發(fā)布時(shí)間：2020-07-31 09:51

【摘要】：提高能源利用率、降低能源成本是鋼鐵企業(yè)能源管理的工作重心。副產(chǎn)煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源,鋼鐵生產(chǎn)所用煤炭的能值有33%轉(zhuǎn)換為副產(chǎn)煤氣,因此,充分利用副產(chǎn)煤氣對(duì)鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗意義重大。在此背景下,本文以鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)其優(yōu)化調(diào)度建模進(jìn)行了深入研究,并將所建模型應(yīng)用于我國(guó)三個(gè)典型鋼鐵企業(yè),達(dá)到了提高煤氣系統(tǒng)穩(wěn)定性、減少能源成本的目的。主要研究成果如下:(1)對(duì)鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)的分析表明:三種副產(chǎn)煤氣的產(chǎn)生量不僅與原料的條件有關(guān),還與熱工操作和工藝過(guò)程有關(guān);煤氣的使用主要受生產(chǎn)工藝、熱工要求、設(shè)備水平等影響。對(duì)富余煤氣發(fā)電的研究表明:不考慮峰谷電價(jià)時(shí),維持煤氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性最為重要;考慮峰谷電價(jià)時(shí),需要兼顧煤氣柜運(yùn)行穩(wěn)定性與發(fā)電收益,對(duì)煤氣柜的操作要求更高。(2)懲罰因子是調(diào)度模型的一組核心變量,用于實(shí)現(xiàn)子目標(biāo)函數(shù)之間的轉(zhuǎn)化,其值對(duì)模型的計(jì)算結(jié)果影響很大。通過(guò)研究懲罰因子對(duì)煤氣系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響可知,當(dāng)煤氣柜懲罰因子x增加或鍋爐懲罰因子y降低時(shí),煤氣柜的穩(wěn)定性提高,而鍋爐的穩(wěn)定性降低。采用帕雷托最優(yōu)原理可得到最佳的懲罰因子組合,基于H鋼廠的實(shí)例分析表明,最佳懲罰因子組合為一塊封閉狹長(zhǎng)區(qū)域,該區(qū)域自(x,y)=(0.231,621.9)起,至(x,y)=(0.274,797.4)止,該區(qū)域重心(X,y)=(0.254,717.8)被選為最優(yōu)的懲罰因子組合。采用最佳懲罰因子后的優(yōu)化結(jié)果表明:H鋼廠的副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性得到明顯提升,煤氣柜的波動(dòng)處罰降低了 21.8%,鍋爐的波動(dòng)處罰降低了 66.2%。敏感性分析結(jié)果表明,優(yōu)化結(jié)果對(duì)水價(jià)變化不敏感,對(duì)電價(jià)變化較敏感。若電價(jià)逐漸提高至現(xiàn)價(jià)的200%,煤氣柜柜位(儲(chǔ)氣量)將逐漸降低,釋放出更多的煤氣用于發(fā)電,促使優(yōu)化后的總發(fā)電量提高近20%。(3)在上述基礎(chǔ)上,討論了峰谷電價(jià)制度對(duì)懲罰因子的取值的影響,基于X鋼廠的實(shí)例分析表明,最佳煤氣柜懲罰因子x的值為0.002,對(duì)應(yīng)煤氣柜整體偏移量SSDV=20736m3,購(gòu)電成本EPC=290607元。采用最佳懲罰因子后的優(yōu)化結(jié)果表明:5座鍋爐的整體運(yùn)行效率達(dá)83.03%,較人工調(diào)度下的運(yùn)行效率提高了 3.3%。優(yōu)化后的購(gòu)電成本下降了 29.7%,煤氣柜波動(dòng)處罰降低了 62.0%。敏感性分析討論了峰谷價(jià)差,即峰段電價(jià)與谷段電價(jià)的比值對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響,當(dāng)峰谷價(jià)差逐漸增大至現(xiàn)狀的200%,峰段電價(jià)區(qū)間發(fā)電比例(占總發(fā)電量的比例)由40.27%增加到42.8%,相反的,平段及谷段電價(jià)區(qū)間發(fā)電比例分別由33.45%降低到31.15%及26.28%降低到26.05%。提高峰谷價(jià)差有利于發(fā)電量在峰段電價(jià)區(qū)間與谷段電價(jià)區(qū)間之間的轉(zhuǎn)移,從而有助于減少購(gòu)電成本。與此同時(shí),煤氣柜整體偏移量SSDV由20736 m3下降為28433 m3,煤氣柜運(yùn)行穩(wěn)定性降低。(4)峰谷電價(jià)下副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度必須考慮鍋爐及CCPP的運(yùn)行負(fù)荷對(duì)其熱效率的影響。基于X鋼自備電廠2013年至2015年的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明,當(dāng)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷由100%降低至30%時(shí),鍋爐熱效率可下降10%至40%。此外,對(duì)于同時(shí)擁有鍋爐與CCPP的自備電廠,在副產(chǎn)煤氣分配時(shí)會(huì)遵從優(yōu)先供應(yīng)CCPP的原則,剩余煤氣會(huì)優(yōu)先供應(yīng)至高效率鍋爐,調(diào)度模型總是傾向于提高自備電廠的整體熱效率�；赬鋼與Q鋼的自備電廠調(diào)峰潛力分析表明,所構(gòu)建模型可降低不同規(guī)模鋼鐵企業(yè)購(gòu)電成本20%～30%,具有較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益,年節(jié)省電費(fèi)數(shù)千萬(wàn)至數(shù)億元。本研究將為副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)高效智慧的能源管理提供理論基礎(chǔ)及技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TF089
【圖文】：

我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（ＧＤＰ）迅速提高，２０１５年逡逑我國(guó)ＧＤＰ達(dá)到了邋６８．９萬(wàn)億元（約合１１．０６萬(wàn)億美元），己穩(wěn)居世界第二大經(jīng)逡逑濟(jì)體⑴。與此同時(shí)，我國(guó)能源進(jìn)口量及消費(fèi)量迅速增長(zhǎng)，圖１－１［３］所示為１９７８逡逑至２０１４年全國(guó)一次能源消費(fèi)總量，該值由改革開(kāi)放初期的約６億噸標(biāo)煤，迅逡逑速增長(zhǎng)至２０１４年的３４．８億噸標(biāo)煤，特別是２０００年以來(lái)，消耗量增長(zhǎng)尤其顯逡逑著。圖１－２Ｗ所示為我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家及世界平均百萬(wàn)美元ＧＤＰ能耗的對(duì)比，逡逑可見(jiàn)，我國(guó)百萬(wàn)美元ＧＤＰ能耗較發(fā)達(dá)國(guó)家要高出許多。與美國(guó)相比，我國(guó)要逡逑高出２．４倍；與德國(guó)、日本相比，差距更加明顯。由此可見(jiàn)，能源消耗量巨逡逑大、能源利用效率較低是限制我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，節(jié)能降耗是我國(guó)國(guó)逡逑民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必由之路。逡逑＇—煤炭消費(fèi)總量逡逑３０００００邋＂—石油消費(fèi)總f堝義稀觥烊黃炎芰垮喂沐義希玨澹玻擔(dān)埃埃埃埃凰紜⒑說(shuō)紜⒎緄縵炎芰垮危叔義希殄濉鰣問(wèn)義賢隋澹玻埃埃埃埃板澹

本文編號(hào)：2776313