長流程鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流-能流-碳排放流聯(lián)合調(diào)控方法
專利類型：發(fā)明公開申請(專利)號：CN202410668647.5申請日：2024-05-28申請公布號：CN118521100A申請公布日：2024-08-20申請人：東北電力大學(xué)；地址：132012 吉林省吉林市船營區(qū)長春路169號發(fā)明人：張儒峰;袁瑞;孫海航;陳厚合;杜爾順;韓建沛專輯：信息科技專題：計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用主分類號：G06Q10/0631分類號：G06Q10/0631;G06Q10/067;G06Q50/26;G06Q10/087;G06Q50/06國省代碼：22頁數(shù)：30代理機(jī)構(gòu)：長春市吉利專利事務(wù)所(普通合伙)代理人：王大珠主權(quán)項(xiàng)：1.長流程鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流-能流-碳排放流聯(lián)合調(diào)控方法,所述方法中以長流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)1噸鋼材為計(jì)算的基數(shù),構(gòu)建各模型并進(jìn)行物質(zhì)流-能流-碳排放流聯(lián)合調(diào)控,長流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工序包括焦化工序、燒結(jié)工序、球團(tuán)工序、高爐煉鐵工序、轉(zhuǎn)爐煉鋼工序、電弧爐煉鋼工序、軋鋼工序以及在相應(yīng)工序中提供氧氣的空壓機(jī)制氧工序,其對應(yīng)的工序序號依次從1至7,其中,焦化、廢鋼電弧爐短流程煉鋼工序?qū)儆陂g斷產(chǎn)出工序,燒結(jié)、球團(tuán)、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼及軋鋼屬于連續(xù)產(chǎn)出工序；空壓機(jī)制氧工序?qū)儆谳o助工序,其特征是：包括以下步驟,并且以下步驟順次進(jìn)行,步驟一、構(gòu)建短流程電弧爐煉鋼工序物質(zhì)流模型,該模型由以下約束構(gòu)成：1)構(gòu)建短流程電弧爐煉鋼生產(chǎn)工序啟停的連續(xù)性約束：ds-(6,t)+dc-(6,t)≤1 (1)ds-(6,t)-dc-(6,t)＝op-(6,t)-op-(6,t-1) (2)其中：ds-(6,t)為生產(chǎn)工序的啟動變量；dc-(6,t)為生產(chǎn)工序的停止變量；op-(6,t)為生產(chǎn)工序的運(yùn)行變量；6為電弧爐煉鋼工序序號；2)構(gòu)建短流程電弧爐煉鋼生產(chǎn)工序最小運(yùn)行時(shí)間約束： 其中：Minop6為生產(chǎn)工序的最小運(yùn)行時(shí)間；3)構(gòu)建短流程電弧爐煉鋼生產(chǎn)工序最大運(yùn)行時(shí)間約束約束： 其中：Maxop6為生產(chǎn)工序的最大運(yùn)行時(shí)間；4)構(gòu)建短流程電弧爐煉鋼生產(chǎn)工序最小停機(jī)時(shí)間約束： 其中：Dp6為生產(chǎn)工序的最小停機(jī)時(shí)間；5)構(gòu)建短流程電弧爐煉鋼生產(chǎn)工序物質(zhì)流動約束： 其中：G-(6,t)為生產(chǎn)工序6產(chǎn)品輸出量；G-6為生產(chǎn)工序6單位產(chǎn)量；步驟二、建立以下常規(guī)長流程鋼鐵企業(yè)工序物料模型：1)構(gòu)建焦化生產(chǎn)工序物質(zhì)流動約束模型： 其中：Y-(1,t)為工序1輸入原料量,即煉焦煤；k為煉焦比；G-(1,t)為工序1產(chǎn)品輸出量；λ-(jt2)為工序2焦炭供求比；λ-(jt3)為工序3焦炭供求比；λ-(jt4)為工序4焦炭供求比；M-(jt2)為輸入工序2中焦炭量；M-(jt3)為輸入工序3中焦炭量；M-(jt4)為輸入工序4中焦炭量；G-(min1)和G-(max1)分別為工序1產(chǎn)量下限、上限；2)構(gòu)建燒結(jié)生產(chǎn)工序物質(zhì)流動約束模型： 其中：Y-(2,t)為工序2輸入原料量,即鐵礦石；v-2為工序2物料轉(zhuǎn)換率；λ-(tks2)為工序2鐵礦石供求比；G-(2,t)為工序2產(chǎn)品輸出量；λ-(sjk4)為工序4燒結(jié)礦供求比；M-(sjk4)為輸入工序4中燒結(jié)礦量,G-(min2)和G-(max2)分別為工序2產(chǎn)量下限、上限；3)構(gòu)建球團(tuán)生產(chǎn)工序物質(zhì)流動約束模型： 其中：v-3為工序3物料轉(zhuǎn)換率；G-(3,t)為工序3產(chǎn)品輸出量；λ-(tks3)為工序3鐵礦石供求比；λ-(qtk4)為工序4球團(tuán)礦供求比；M-(qtk4)為輸入工序4中球團(tuán)礦量；G-(min3)和G-(max3)分別為工序3產(chǎn)量下限、上限；4)構(gòu)建高爐煉鐵生產(chǎn)工序物質(zhì)流動約束模型： 其中：v-4為工序4物料轉(zhuǎn)換率；G-(4,t)為工序4產(chǎn)品輸出量；G-(min4)和G-(max4)分別為工序4產(chǎn)量下限、上限；5)構(gòu)建轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工序物質(zhì)流動約束模型： 其中：v-5為工序5物料轉(zhuǎn)換率；G-(5,t)為工序5產(chǎn)品輸出量；G-(min5)和G-(max5)分別為工序5產(chǎn)量下限、上限；6)構(gòu)建軋鋼生產(chǎn)工序物質(zhì)流動約束模型： 其中：v-7為工序7物料轉(zhuǎn)換率；G-(7,t)為工序7產(chǎn)品輸出量；G-(min7)和G-(max7)分別為工序7產(chǎn)量下限、上限；步驟三,結(jié)合步驟二中的各項(xiàng)約束構(gòu)建倉庫儲存模型、空氣壓縮系統(tǒng)模型、煤氣系統(tǒng)模型以及CHP機(jī)組與干熄焦余熱回收模型,所述倉庫儲存模型共構(gòu)建3個(gè),分別為焦炭倉庫儲存模型、燒結(jié)礦倉庫儲存模型和球團(tuán)礦倉庫儲存模型：1)構(gòu)建倉庫儲存模型： 其中,式(24)、(25)為儲存環(huán)節(jié)平衡方程；式(26)為儲存環(huán)節(jié)上下限方程；C為倉庫序號；S-(0,c)為第c號倉庫初始儲存量；M-(m,c,t)為c倉庫前第m道工序在t時(shí)刻的產(chǎn)量；Y-(n,c,t)為c倉庫后第n道工序在t時(shí)刻需要的物料；S-(c,t)為第c號倉庫在t時(shí)刻的容量；S-(min,c)為第c個(gè)倉庫的倉儲容量下限；S-(max,c)為第c個(gè)倉庫的倉儲容量上限；2)構(gòu)建空氣壓縮系統(tǒng)模型：SA-(ca,t)＝SA-(ca,t-1)-SU-(ca,t)Δt+α-(ca)P-(ca,t)Δt (27)0.8SA-(ca,ini)≤SA-(ca,end)≤1.2SA-(ca,ini) (28)V-(ca)p-(ca,min)≤SA-(ca,t)≤V-(ca)p-(ca,max) (29)SA-(ca,t)+op-(ca,t)V-(ca)p-(ca,max)≤1.1V-(ca)p-(ca,max) (30)1.1V-(ca)p-(ca,min)≤SA-(ca,t)+op-(ca,t)V-(ca)p-(ca,min) (31)其中,式(27)為儲氣量平衡方程；式(28)、(29)為儲氣量上下限方程；式(30)、(31)為空氣壓縮機(jī)啟停方程；SA-(ca,t)為t時(shí)刻系統(tǒng)儲氣罐儲氣量；SU-(ca,t)為t時(shí)刻系統(tǒng)用氣量；α-(ca)為空壓機(jī)效率；P-(ca,t)為t時(shí)刻空壓機(jī)出力功率；Δt為優(yōu)化步長,為1小時(shí)；SA-(ca,ini)為初始時(shí)刻儲氣罐儲氣量；SA-(ca,end)為結(jié)束時(shí)刻的儲氣罐儲氣量；V-(ca)為儲氣罐體積；p-(ca,min)和p-(ca,max)為儲氣罐內(nèi)允許最小壓強(qiáng)和最大壓強(qiáng)；op-(ca,t)為t時(shí)刻空壓機(jī)運(yùn)行變量；3)構(gòu)建煤氣系統(tǒng)模型： V-(min,o)≤V-(o,t)≤V-(max,o) (36)其中：μ-(COG),μ-(BFG),μ-(LDG)分別為副產(chǎn)煤氣產(chǎn)率,煤氣產(chǎn)量與對應(yīng)生產(chǎn)工序負(fù)荷成正比；o為副產(chǎn)煤氣；V-(o,t)為煤氣儲量；為煤氣產(chǎn)量；f-(j,o,t)為工序j對煤氣o的需求量；為輸入CHP機(jī)組的煤氣量；V-(min,o)和V-(max,o)為對應(yīng)煤氣儲罐的容量下限、上限；4)構(gòu)建CHP機(jī)組模型： 其中：式(37)為CHP機(jī)組以副產(chǎn)煤氣作為燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換公式；式(38)為CHP機(jī)組出力上下限約束；式(39)為CHP機(jī)組電能轉(zhuǎn)換為熱能的轉(zhuǎn)換公式；為CHP機(jī)組產(chǎn)生的蒸汽熱量；為CHP機(jī)組電功率；δ為優(yōu)化周期長度；和分別為CHP機(jī)組出力下限、上限；θ-(chp)為CHP機(jī)組電效率；θ-(chp,heat)為CHP機(jī)組熱效率；β-o為煤氣o的熱值；5)構(gòu)建低碳工藝干熄焦余熱回收模型： 其中：為余熱發(fā)電功率；λ-(cdp)為發(fā)電系數(shù)；P-(1,t)為焦化功率；和分別為CDQ余熱機(jī)組出力下限、上限；步驟四、基于以上模型,將短流程電弧爐煉鋼工序作為低碳工藝措施,引入常規(guī)長流程鋼鐵企業(yè)工序物料模型中,形成新型長流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工序物料-用能特性模型,所述用能包括電能、熱能和氧氣能；所述長流程鋼鐵企業(yè)物料-用能特性模型的約束條件如下： G-(7,t)≥F-(sum,task) (47)其中：式(42)、(43)為有功功率平衡約束；式(44)為煤氣能平衡約束；式(45)為熱能平衡約束；式(46)為壓縮空氣能平衡約束；式(47)為生產(chǎn)總?cè)蝿?wù)量約束；G-(j,t)為生產(chǎn)工序j產(chǎn)量,j∈{1,2,3,4,5,6,7}；P-(total,t)為工序總生產(chǎn)負(fù)荷；P-j為工序j單位生產(chǎn)固定負(fù)荷,j∈{1,2,3,4,5,6,7}；為光伏出力功率；為CHP機(jī)組出力功率；為上級電網(wǎng)購電功率；P-(load)為企業(yè)運(yùn)行其余電負(fù)荷；Q-j為工序j所需熱能,j∈{1,2,3,4,5,6,7}；H-(load)為企業(yè)運(yùn)行其余熱負(fù)荷；ψ-(ca)為電能轉(zhuǎn)氣能效率；A-j為工序j單位用氣量,j∈{1,2,3,4,5,6,7}；F-(sum,task)為工序總?cè)蝿?wù)量；步驟五、構(gòu)建鋼鐵企業(yè)碳排放模型,所述鋼鐵企業(yè)碳排放模型分為以下四個(gè)部分：外購電力消耗的間接碳排放模型、焦炭消耗的直接碳排放模型、歸算后生產(chǎn)工序碳排放模型以及副產(chǎn)煤氣碳排放模型；1)構(gòu)建外購電力消耗的間接碳排放模型： 其中：為外購電力碳排放；ρ-(elec,t)為外購電力的碳含量系數(shù)；2)構(gòu)建焦炭消耗的直接碳排放模型： 其中：為焦炭碳排放；ρ-(coke)為焦炭的碳含量系數(shù)；為焦炭用量；3)構(gòu)建歸算后生產(chǎn)工序碳排放模型： 其中：為生產(chǎn)工序總碳排放；ρ-j為工序j固定的碳排放系數(shù)；4)構(gòu)建副產(chǎn)煤氣碳排放模型： 其中：為副產(chǎn)煤氣碳排放；為副產(chǎn)煤氣碳含量系數(shù)；5)構(gòu)建鋼鐵企業(yè)總碳排放模型： 其中：為鋼鐵企業(yè)總碳排放。上述鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工序所用各碳排放系數(shù)數(shù)據(jù),參考真實(shí)長流程鋼鐵企業(yè)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定；步驟六、構(gòu)建長流程鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流-能流-碳排放流耦合模型,建立目標(biāo)函數(shù),以上級電網(wǎng)購電成本、園區(qū)碳排放成本以及生產(chǎn)原料成本之和最小為目標(biāo),求解并獲得鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流-能流-碳排放流聯(lián)合調(diào)控的最優(yōu)運(yùn)行模式,實(shí)現(xiàn)新型長流程鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流-能流-碳排放流聯(lián)合調(diào)控；其中,目標(biāo)函數(shù)為： 其中：C-(min)表示上級電網(wǎng)購電成本、園區(qū)碳排放成本以及物料成本之和最??；C-(gird,t)為分時(shí)電價(jià)E-(pei,t)為免費(fèi)碳排放配額；C-(carbon)為固定碳價(jià)格；C-(ljm)為生產(chǎn)原料序號1單位噸價(jià)格,即煉焦煤單位噸價(jià)格；C-(tks)為生產(chǎn)原料序號2單位噸價(jià)格,即鐵礦石單位噸價(jià)格；C-(fg)為生產(chǎn)原料序號3單位噸價(jià)格,即廢鋼單位噸價(jià)格。摘要：長流程鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流-能流-碳排放流聯(lián)合調(diào)控方法屬于鋼鐵行業(yè)電力系統(tǒng)智能調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將鋼鐵企業(yè)的各生產(chǎn)工序物質(zhì)-用能特性模型以及鋼鐵企業(yè)的碳排放模型耦合,構(gòu)建一種長流程鋼鐵企業(yè)鋼材物質(zhì)流-能流-碳排放流耦合模型,以長流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)1噸鋼材為例構(gòu)建模型,以上級電網(wǎng)購電成本、園區(qū)碳排放成本以及生產(chǎn)原料成本之和最小為目標(biāo)函數(shù),求解鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流-能流-碳排放流聯(lián)合調(diào)控的最優(yōu)運(yùn)行模式。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以企業(yè)鋼材日交付量、周交付量、月交付量、季度交付量、年交付量為任務(wù)量,進(jìn)行鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流-能流-碳排放流的聯(lián)合調(diào)控,提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與能效利用率,實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行,方便后續(xù)研究電-碳-綠證市場的建設(shè)與交互。
編輯：冶金材料設(shè)備網(wǎng)
發(fā)布時(shí)間：2024-09-10
