钢铁企业煤气产出和消耗动态模型
钢铁生产过程富余煤气动态优化分配模型
间 ，转炉每生产 1 t 钢水通常产生 60 ～ 110 m 的转炉 ［17 ］ 煤气 ，主要成分为 CO 和 CO2 ，热值比高炉煤气高 2 ～ 3 倍 ． 副产煤气存储系统由煤气柜组成 ，煤气柜是 副产煤气的临时存储装置 ，对维持煤气系统稳定发挥 着重要作用 ． 主工序煤气用户主要由焦炉 、 烧结机 、 高 炉热风炉和轧钢加热炉等组成 ，其煤气使用量以满足 工艺需求为准 ，可调节性较差 ，可视为刚性用户 ． 热 电联产系统主要由锅炉和汽轮机组成 ，是典型的柔性 用户 ，用于消纳主工序富余的煤气 ，并将其转化成为 蒸汽和电力等其他形式的能源 ．
图1 Fig． 1 典型钢铁企业煤气系统示意图
［13 ］
Schematic view of a typical byproduct gas system
在实际生产中 ，由于副产煤气产生和消耗的不规 ， 律性 导致副产煤气的放散或不足时常出现 ． 当煤气 产量大于消耗量时 ，就会引起煤气放散 ，污染生态环 境； 反之将导致煤气不足 ，外购燃料使用量提高 ，燃 料成本增加 ． 为了尽量避免以上情况 ，就需要充分发 挥煤气柜的调节能力 ，使其柜位尽可能位于中间柜 位，因为此时煤气柜同时拥有较强的储气和供气 能 力，无论管网出现煤气过剩或是不足 ，煤气柜都能及 时进行缓冲和调节 ，反之当煤气柜柜位偏离中间柜位 时，调节能力逐渐减弱 ，在工厂实际操作过程中也是 按照这个原则调整的 ． 这里有两种情况 ： （ 1 ） 当煤气 量供大于求 ，煤气柜柜位在中间柜位以上时 ，这时需 要靠增加锅炉负荷来使柜位尽可能降低 ； （ 2 ） 当煤气 量供小于求 ，煤气柜柜位在中间柜位以下时 ，这时需 要靠减少锅炉负荷来使柜位尽可能升高 ． 本文将煤气 柜划分为四个区间 ，并设置相应的权重因子 （ 如图 2 所示 ） ． 靠近中间柜位的区间 ，权重因子值较低 ； 远离 中间柜位的区间 ，权重因子值较高 ．
钢铁企业高炉煤气供需预测模型及应用
为输出层第 k 单元的激活阈值, 激活函数为 f (x) = 1 ( 1 + e- x ) ( 1)
当输出层节点的期望均值为 t l 时, 模型的计 算公式如下 隐层节点的计算输出 yj = f
i
w ij x i -
j
= f ( net j ) ,
( 2)
输出层节点的计算输出 zl = f
j
v ij y i -
l
钢铁企业煤气系统是企业能源系统的主要部 分, 涉及到煤气的产生、 输送、 分配、 消耗等诸多环 节 在实际生产中, 影响高炉煤气产生量与消耗量 的因素很多 , 通过对历史数据进行研究发现煤气 量与相关因素的线性关系并不明显, 且无必然规 律 基于以上特点, 采用容错能力与智能处理能力 较强的人工神经网络法对高炉煤气产生量和消耗 量进行预测, 能较为有效地描绘煤气系统的特征, 得到相对准确的预测结果 2. 1 高炉煤气产生量( 供应量 ) 预测 高炉冶炼过程是个复杂的物理、 化学反应过 程, 从炉顶装入的铁矿石、 焦炭和石灰石等物料经 过与预热的空气 ( 常伴随喷吹物如富氧、 煤粉等) 在高炉内部发生还原反应 , 最终生成铁水和炉渣, 并从炉顶放出煤气 可见 , 高炉煤气生产过程受多 种因素制约, 为了准确预测高炉煤气发生量 , 这里 以某钢铁企业 1# 高炉 10 月份实际生产数据为统 计样本 , 经过灰色关联度分析得到各因素与煤气 量的关系 , 见表 1 由表 1 可见, 影响高炉煤气发生量的主要因 素为鼓风量、 焦比、 风压和煤比等 , 将关联度大于 0 6 的影响因素作为预测模型 的输入值, 建立人
收稿日期 : 2010- 06- 02 基金项目 : 中 央 高 校 基 本科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目 ( N 090302010 ) ; 国 家 高 技 术 研 究发 展 计 划 项 目 ( 2008AA 042901, 2009AA 05Z215) ; 东北大学博士后基金资助项目 作者简介 : 张 琦 ( 1977- ) , 男 , 山西大同人 , 东北大学讲师 , 博士后研究人员 ; 蔡九菊 ( 1948- ) , 男 , 辽宁锦州人 , 东北大学教授 , 博 士生导师
钢铁企业能耗大数据模型及采集
以下资料来自《全国工商联冶金业商会统计指标解释（2007年12月）》一．技术经济指标分类钢铁工业技术经济指标分为工序指标和综合指标两大类。
二．工序能耗指标解释指标1. 烧结工序燃料消耗指标烧结矿燃料消耗指标是反映人造块矿燃料消耗水平的指标。
烧结矿使用的燃料有固体燃料（煤粉、焦粉）、非固体燃料两类。
固体燃料一般直接加入烧结矿的混合料中，基本上参与烧结（焙烧）的全过程；非固体燃料用于点火和焙烧（球团）。
各种燃料的消耗应分别统计。
烧结矿固体燃料耗用量（千克）1）烧结矿固体燃料消耗（千克／吨）＝烧结矿产出量（吨）烧结矿煤粉耗用量（千克）a) 烧结矿煤粉消耗（千克／吨）＝烧结矿产出量（吨）烧结矿焦粉耗用量（千克）b) 烧结矿焦粉消耗（千克）＝烧结矿产出量（吨）2）烧结矿固体燃料折标煤消耗（千克标准煤／吨）＝各种固体燃料折算成标煤后的耗用量（千克标准煤）烧结矿产出量（吨）计算说明：烧结矿的固体燃料计算中均以干基为准，其水分化验应由质检部门核准或认可，企业按实际情况可对实物消耗量分别计算毛耗（包括各种损耗及计量溢损）和净耗。
2.高炉（生铁）工序燃料燃料消耗指标燃料比是反映高炉冶炼1吨合格生铁所消耗的燃料量。
其计算公式为：燃料耗用总量（千克）燃料比（千克／吨）=生铁合格产出量（吨）计算说明：燃料耗用总量是指入炉的干焦、干焦丁、煤粉、重油等燃料总量。
严格来说，焦比属于能源消耗类指标，但由于焦炭在炼铁生产中的特殊作用，特将焦比指标单列。
由于高炉冶炼的铁种和使用的燃料不同，焦比（即焦耗）有以下几种计算公式：1）入炉焦比入炉焦比是反映高炉冶炼每1吨合格生铁所消耗的干焦炭量。
其计算公式为：干焦耗用量（千克）入炉焦比（千克／吨）＝生铁合格产出量（吨）2）综合焦比综合焦比是指高炉冶炼每1吨合格生铁所消耗的综合干焦（将各种燃料均折合成干焦计算）量。
其计算公式为：综合干焦耗用量（千克）综合焦比（千克／吨）=生铁合格产出量（吨）3）喷煤比喷煤比是反映高炉冶炼1吨合格生铁所消耗的煤量。
钢铁企业能耗数据模型及采集
以下资料来自《全国工商联冶金业商会统计指标解释（2007年12月）》一．技术经济指标分类钢铁工业技术经济指标分为工序指标和综合指标两大类。
二．工序能耗指标解释指标1. 烧结工序燃料消耗指标烧结矿燃料消耗指标是反映人造块矿燃料消耗水平的指标。
烧结矿使用的燃料有固体燃料（煤粉、焦粉）、非固体燃料两类。
固体燃料一般直接加入烧结矿的混合料中，基本上参与烧结（焙烧）的全过程；非固体燃料用于点火和焙烧（球团）。
各种燃料的消耗应分别统计。
烧结矿固体燃料耗用量（千克）1）烧结矿固体燃料消耗（千克／吨）＝烧结矿产出量（吨）烧结矿煤粉耗用量（千克）a) 烧结矿煤粉消耗（千克／吨）＝烧结矿产出量（吨）烧结矿焦粉耗用量（千克）b) 烧结矿焦粉消耗（千克）＝烧结矿产出量（吨）2）烧结矿固体燃料折标煤消耗（千克标准煤／吨）＝各种固体燃料折算成标煤后的耗用量（千克标准煤）烧结矿产出量（吨）计算说明：烧结矿的固体燃料计算中均以干基为准，其水分化验应由质检部门核准或认可，企业按实际情况可对实物消耗量分别计算毛耗（包括各种损耗及计量溢损）和净耗。
2.高炉（生铁）工序燃料燃料消耗指标燃料比是反映高炉冶炼1吨合格生铁所消耗的燃料量。
其计算公式为：燃料耗用总量（千克）燃料比（千克／吨）=生铁合格产出量（吨）计算说明：燃料耗用总量是指入炉的干焦、干焦丁、煤粉、重油等燃料总量。
严格来说，焦比属于能源消耗类指标，但由于焦炭在炼铁生产中的特殊作用，特将焦比指标单列。
由于高炉冶炼的铁种和使用的燃料不同，焦比（即焦耗）有以下几种计算公式：1）入炉焦比入炉焦比是反映高炉冶炼每1吨合格生铁所消耗的干焦炭量。
其计算公式为：干焦耗用量（千克）入炉焦比（千克／吨）＝生铁合格产出量（吨）2）综合焦比综合焦比是指高炉冶炼每1吨合格生铁所消耗的综合干焦（将各种燃料均折合成干焦计算）量。
其计算公式为：综合干焦耗用量（千克）综合焦比（千克／吨）=生铁合格产出量（吨）3）喷煤比喷煤比是反映高炉冶炼1吨合格生铁所消耗的煤量。
面向生产工序的钢铁企业能耗建模研究与应用
硕士学位论文面向生产工序的钢铁企业能耗建模研究与应用摘要由于能源资源的日趋紧张和工业发展所需能耗的日益增加，人们越来越重视对能源的合理使用。
作为工业能耗大户的钢铁企业，也把能源管理问题视为重点。
能耗建模作为能源管理的基础和分析工具，对节能减排有重要意义。
本文旨在对面向生产工序的钢铁企业能耗建模作相关研究，并设计与开发相应的系统。
本文首先介绍了国内外钢铁企业能耗的相关背景，以及能耗管理的发展现状，并分析和比较了常用的企业建模方法和能耗建模方法，在此基础上，提出了基于多视图集成的能耗建模方法，以适用于钢铁企业能耗建模。
通过对钢铁企业能耗过程的分析，详细介绍了工序视图、工厂视图、能流视图的模型表示、逻辑关系和建模语义。
论文还设计与开发了基于多视图集成的钢铁企业能耗模型系统。
本文根据系统需求分析，设计了C/S的三层式整体架构、功能模块和后台数据库。
系统采用组件、面向对象等技术实现了对该能耗模型系统的应用，并分析系统的实例效果。
本文以安徽省钢铁产业技术创新规划研究项目(项目编号: 0902*******)为应用背景，以面向生产工序的钢铁企业能耗建模为研究对象，对上述主要的研究成果进行了应用。
关键词：钢铁企业，能耗建模，多视图集成ABSTRACTAs the shortage of energy resources become serious and the demand for energy requirement in industrial development is increasing day by day, there is growing emphasis on the rational using of energy. As the big energy consumers, steel enterprises also focus attention on the energy management problem. Energy modeling is the basis and analysis tool for energy management; it can help to reduce energy consumption.This paper mainly focuses on modeling for energy in production processes of iron and steel enterprise, also designing and developing such a system. Firstly, this paper introduces the background of energy consumption in domestic and foreign steel enterprises and the development of energy consume management. Then by the analysis and comparison of common enterprise modeling methods and energy consumption modeling methods, a new energy consumption modeling method is proposed to apply for iron and steel enterprises, which is based on multi-views. After analyzing the process of iron and steel enterprises, it gives the details of model representation, logic and modeling semantics on process view, factory view and energy flow view. The paper also designs and develops such an energy consumption model system for iron and steel enterprises. According to system requirements, the C/S three-layer architecture, function modules and backend database are designed for this system. The application is realized by using components and object-oriented techniques.Under the background of Anhui Province Steel Industry Technology Innovation Planning Project (Project No: 0902*******), this paper has studied on process-oriented energy consumption modeling of iron and steel enterprises. The research results are applied in a steel enterprise.Key Words:steel enterprise, energy consumption modeling, multi-view目录第1章引言 (1)1.1 论文背景与研究意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 国外研究现状 (2)1.2.2 国内研究现状 (4)1.3 论文内容和结构安排 (5)1.3.1 研究的主要内容 (5)1.3.2 论文结构及安排 (6)第2章能耗建模的理论和方法研究 (8)2.1 企业建模的相关理论 (8)2.1.1 企业建模的基本理论 (8)2.1.2 企业建模的常用体系结构与方法 (9)2.1.3 企业建模方法的比较与分析 (11)2.2 能耗建模的基本理论 (13)2.2.1 钢铁企业能耗模型的概念 (13)2.2.2 钢铁企业能耗模型的常见方法 (14)2.2.3 对能耗模型的分析 (16)2.3 基于多视图集成的能耗建模方法 (17)2.3.1 多视图能耗建模方法概述 (17)2.3.2 多视图能耗建模方法的建模规则 (19)2.3.3 能耗建模方法的多视图一致性 (21)2.3 本章小结 (21)第3章钢铁企业能耗模型的建立 (23)3.1 钢铁企业能耗过程分析 (23)3.1.1 钢铁企业能源的特点 (23)3.1.2 钢铁企业生产工序的分析 (24)3.1.3 钢铁企业工厂能耗分析 (25)3.2 多视图集成的钢铁企业能耗模型框架 (27)3.3 钢铁企业能耗建模的工序视图模型 (28)3.4 钢铁企业能耗建模的工厂视图模型 (33)3.5 钢铁企业能耗建模的能流视图模型 (36)3.6 本章小结 (38)第4章钢铁企业能耗模型系统的设计 (39)4.1 系统需求分析 (39)4.2 系统总体架构设计 (40)4.3 系统功能模块设计 (42)4.4 系统后台数据库的设计 (45)4.4.1 数据库设计方法概述 (45)4.4.2 数据库的设计与实施 (45)4.5 本章小结 (52)第5章钢铁企业能耗模型系统的开发与典型应用 (53)5.1 系统开发平台的选择 (53)5.1.1 .NET框架与C#开发语言 (53)5.1.2 数据库平台的选择 (54)5.2 系统开发中的关键技术 (55)5.2.1 基于组件技术的能耗模型元素开发 (55)5.2.2 基于面向对象的能耗模型系统实现 (57)5.3 能耗模型系统的典型应用 (58)5.3.1 系统界面与功能 (58)5.3.2 系统应用实例分析 (62)5.3 本章小结 (63)第6章总结与展望 (64)6.1 全文总结 (64)6.2 研究展望 (64)致谢 (66)参考文献 (67)个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果......... 错误！未定义书签。
浅谈钢铁企业高炉煤气系统特点及动态模型建立
Ｑ ： Ｑ （
工 业 技 术
Ｃｈｉ ｎ ａ Ｎｅ ｗ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ丽
（ 中国钢研科技集 团吉林工程技术有 限公 司， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
括 高 炉煤 气 、 焦 炉煤 气 和转 炉 煤气 。高 炉 煤 气 系统包 括 ： 高炉煤 气发 生 源（ 高炉 ）， 高 炉 煤气 的存 储 和 输送 （ 煤 气 管道 和煤 气 柜 ） 高 炉煤 气 的用 户（ 包 括基 本用 户 和缓 冲用 户１ 。 其 中高炉煤 气 基本 用户 是生 产工 艺过 程 中需 要 使用 煤 气 的用 户 ， 煤气 的主 要作 用 就是 满 足这 些 用户 的 需求 ， 这些 用 户在 煤 气有 盈余 时使 用煤 气 进行 生 产 ， 当煤气 产 量减 少 时 ， 则需 停 止使 用 煤气 而 调 换其 它 燃料 ， 煤 气 混合 站 将两 种 或 两种 以上 热 值 不 同 的煤气 混合 在 一 起 ， 以保 证 用 户 热 工 制度 的稳定 和 工艺 流 程 的要 求 ， 一 般设 有 热值 、 压力 、 流量 等 调 节设 备 进行 调 节 ， 调 节 方 式 有 流 量 配 比调 节 和热 值 指 数 调 节。 正 常情 况下 煤气 的 的储存 量 与高 炉生 产 是 息 息 相关 的 ， 生 产 越稳 定 ， 煤 气 的消 耗 越均 衡 ， 同是 对 于 瞬时 的平 衡 供 应 越有 利 。但 在现 实 的钢 铁 企业 生 产过 程 中 ， 高 炉会 发 生故 障 的 时候 ， 或 是检 修 期 间 等原 因会 使 高炉 生 产 中断 ， 这 样就 会 影 响 煤气 消 耗 的 波 动 ，对 供 需 平 衡 造 成 严 重 的影 响。 特别 是 加热 炉等 煤气 消耗 较大 用 户 的 生产 波 动 ， 往往 是 造成 放散 的 主要原 因。
钢铁厂高炉煤气燃气轮机循环热力模型分析
钢铁厂高炉煤气燃气轮机循环热力模型分析发布时间：2022-09-12T06:44:08.350Z 来源：《建筑创作》2022年第2期1月作者：赵忠敏[导读] 建立了钢铁厂燃用高炉煤气的简单循环燃气轮机装置模型赵忠敏1523011972****0051摘要：：建立了钢铁厂燃用高炉煤气的简单循环燃气轮机装置模型，根据经典热力学和燃气轮机循环理论编制了循环热力性能计算程序，计算了循环功率和效率随压比的变化关系。
结果表明存在不同压比分别使循环功率和效率达到最大值，提高涡轮进口燃气温度和降低煤气压缩机进口温度有利于提高循环性能。
关键词：高炉煤气；燃气轮机循环；热力学；功率；效率引言钢铁工业是国民经济支柱产业中的能源消耗大户，生产过程中的富余煤气（包括焦炉煤气（ＣＯＧ）、高炉煤气（ＢＦＧ）和转炉煤气（ＬＤＧ））造２７６钢铁厂高炉煤气燃气轮机循环热力分析热力透平成能源的严重浪费和环境的严重污染。
充分回收富余煤气的余能余热，对钢铁行业节能减排意义重。
富余煤气用于燃气轮机发电是其余能回收的有效方式之一，这为燃气轮机热力循环的理论和应用研究开辟了新的方向。
文献从钢铁厂副产煤气的波动规律入手，初步确定燃气轮机的副产煤气消耗量和剩余煤气放散量，定联合循环发电装置燃用低热值煤气时的利用方案以及机组的配置和改造方案。
文献的研究表明燃气轮机联合循环发电机组的热电转换效率比常规电厂高１０％左右，是适合于新建或改造钢铁厂自备发电厂的先进、有效技术。
王松岭等］利用ＡＳＰＥＮＰＬＵＳ软件对燃用ＣＯＧ的Ｍ７０１Ｆ型燃气轮机设计点性能进行了模拟计算。
张琦等分析了中国不同规模钢铁厂煤气资源回收与利用的现状，采用吨钢煤气回收率和吨钢煤气燃耗两个指标评价了煤气回收与利用水平，并提出了完善回收工艺等途径以合理利用煤气资源、减少煤气放散损失。
Ｍｅｒｔ等对钢铁工业副产煤气的简单循环燃气轮机热电联产装置进行了分析和经济分析，导出了每个部件的质量、能量、和费用平衡方程及能量利用效率、效率和损失的表达式。
钢铁企业富余煤气-蒸汽-电力耦合模型研究及应用
2 富余煤气-蒸汽-电力耦合数学模型
2.1 目标函数 设该模型为 P 个周期的数学优化调度问题，某个时间段记为 t (1 ≤ t ≤ P ) ，时间间隔为 ΔP ，在 煤气 Gas 代表高炉煤气 （ BFG ） 、 焦炉煤气 （ COG ） t (t = 1,2,..., P ) 个阶段对 M 个锅炉进行优化建模， 和转炉煤气（ LDG ） 。图 2 为钢铁企业富余煤气、蒸汽和电力流网络图。
LP steam
MP steam
目标函数分为能源产生、消耗项和系统损失惩罚项两部分。前者包括重油费用、煤气费用、锅炉 给水费用、购电费用和发电收益，后者包括煤气放散、蒸汽降级使用、煤气柜位偏离正常柜位等惩罚 项。具体目标函数如下，符号和变量说明见附表。
MinS = C oil
∑∑ F
t i
oilB i ,t
图 1 钢铁企业富余煤气-蒸汽-电力供应分配系统图 Fig. 1 Systemic chart of distribution of surplus byproduct gases-steam-electricity in steelworks
简单的说，本文针对钢铁企业富余煤气、蒸汽和电力的优化分配方法主要分为四步： （1）对于现实系统中的复杂情况进行合理的简化和假设； （2）根据实际情况，建立准确的目标函数和约束条件； （3）采用 ILOG CPLEX 软件进行编程计算与调试； （4）对优化结果进行适当的分析与总结。
∑F
i
wat i ,t
=
∑F
j
stmH j ,t
+
∑F
i
stmH Bpr , i , t
(4)
∑F
j
stmH j ,t
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钢铁企业煤气产出和消耗动态模型
作者：李文兵， 纪扬， 李华德， LI Wen-bing， JI Yang， LI Hua-de
作者单位：李文兵,LI Wen-bing(冶金自动化研究设计院,国家冶金自动化工程技术研究中心,北京
,100071;北京科技大学)， 纪扬,JI Yang(冶金自动化研究设计院,国家冶金自动化工程技术
研究中心,北京,100071)， 李华德,LI Hua-de(北京科技大学)
刊名：
冶金自动化
英文刊名：METALLURGICAL INDUSTRY AUTOMATION
年，卷(期)：2008,32(3)
被引用次数：5次
1.钢铁企业燃气没计参考资料(煤气部分) 1978
2.氧气转炉烟气净化及回收设计参考资料 1975
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2.张琦.杜涛.蔡九菊.刘汉桥.张立宏钢铁企业煤气平衡问题探讨[会议论文]-2004
3.张建良.王妤钢铁企业煤气系统的优化利用模型[会议论文]-2002
4.齐二石.孔海宁.何曙光.QI Er-shi.KONG Hai-ning.HE Shu-guang钢铁企业副产煤气多周期动态优化调度[期刊论文]-系统工程理论与实践2010,30(11)
5.崔辉钢铁企业煤气集中优化控制与调度技术开发[期刊论文]-天津科技2008,35(4)
6.聂秋平.吴敏.曹卫华.熊永华一种基于消耗预测的钢铁企业煤气平衡与数据校正方法[会议论文]-2009
7.宋 军.张 琦.庞兴露钢铁企业煤气系统动态优化调配概述[会议论文]-2007
8.王丽娜.徐化岩.顾佳晨钢铁厂过程数据平台的研究与开发[期刊论文]-冶金自动化2008,32(4)
9.高雯雯.吴复忠.王文豪.GAO Wenwen.WU Fuzhong.WANG Wenhao钢铁企业煤气优化利用方法研究[期刊论文]-现代机械2010(1)
10.王文瑞.蒋继强.杨建中.WANG Wen-rui.JIANG Ji-qiang.YANG Jian-zhong宝钢不锈钢分公司产销系统(上)[期刊论文]-冶金自动化2007,31(6)
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3.高炳志.郑飞.李晓理.周翔.尹怡欣钢铁企业燃气系统建模及调度研究[期刊论文]-控制工程 2012(3)
4.施灿涛.刘自升.李铁克.王宁宁钢铁企业副产煤气优化调度问题模型及算法[期刊论文]-工业工程与管理
2012(2)
5.高柄志.吴狄.班晓娟.秦慧元钢铁企业生产调度与仿真研究[期刊论文]-计算机工程与科学 2011(9)
本文链接：/Periodical_yjzdh200803007.aspx。