一种确定钢铁企业蒸汽系统优化调度可行解的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁企业能源调度技术领域，尤其涉及一种确定钢铁企业蒸汽系统优 化调度可行解的方法。
【背景技术】
[0002] 钢铁工业是国民经济的基础性支柱产业，同时又是资源、能源密集型产业。能源消 耗是决定钢铁工业生产成本和利润的重要因素，也是影响环境负荷的主要原因。一方面，钢 铁企业生产流程长，工序、设备繁多，各工序间相互衔接，且每种工序、设备都与多种能源介 质关联；另一方面，钢铁企业需要用到的能源种类超过20种，这些能源介质不仅各自存在 产耗、储存、缓冲和输配等多种形态，而且相互之间有着复杂的转换、替代等关联关系，这都 使得整个钢铁企业能源系统网络结构紧密耦合、错综复杂。因此，对钢铁企业能源系统的研 宄具有理论和现实两方面的重要意义。
[0003] 蒸汽作为钢铁企业的三种主要能源介质之一，在企业的生产和生活中的重要性尤 其突出。对钢铁企业蒸汽系统实施优化调度，是要在满足能源产耗需求和安全生产的大前 提下，优化能源消耗结构，充分利用二次能源，减少副产煤气放散，减少蒸汽的盲目生产和 放散，提高能源综合利用效率，最终实现能源成本的最小化目标。
[0004] 然而，对于钢铁企业蒸汽系统优化调度问题而言，其中存在着大量的线性和非线 性、等式和不等式约束条件，如各品质蒸汽产耗、输配和转换等单元设备需满足工艺约束， 每种蒸汽介质自身还需满足动态平衡约束等。对这种复杂的强约束问题，如果没有一个好 的约束处理机制作为支撑，在求解计算过程中，出现违反约束的不可行解的概率是非常大 的，可以说，此时获得一个可行解的难度将不亚于搜索到全局最优解的难度。可行解难以获 取的窘境不仅会降低蒸汽系统优化调度问题求解计算的速度和效率，将大量的计算时间和 资源消耗在可行解的搜索任务上，还可能导致求解过程不收敛，无法输出可行/最优的调 度方案，严重影响蒸汽调度与生产计划的实施。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例的目的在于提供一种确定钢铁企业蒸汽系统优化调度可行解的方 法，以解决现有技术确定可行解的方法复杂的问题。
[0006] 本发明实施例是这样实现的，一种确定钢铁企业蒸汽系统优化调度可行解的方 法，所述方法包括以下步骤：
[0007] 步骤1，确定钢铁企业的蒸汽系统网络拓扑结构；根据热力设备的能耗情况确立 其输入/输出变量集，结合所述热力设备的工艺模型和约束条件，建立与所述热力设备对 应的单元数学模型；
[0008] 步骤2,对所有蒸汽介质按压力等级的降序进行排序；
[0009] 步骤3,根据蒸汽供需预测结果以及所述单元数学模型，计算在第t个调度周期内 介质序号为stm的蒸汽的富余量Sstm，t，判断所述蒸汽富余量Sstm， t是否大于等于0,是，执行 步骤5,否，执行步骤4;
[0010] stm的初始值为最高压力等级的蒸汽的介质序号；
[0011] 步骤4,在满足工艺条件的约束下，增加锅炉类设备的燃煤消耗量，使产汽量满足 主生产工序的生产用蒸汽需量，执行步骤5 ;
[0012] 步骤5,判断当前蒸汽的介质序号stm是否为1，是，执行步骤8,否，执行步骤6 ;
[0013] 步骤6,判断与所述当前蒸汽关联的低等级蒸汽是否满足生产需求，是，执行步骤 8,否，执行步骤7 ;
[0014] 步骤7,将所述当前蒸汽的富余量Sstm，t分配给相关减温减压装置，所述相关减温 减压装置为将所述当前蒸汽降为关联的低等级蒸汽时用到的减温减压装置，初始化所述相 关减温减压装置的入口蒸汽量后，更新所述当前蒸汽介质的富余量Sstm，t的值，执行步骤8 ;
[0015] 步骤8,将所述当前蒸汽的富余量Sstniit分配给汽轮机类和减温减压装置类设备， 将蒸汽的所述介质序号stm减1，判断stm-Ι大于0时，执行步骤3,否则，执行步骤9 ;
[0016] 步骤9,输出所述钢铁企业蒸汽系统的优化调度可行解，结束。
[0017] 本发明提供的一种确定钢铁企业蒸汽系统优化调度可行解的方法的第一优选实 施例中：所述步骤1中确定的所述钢铁企业蒸汽系统网络拓扑结构中，用蒸汽介质管网和 可调度的热力设备描述所述蒸汽系统，所述热力设备包含锅炉类设备、汽轮机类和减温减 压装置类设备；
[0018] 建立蒸汽介质管网信息集Φ、锅炉类设备信息集Θ，以及汽轮机类和减温减压装 置类设备信息集Ω :
[0019] Φ = {HPS, MPS, LPS, L}
[0020] Θ = {GBO, CBO1Ll
[0021] Ω = {TUR, VAL1Ll
[0022] 其中，HPS、MPS、LPS分别为高压蒸汽、中压蒸汽和低压蒸汽介质，GBO、CBO分别为 全烧煤气锅炉和燃煤掺烧煤气锅炉设备子集，TUR为凝汽式汽轮机设备子集，VAL为减温减 压装置子集。
[0023] 本发明提供的一种确定钢铁企业蒸汽系统优化调度可行解的方法的第二优选实 施例中：所述步骤1中建立的所述单元数学模型中的信息包括：所述锅炉类设备的煤气消 耗量·<:和蒸汽产生量C，所述汽轮机类和减温减压装置类设备的入口蒸汽流量C 和出口产生/抽汽/凝汽流量_)C，所述汽轮机类设备产生的电量zn，t;
[0024] 其中，i为煤气介质或其它燃料序号，s为所述蒸汽介质的序号，m为所述锅炉类设 备的序号，η为所述汽轮机类和所述减温减压装置类设备的序号，t为调度周期序号。
[0025] 本发明提供的一种确定钢铁企业蒸汽系统优化调度可行解的方法的第三优选实 施例中：所述步骤3中计算的在第t个调度周期内介质序号为stm的蒸汽的富余量Sstm，t的 值为：
[0026]
[0027] 其中，Dstniit和G 分别为根据蒸汽供需预测结果得到的，在第t个调度周期内主 生产工序对所述当前蒸汽的需求量，及不参与调度的余热余能锅炉设备自然循环产生的当 前蒸汽流量；
[0028]
为所述热力设备信息集中除所述减温减压装置之
外的所述锅炉类设备产生和所述汽轮机类设备出口产生/抽汽/凝汽的当前蒸汽流量之 和；
[0029] 为所述热力设备信息集中所述减温减压装置产生的当前蒸汽流量 之和，其中，Md:为网络拓扑结构图中所有产生当前蒸汽的减温减压装置构成的设备子 集。
[0030] 本发明提供的一种确定钢铁企业蒸汽系统优化调度可行解的方法的第四优选实 施例中：所述步骤4包括：
[0031] 步骤401，选中网络拓扑结构图中所有产生所述当前蒸汽的燃煤锅炉构成的设备 子集 CBOstm;
[0032] 步骤402,调用所述燃煤锅炉的单元模型，增加燃煤消耗量的所述燃煤锅炉的个数 的初始值为1，各个所述燃煤锅炉增加的燃煤消耗总量了的值为：
[0033]
[0034] 其中，I Sstm，t I为取所述当前蒸汽富余量的绝对值，hstm和h fw分别为所述燃煤锅炉 的出口蒸汽焓值和给水焓值，hi表示燃煤的热值，η为锅炉效率，coi为燃煤对应的能源介 质序号；
[0035] 步骤403,检验增加燃煤消耗量之后是否满足锅炉的工艺约束条件，是，执行步骤 404,否，增加参与燃煤消耗量增加的所述燃煤锅炉的个数，执行步骤402;
[0036] 步骤404,计算增加燃煤消耗量之后，锅炉增加的产汽量
更新所 述当前蒸汽的富余量为增加燃煤消耗量之前的蒸汽的富余量与锅炉增加的产汽量之和。
[0037] 本发明提供的一种确定钢铁企业蒸汽系统优化调度可行解的方法的第五优选实 施例中：所述步骤6中根据蒸汽供需预测结果，得到在第t个调度周期内主生产工序对与当 前蒸汽关联的低等级蒸汽的需求量Dstm,，t，及其它不参与调度的余热余能锅炉等设备自然 循环产生的低等级蒸汽流量Gstm,，t，其中，stm'为关联的低等级蒸汽序号；
[0038] Gstm,Dstm,，,时，该低等级蒸汽满足生产需求，执行所述步骤8,否则执行所述 步骤7。
[0039] 本发明提供的一种确定钢铁企业蒸汽系统优化调度可行解的方法的第六优选实 施例中：所述步骤7包括：
[0040] 步骤701，计算网络拓扑结构图中所有消耗所述当前蒸汽的汽轮机的蒸汽消耗变 量的上限之和；
，其中