型的优化 求解，确定煤气和蒸汽系统中能源用户的优化调度策略，其中所述能源用户包括：生产用 户、锅炉、气柜、混合站、放散点和发电机。
8. 根据权利要求7所述的调度应用服务器，其特征在于，所述确定调度策略单元具体 用于：将所述调度参数、预测得到的煤气产耗量数据、预测得到的蒸汽消耗量数据作为优化 调度模型的输入，采用线性规划算法求解得到煤气和蒸汽在各能源用户的优化配置方案， 其中，所述优化配置方案包括：在优先满足生产用户能源需求的情况下，剩余煤气在各台锅 炉间的分配建议，剩余蒸汽在各台发电机间的分配建议，和，煤气柜在各个周期的吞吐量建 议；所述优化调度模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数为：
其中，
表示生产用户的生产效益，为i周期生产用户j的煤气或蒸汽 消耗量，Pi为生成用户i的单位生产效益；
表示发电机的发电效益，FJ为i 周期发电机j的发电负荷，g为i周期的电价；
表示锅炉运行消耗的煤气 * j Λ
价值，Fet为i周期锅炉j消耗的k种煤气量，rf为k种煤气的价格 表 lJK I / Λ 示煤气放散所带来的价值损失，7?为i周期放散点j放散的k中煤气量； 所述约束条件包括：物料平衡约束条件、管线流量约束条件、混合站约束条件、锅炉约 束条件、发电机约束条件和气柜约束条件。
9. 根据权利要求7所述的调度应用服务器，其特征在于，还包括： 发送单元，用于将所述联合优化调度策略发送至综合数据集成平台服务器进行存储。
10. 根据权利要求7所述的调度应用服务器，其特征在于，还包括： 显示调度策略单元，用于响应于用户请求，将所述存储的联合优化调度策略显示给用 户，以便用户依据所述联合优化调度策略触发煤气和蒸汽系统的调度系统的优化。
11. 根据权利要求7所述的调度应用服务器，其特征在于，所述预测单元包括： 确定输入模块，用于将所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据作为预先建立的预测 模型的输入；所述预测模型包括但不限于：线性回归模型、分段线性拟合模型、偏最小二乘 模型、神经网络模型或模拟退火模型； 触发模块，用于依据所述预测模型的输入定时触发所述预测模型计算未来数个周期煤 气产生装置的煤气发生量和各生产用户的煤气和蒸汽消耗量。
12. 根据权利要求7所述的调度应用服务器，其特征在于，还包括： 预处理单元，用于对所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据进行预处理。
13. -种钢铁企业中煤气和蒸汽系统的联合优化调度系统，其特征在于，该系统包括： 调度应用服务器和综合数据集成平台服务器；其中，所述调度应用服务器包括： 获取数据单元，用于从所述综合数据集成平台服务器获取煤气和蒸汽系统的能源产耗 历史数据，以及，用户确定的调度参数，其中，所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据包 括：煤气产生装置的历史煤气发生量，和，生产用户的历史煤气、蒸汽消耗量，其中，所述煤 气产生装置包括：焦炉、高炉和转炉，所述生成用户包括：烧结、焦化、炼铁、炼钢和轧钢；所 述调度参数包括：煤气热值、调度周期数、电力峰谷时段及价格、各类煤气和蒸汽价格、各生 产用户的负荷上下限、锅炉和发电机生产负荷的波动系数； 预测单元，用于利用所述煤气和蒸汽系统的能源产耗历史数据预测未来数个周期煤气 产生装置的煤气发生量和各生产用户的煤气和蒸汽消耗量； 确定调度策略单元，用于依据所述调度参数、预测得到的煤气产耗量数据、预测得到的 蒸汽消耗量数据，以发电效益最大化、能源系统稳定性最佳为优化目标，通过对调度模型的 优化求解，确定煤气和蒸汽系统中能源用户的优化调度策略，其中所述能源用户包括：生产 用户、锅炉、气柜、混合站、放散点和发电机。
【文档编号】G05B19/418GK104102212SQ201410367656
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】苏宏业, 杨彦钢, 侯卫锋, 康聪慧, 李志强, 张路恒 申请人:浙江中控软件技术有限公司