【摘要】：鋼鐵工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)之一,一方面帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,另一方面也使得能源消費(fèi)總量越來(lái)越大。在鋼鐵工業(yè)中,燒結(jié)工序的能耗僅次于煉鐵工序。從實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用的高效性和經(jīng)濟(jì)性角度分析,燒結(jié)余熱發(fā)電是燒結(jié)余熱回收利用的最有效途徑。針對(duì)燒結(jié)發(fā)電系統(tǒng)開展優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,將中低溫余熱最大限度地加以回收與發(fā)電,既能實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗目標(biāo),又能為鋼鐵企業(yè)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本,具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)煉鋼燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題,由于在系統(tǒng)布置及熱力參數(shù)上存在多樣化的選擇,同時(shí)設(shè)計(jì)工作還受到煙氣熱能品質(zhì)、煙氣露點(diǎn)溫度、換熱器受熱面鋼耗等多種工程技術(shù)條件的制約,使得工程設(shè)計(jì)單位面臨著如何使能量分配達(dá)到最優(yōu),以及如何實(shí)現(xiàn)余熱資源回收利益最大化的復(fù)雜決策平衡。從一般層面上看,能源動(dòng)力系統(tǒng)通常由多個(gè)過程子系統(tǒng)組合而成,每個(gè)過程子系統(tǒng)又進(jìn)一步由多個(gè)具體的部件相互連接構(gòu)成,它的數(shù)學(xué)模型是由多個(gè)表示系統(tǒng)能源動(dòng)力轉(zhuǎn)化過程的線性和非線性的方程組構(gòu)成。本文將化工過程系統(tǒng)建模與優(yōu)化中的超結(jié)構(gòu)MINLP方法運(yùn)用于能源動(dòng)力系統(tǒng),分別針對(duì)各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立超結(jié)構(gòu)模型,實(shí)現(xiàn)針對(duì)能源動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的通用數(shù)學(xué)描述,進(jìn)而基于能量梯級(jí)利用原理和遺傳算法開展針對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,主要研究?jī)?nèi)容如下：首先,基于能量利用理論對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)開展認(rèn)知研究。遵循能量梯級(jí)利用原則,結(jié)合夾點(diǎn)技術(shù),對(duì)燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行全局能量?jī)?yōu)化討論,針對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)流程,闡述如何進(jìn)行能量物料平衡計(jì)算、物流選擇、數(shù)據(jù)提取,通過對(duì)比系統(tǒng)在不同工況下的能量回收情況,從熱能全局優(yōu)化的角度出發(fā),結(jié)合全局能量分布曲線和全局溫焓曲線結(jié)合的方法,對(duì)系統(tǒng)全局能量?jī)?yōu)化理論開展圖形化、可視化的分析研究。通過可視化圖形分析,直觀的反映出制約系統(tǒng)余熱回收利用的瓶頸位置,更具針對(duì)性的提出優(yōu)化改進(jìn)措施。之后,在圖形化認(rèn)知分析的基礎(chǔ)上,基于化工過程系統(tǒng)研究中的超結(jié)構(gòu)MINLP方法,提出了一種采用超結(jié)構(gòu)MINLP方法對(duì)能源動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)學(xué)建模的方法,并具體建立了針對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的超結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型,解決了燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,各子系統(tǒng)之間及子系統(tǒng)內(nèi)部部件之間的操作參數(shù)相互影響和制約的建模難題。而后,基于超結(jié)構(gòu)MINLP數(shù)學(xué)模型,采用遺傳算法對(duì)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)開展優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。通過對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行編碼、建立約束條件、計(jì)算適應(yīng)度并進(jìn)行遺傳優(yōu)化迭代計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)窄點(diǎn)溫差等約束前提下的燒結(jié)機(jī)、環(huán)冷機(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)及參數(shù)面向最大余熱回收效率目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后,結(jié)合熱力學(xué)分析方法中的(?)分析法,通過對(duì)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的(?)損失、(?)經(jīng)濟(jì)性和(?)損環(huán)境效益進(jìn)行討論分析,為鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)的全面科學(xué)評(píng)估提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM617;TP18
【圖文】：

排出的煙氣溫度為３５０°Ｃ左右。兩種余熱資源在３００￣４５（ＴＣ溫度之間的廢熱煙氣熱量占總余逡逑熱資源量的３０？４0％，而在３０（ＴＣＷ下的化溫廢熱煙氣熱量占到總余熱資源量６０％ＬN(yùn)B上，溫逡逑度分布圖如圖１．３所示［徐斯２０１１］。逡逑Ａ邋５００－邐燒結(jié)機(jī)邐冷卻機(jī)邐－５００逡逑呈邋４００－邐／Ａ邋＼、邐－４００邋馬逡逑０邋Ｉ邋ｔｅｌ．儕貨離．ｍｖ，．乾Ｉ邋１邐１：店邋２ｓ．．ｒ寒擊耗．\觶輳椋紓緇荽卞危

本文編號(hào)：2744238