基于混合Petri网的钢铁企业能量流网络模型研究

针对当前钢铁联合企业节能任务艰巨及降耗途径亟需突破的情况,为实现钢铁企业能量流网络系统的高效运行,在分析钢铁企业运行中各种能量流网络系统特性的基础上,结合各系统连续和离散运行要求,利用混合Petri网建模元素和建模方法,构建了钢铁企业能量流网络系统混合Petri网模型,通过该模型可以实现对钢铁企业能量流网络系统的动态变化规律和行为机理的分析研究。基于某钢铁企业能量流网络系统历史数据,证明了该建模方法及所建模型的正确有效性,为企业能源系统的优化及进一步深入研究生产过程中物质流和能量流的耦合机制提供指导。     

钢铁制造流程物质流与能量流协同优化研究进展

 钢铁企业具有流程长、能耗高、排放量大等特点,钢铁制造流程物质流与能量流的协同优化是实现高层次系统节能的关键。为此,对钢铁制造流程物质流和能量流优化的研究进展与应用进行了综述,在此基础上阐述了钢铁制造流程物质流与能量流协同优化的主要研究方向,即物质流与能量流的相互影响和协同规律研究、考虑能源约束的生产计划编制和物流与能流耦合调度。提出了解决协同优化模型构建和求解的关键在于科学的物质流与能量流协同表征方法、生产计划与能源计划时间粒度的统一和智能算法的优化。     

钢铁企业轧制计划与能源调度协同优化

钢铁企业物质流网络与能量流网络的协同优化是实现钢铁行业高层次系统节能的关键。钢铁企业在不同工况下煤气的富余量以及蒸汽和电力需求量不同,轧制工序(含加热炉)作为电力和煤气消耗大户,轧制计划的改变会影响能量流网络中能源介质的分配和调度。提出了钢铁流程物质流与能量流协同优化方法,在分时电价的条件下,利用启发式规则调度方法对一天内的轧制单元进行合理的排程,然后用线性规划方法以系统运行能源成本最小为目标函数,建立钢铁企业煤气 蒸汽 电力系统不同工况下的耦合优化调度模型。通过LINGO求解出模型的最优解,得到了轧制单元的最优排程以及不同工况下煤气、蒸汽、电力的最优实时生产调度方案,用于指导实际生产。利用S钢厂实际数据进行实例分析,得出的调度方案可实现煤气 蒸汽 电力系统的最优化分配,系统运行的能源成本降低8.54%,验证了模型的有效性。     

钢铁智能制造背景下物质流和能量流协同方法

钢铁企业面临库存增加、产能过剩、盈利艰难等问题,迫切需要通过绿色化和智能化的发展来应对当前的严峻形势.基于钢铁企业制造流程特点,通过分析企业以铁素流为核心的物质流和相应能量流网络特征,针对企业现有信息化系统在物质流和能量流协同方面存在的问题,提出钢铁制造过程的物质流和能量流的协同方法,明确物质流和能量流的耦合应从钢铁制造的单元工位设备与整体流程网络两个层面进行规划、设计和实施,并且指出可从完善信息监控、进行计划协同和调度协同三个方面来实现协同优化.构想基于现有信息系统架构,通过增加相应企业资源计划系统、制造执行系统、能源管理系统等信息系统的功能,以及建立物质流和能量流协同优化信息子系统的方式,以钢铁制造过程的物质流和能量流相关信息的数字化及模型化为支撑,实现制造流程的物质流和能量流协同优化,达成生产优化、资源优化和能源优化的效果.      

钢铁企业能源系统网络模型仿真及组态的研究与实现

以钢铁企业为研究对象,以各工序及设备间的物质流、能量流及其产消转换关系为基础,把整个钢铁企业划分为五个子系统：生产系统、能源转换系统、回收系统、库存系统、连接系统,分别建立了能源产消单元模型,接着建立了整个企业的能源系统网络模型,并定义了其形式化模型,然后设计开发了用于钢铁企业能源仿真的工厂组态软件。针对某钢铁企业能源系统的现状,利用所开发的组态软件,设计出能源系统的组态模型,通过仿真计算,对仿真模型和组态软件进行了验证,仿真数据与实际数据误差较小,能够反映企业能源产消现状。     

钢铁制造流程的物质流和能量流协同优化

智能制造和绿色制造已成为制造业的发展趋势,钢铁企业具有资源和能源消耗大、排放高等特点而面临着严峻挑战。为此,运用冶金流程工程和系统工程的原理,对钢铁企业物质流和能量流的协同优化问题进行分析。通过对钢铁企业信息系统 ERP、MES 和 EMS 的分析,从信息流角度阐述了改善钢铁制造流程物质流和能量流的系统协调方法,探讨了基于信息流的物质流和能量流的协同优化机制及可能途径,为从设备单元的过程控制与流程整体生产以及能源管理的不同层面进行物质流和能量流的协同优化提供了思路。     

钢铁企业能量流网络研究现状与发展趋势

钢铁企业能量流网络具有复杂性、层次性、系统性和动态性。能量流网络研究主要面向能源设备、能源介质和能源系统三个对象,针对提高单元设备能效、能量流网络优化构建、能量流网络动态调控三大难题,研发高能效能源网络系统优化设计和能源网络系统高能效优化运行两类关键技术,实现优化能源系统设计和提高系统运行能效两大目标。能量流网络的研究方法主要包括理论分析、数学建模、仿真模拟等。目前,能效诊断评估优化、能量流网络集成优化和能量流网络多介质协同优化已成为能量流网络研究的新热点。钢铁企业能量流网络的发展趋势包括能源利用更加合理、网络构建集成优化、动态调控实时精准、工程应用全面推广。     

基于能源网络节点输入输出模型的能量流动态仿真

建立能量流网络节点输入输出动态模型是从系统和全局角度了解节能降耗环节及进行多介质协调优化的关键。从能量流网络结构出发,以冶金流程工程学为理论基础,研究了能量流网络中主工序生产单元节点的消耗回收模型、能源单元节点的生产消耗模型。以某钢铁企业实际数据为基础,进行了能量流网络节点输入输出动态仿真,仿真结果表明所建立的能量流网络节点模型误差较小,可有效模拟实际钢铁企业能源调配。所做研究对企业进行计划排产,不同工况下的调度分配具有指导意义。     

钢铁企业系统节能减排过程集成研究进展

论述了过程集成方法在过程工业领域的应用及研究进展。指出钢铁工业是典型的过程工业系统,根据其能源消耗、污染物排放的特点,以生产工序、生产流程和联合企业为研究对象,依据能量流、物质流和污染流输入输出关系构建了钢铁生产过程集成模型,并分析了影响钢铁工业节能减排的因素。结果表明通过过程集成可以实现钢铁工业系统节能减排,同时优化钢铁生产流程的物质流和能量流结构,进一步分析提高能源效率,降低CO2等污染物排放的潜力、途径和技术措施。     

钢铁企业能源系统流程网络建模方法研究

根据钢铁企业能源系统调控和优化调度的需求,结合能源管控系统优化调度的特点,以冶金流程工程学为理论依据,提出了一种基于流程网络的通用建模方法,满足各种能源介质在平衡、预测、优化分析方面的要求。在该方法中,流程网络模型由发生结点、终止结点、汇集结点、中间结点和连结器构成,通过拓扑分析自动确定流程网络模型中能量流的流动方向;通过引入模型映射技术建立能源设备与结点模型的对应关系,实现图模库一体化建模,解决了复杂优化模型的人机交互问题,有助于多种能源系统综合优化技术的实际应用,促进能源互联下的多能系统管控技术的发展。     

炼铁系统能耗和成本的集成优化及分析

炼铁系统是钢铁生产流程中至关重要的一环.基于物质与能量守恒规律和反应动力学,结合系统节能的理论和混合整数线性规划方法,建立了炼铁系统(烧结、球团、高炉工序)能耗-生产成本集成优化模型,采用企业实际数据验证了其有效性,并获得了目标下各工序最优配料和操作参数.结果表明,综合考虑能耗和成本进行多目标优化时,铁水能耗和成本分别...     

钢铁典型工序流程节能技术新进展

钢铁工业是典型的流程工业、耗能大户,烧结、焦化和炼铁等铁前三大工序能耗约占全流程钢铁能耗的70%,节能潜力巨大。结合流程工业系统优化与节能技术研发进展,介绍了钢铁典型工序流程节能技术的最新进展情况、新型工艺技术、关键技术问题及预期效果,有望进一步促进钢铁企业技术进步及结构调整。     

钢铁生产的水能关系分析

从钢铁生产过程中水资源使用时的能耗角度研究了钢铁联合企业的水能关系,提出了水能强度的概念来评价企业生产过程中水资源利用的节能水平,建立了钢铁企业的水能关系模型。以中国某大型钢铁联合企业为例,计算并分析了该企业的水能关系。该企业总的水能量为55 709 kW·h/h,重复用水水能量占整个钢铁企业全部水能量的82%,补水水能量占16%,排水水能量占1%;各工序中热轧工序占比最大,其次是炼铁、炼钢工序,冷轧、烧结和炼焦工序较低。该企业的吨钢水能强度为0.208 kW·h/m3,炼铁工序的水能强度最高,热轧、炼钢工序次之,烧结、冷轧和炼焦工序较低。最后,从钢铁生产过程水资源利用的角度得到节能的方向及措施。     

典型钢铁企业全流程的氮素流及其含氮污染物减排潜力分析

针对钢铁生产全流程产生的NO_x造成的环境污染问题,依据NO_x生成机理及元素流分析方法,建立钢铁生产全流程氮素流分析模型。应用该模型,以某典型钢铁企业实际生产数据为样本,分析钢铁联合企业的氮元素流动特征,讨论钢铁生产全流程中排放的含氮污染物及废气NO_x的产生、脱硝及排放情况。研究结果表明,钢铁企业输入的氮素主要来源于高炉鼓风和各工序燃烧所需的空气(99.655%),输出的氮素主要以N₂形式(82.917%)排放至大气,全流程内的氮素主要以煤气和工序产品形式循环;钢铁企业排放的含氮污染物以废气NO_x(97.982%)为主,高炉炼铁工序废气NO_x排放量最高;钢铁企业产生的废气NO_x主要来源于焦炭(56.84%)和煤炭(28.91%),其中24.23%的NO_x经脱硝后转化为N₂排放至大气。对钢铁生产全流程氮素流及含氮污染物的排放、控制及相关政策开展研究,提出合理建议,对中国环境保护和钢铁行业的绿色发展具有重要意义。     

钢铁联合企业发电技术的研究

电力是钢铁联合企业中消耗的重要能源,它在能源消耗结构中占20%。针对钢铁联合企业电力能量流动过程,建立了余热余能电力节点网络模型、分布式发电物理模型和集中式发电物理模型,提出了分布式和集中式相结合的发电模式,应用该模式发电能够实现钢铁企业余热余能就近回收、就近输送、就近使用,而且发电效率高,并通过实例说明其应用能够给企业带来可观的经济效益和社会效益,在企业中具有重要的推广价值。     

钢铁制造流程能源转换功能的开发与利用

针对钢铁制造流程能源结构和能源转换特点,提出钢铁制造流程能量流优化的核心是煤的转换与煤气、余热等二次能源的回收利用问题。在《冶金流程工程学》等理论的指引下,提出钢铁制造流程煤基能量系统是一个复杂的大系统,具有功能涌现性,通过充分开发与利用其能源转换功能,并与其他行业及社会大系统进行耦合,可构建“钢铁、化工、燃气、氢气、电力、供热、供冷多联产系统”,将更有利于提高系统能源效率和价值,更好实现钢铁企业绿色、低碳转型发展。