优化模型法在钢铁企业煤气系统优化调度中的应用

摘要

随着我国经济快速增长,能源与环境问题已成为制约我国进一步快速、和谐发展的根本性问题。作为我国支柱产业之一的钢铁工业,其能耗量约占全国总能耗的15％。抓好能源管理工作,是缓解钢铁行业能源问题的重点。煤气系统是钢铁企业能源系统的主要组成部分,钢铁生产过程中产生的大量副产煤气,占总能耗的30％左右,是企业中重要的二次能源。为了节能降耗、减少污染,煤气系统优化调度日趋重要。在各种研究方法中,优化模型法因其数学基础坚实、模型物理意义明确、易于用软件计算分析等优点,得到了较为广泛的应用。
　　 本文针对优化模型法在钢铁企业煤气系统优化调度中的应用,在总结该领域已有成果的基础上,指出目前研究中的两个问题:一是建模方法讨论不够充分,二是煤气系统优化调度软件产品不够成熟。
　　 对此,本文归纳总结煤气优化调度规律,提出了一种有效的建模方法。说明如何根据企业实际结构,以单元联系图为中介从煤气系统能流图抽取出模型优化变量。然后,综合考虑具体问题的优化需求(Requiremenc)、优化约束(Constraint)和时间跨度(Period),建立数学规划模型,并通过实验验证反复改进,最终确立模型形式。该建模过程简称为RCP分析法。比较分析各种优化模型求解方法,总结了主流的线性规划求解算法和求解软件。在Matlab环境下对本文所用建模方法进行数据实验,取得的结果符合煤气系统运行规律。说明了建模方法的有效性。
　　 能源中心建设是当前钢铁企业发展的重要趋势。能源管理系统软件是能源中心的重要组成部分,其中能源调度是一个重要功能。开发了产品化的煤气系统优化调度模块,作为能源管理系统中能源调度功能的一个部分。参考实际企业工况进行试运行,取得了较好的效果,为提高本领域研究成果实用性做出了有益尝试。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 钢铁企业能源系统研究综述

1.3 钢铁企业煤气系统简述

1.4 煤气系统优化调度研究综述

1.5 煤气系统优化调度与钢铁企业能源中心的结合

1.6 本文内容和结构

第二章 煤气系统优化调度建模方法

2.1 依据能流图绘制单元联系图

2.2 煤气系统单元联系图及优化变量抽取

2.3 RCP分析法建模过程

2.3.1 需求分析

2.3.2 约束分析

2.3.3 时段分析

2.3.4 数学描述

2.3.5 建模流程

2.4 应用RCP分析法优化建模实例

第三章 优化模型求解与数据实验

3.1 优化模型求解数学基础

3.1.1 单纯形法

3.1.2 两阶段法

3.1.3 原始-对偶内点法

3.2 Matlab优化工具箱介绍

3.3 Matlab环境下优化调度实验模型

3.4 实验结果及分析

第四章 煤气优化调度软件模块的开发

4.1 能源管理信息系统AriEMS简介

4.2 AriEMS中的煤气优化调度模块设计

4.2.1 模型文件

4.2.2 数据库设计

4.2.3 应用微软企业程序库进行数据库连接

4.2.4 NAG线性规划求解函数

4.2.5 人机界面设计

第五章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 应用展望

参考文献

附录一 攻读学位期间发表论文列表

致谢