一种确定钢铁企业副产煤气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副产煤气系 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] 副产煤气是钢铁企业最重要的能源介质之一。对钢铁企业副产煤气系统实施优化 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，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，对于钢铁企业副产煤气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，如各种煤气产耗、储存、缓冲、输配和转换等单元设备需满 足工艺约束，每种煤气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副产煤气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，严重影响煤气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副产煤气系统优化调度可行解 的方法，以解决现有技术确定钢铁企业副产煤气系统优化调度可行解过程复杂的问题。
[0006] 本发明实施例是这样实现的，一种确定钢铁企业副产煤气系统优化调度可行解的 方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，用煤气介质管网信息集、煤气公辅设备信息集和热 力设备信息集描述钢铁企业的煤气系统网络拓扑结构；
[0007] 所述煤气介质管网信息集中包括不同品种的煤气介质、不同压力等级的同一品种 煤气介质和按混合前煤气介质的不同区分的一种或多种混合煤气介质；
[0008] 步骤2,根据煤气公辅设备和热力设备的能耗情况确立其输入/输出变量集，结合 工艺模型和约束条件，建立与所述煤气公辅设备和所述热力设备对应的单元数学模型；
[0009] 步骤3,判断所述煤气介质管网信息集中存在所述混合煤气介质时，根据煤气供需 预测结果，确定煤气混合站设备子集中各个煤气混合站设备的入口煤气流量变量；
[0010] 步骤4,判断所述煤气介质管网信息集中区分转炉煤气和加压转炉煤气时，初始化 所述转炉煤气的相关变量，包括：转炉煤气的发生量和转炉煤气柜的吞吐变量；初始化加 压转炉煤气的相关变量，包括：加压转炉煤气的需求量、加压转炉煤气的发生量、转炉煤气 加压站子集中各个设备的加压前煤气流量和加压后煤气流量、煤气混合站的加压转炉煤气 消耗量及加压转炉煤气的富余量、热力设备集中的全烧煤气锅炉子集和燃煤掺烧煤气锅炉 子集中各个设备的加压转炉煤气消耗量；
[0011] 步骤5,判断当前煤气介质为高炉煤气或焦炉煤气，以及不区分是否加压的转炉煤 气时，初始化所述当前煤气介质的相关变量，包括：所述当前煤气介质的发生量和需求量、 所述当前煤气介质管网上煤气柜的吞吐变量；进一步判断所述煤气介质管网信息集中存在 所述当前煤气介质的加压煤气介质时，将生成所述当前煤气介质的加压煤气的加压站设备 按照出口压力等级的不同归类后随机分配加压前煤气流量和加压后煤气流量；否则，计算 所述当前煤气介质的富余量并将所述富余量分配给所述热力设备集中的全烧煤气锅炉子 集和燃煤掺烧煤气锅炉子集中各个设备的所述当前煤气介质消耗量；判断已经遍历所有的 副产煤气介质时，执行步骤6 ;
[0012] 步骤6,输出钢铁企业副产煤气系统优化调度可行解，结束。
[0013] 本发明提供的一种确定钢铁企业副产煤气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中建立的所述煤气介质管网信息集〇、所述煤气公辅设备信息集 ?和所述热力设备信息集D为：
[0014] O= {BFG,COG,LDG,MpBFG,LpCOG,MpCOG,HpCOG,pLDG,MGAS,L}；
[0015] 0 = {HLD,PRE,MIX,EMI,L}；
[0016] Q={GBO,CBO,L}；
[0017] 其中，BFG、COG、LDG分别为高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气介质，MpBFG为中压高 炉煤气，LpC0G、MpC0G、HpC0G分别为低压、中压和高压焦炉煤气介质，pLDG为加压转炉煤气 介质，MGAS为混合煤气介质；HLD、PRE、MIX、EMI、GBO、CB0分别为煤气柜、煤气加压站、煤气 混合站、煤气放散塔、全烧煤气锅炉和燃煤掺烧煤气锅炉设备子集。
[0018] 本发明提供的一种确定钢铁企业副产煤气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2中建立的所述单元数学模型中的信息包括：所述煤气公辅设备的 煤气消耗量<1「和产生量，所述热力设备的煤气消耗量<=，其中：i为煤气介质管网 的序号，j、m分别为煤气公辅设备和热力设备的序号，t为调度周期序号。
[0019] 本发明提供的一种确定钢铁企业副产煤气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中判断所述煤气介质管网信息集〇中不存在混合煤气介质MGAS 时，执行步骤4 ;
[0020] 所述步骤3包括：
[0021] 步骤301，根据煤气供需预测结果，得到所述混合煤气MGAS在第t个调度周期内的 需求量;
[0022] 步骤302,所述煤气混合站设备子集MIX中包含的设备数量为Nmix，对于前（Nmix_1) 个设备的出口煤气流量满足：
[0023]
[0024] 对于最后一个设备的出口煤气流量〇满足：
[0025]
[0026] 其中，rand(0, 1)为取值区间[0, 1]内的随机数，Min(，）表示返回两个实数中较小 的一个，Max(，）表示返回两个实数中较大的一个了、分别为所述煤气混合站混合 能力的上、下限；
[0027] 步骤303,初始化已确定出口煤气流量的所述煤气混合站的入口煤气流量 考虑由两种入口煤气介质混合的情况，对于第1种入口煤气，其流量C满足：
[0028]
[0029] 而对于第2种入口煤气，其流量满足：
[0030]
[0031] 其中，吨一^_分别为第1种入口煤气介质流量的上、下限。
[0032] 本发明提供的一种确定钢铁企业副产煤气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中判断所述煤气介质管网信息集中不区分所述转炉煤气和所述加 压转炉煤气时，执行所述步骤5 ;
[0033]所述步骤4中，步骤401，初始化所述转炉煤气LDG的相关变量，包括：
[0034] 步骤40101，根据煤气供需预测结果，得到所述转炉煤气LDG在第t个调度周期内 的发生量
[0035] 步骤40102,随机生成转炉煤气柜的吞吐变量.:
[0036]
[0037] 其中，rand(-l，1)为取值区间[-1，1]内的随机数；
[0038] 步骤40103,判断所述生成的转炉煤气柜的吞吐变量C是否满足：
[0039]
[0040] 是，执行步骤402,否，执行所述步骤40102 ;
[0041 ] 步骤402,初始化所述加压转炉煤气pLDG的相关变量，包括：
[0042] 步骤40201，根据煤气供需预测结果，得到所述加压转炉煤气在调度周期t内的需 求量
[0043] 步骤40202,计算第t个调度周期内所述加压转炉煤气pLDG发生量为：
[0044]
[0045] 步骤40203,将得到的所述加压转炉煤气发生量分配给转炉煤气加压站子集 中所有设备的加压前煤气流量为：
[0046]
[0047] 步骤40204,计算所述转炉煤气加压站子集中所有设备的加压后煤气流量为：
[0048]
Zsume ，计算所 i-pLDLr,j^.\MIX \ 述加压转炉煤气的富余量5^^为：
[0050]
[0051] 本发明提供的一种确定钢铁企业副产煤气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5包括：
[0052] 步骤501，根据煤气供需预测结果，得到所述当前煤气介质GASi在调度周期t内的 发生量GfW和需求量Df# ;
[0053]步骤502,初始化所述当前煤气介质管网上煤