钢铁企业煤气系统预测及优化调度研究

【摘要】：钢铁企业煤气系统与主生产系统紧密耦合,当生产工况发生变化时,煤气的发生量、消耗量也会随之变化,规律性弱,依靠人工经验无法对其发生量、消耗量进行准确的预测,从而直接导致调度的滞后,考虑到大部分工况都是事后调度,而这在一定程度上会造成能源的严重浪费,尤其当有些工况出现时若发生事后调度时间过长,更会给煤气系统稳定高效运行带来压力。为解决上述问题,论文从煤气的半生命周期出发,系统全面地识别和评估影响煤气利用的各类因素,采用逐层递进优化的建模思路,建立了煤气系统分类预测模型,在预测模型的基础上从煤气系统全局出发,以固定用户、可变用户消耗燃料量最小为目标,考虑缓冲用户消耗煤气特性,采用规则调度与概率调度,建立优化调度模型；并基于模型研究了应用企业的煤气利用问题。具体研究内容如下： (1)在准确识别钢铁企业煤气发生、消耗影响因素的基础上,针对机理模型预测精度不高的实际情况,建立了SVC-HP-ENN-LSSVM-MC分类预测模型。整个建模过程采用预测前模型识别,预测中针对数据性质分解数据进行预测,预测后进行修正的方式。基于钢铁企业煤气发生、消耗频繁波动特性,首先利用SVC对煤气量进行工况分类,对不同工况建立不同模型进行预测。为描述不同工况煤气发生、消耗特性本文提出利用HP滤波把原始数据序列分为趋势序列和波动序列,融合Elman神经网络和最小二乘支持向量机优势分别对趋势序列和波动序列建立预测模型进行预测。并对预测后的残差序列,引入马尔科夫链状态转移矩阵进行修正。利用钢铁企业实际数据对所建模型进行Wilcoxon符号秩检验表明：在离线建立分类模型的基础上,建立不同工况的预测模型,能够反映所有工况,不仅减少了在线训练时间,而且可有效提高预测精度,尤其是当工况改变时,效果更佳。 (2)依据钢铁企业煤气用户产消特性及煤气产生、消耗的预测结果,构建煤气系统优化调度模型。综合考虑煤气用户的热值要求、煤气混合熵增引起的能量损失及缓冲用户的缓冲能力等,以燃料消耗量最小为目标,遵循按质用能,达到能源梯级利用的目的,使能源结构趋于最优化,在此基础上建立优化调度模型。同时为减少计算过程的复杂程度,在调度过程中主要考虑固定用户、可变用户和缓冲用户,对于转换用户不纳入计算。本文所建立的煤气系统优化调度模型改变了以往单纯考虑固定用户、可变用户,而不考虑缓冲用户特性的缺陷。 (3)为使煤气系统全局能源利用效率最高,本文提出两种建模方法对缓冲用户消耗煤气量进行调整。方法一：根据自备电厂锅炉工作特性,建立燃料消耗与锅炉负荷间的关系模型,从而得到锅炉运行经济区域,并在此基础上,建立缓冲用户煤气优化调度规则,保证煤气柜在安全范围内运行,并使锅炉在经济区域或靠近经济区域运行;方法二：在缓冲用户经济效益目标函数中采用变权惩罚函数处理能源成本和运行风险间的关系,提出了协调缓冲用户煤气调度的经济性和运行风险间关系的概率模型。通过建立锅炉变权惩罚函数、煤气柜柜位变权惩罚函数,能科学合理地描述调度情况,有效避免常规多目标优化时人为定权重与实际煤气波动情况相距甚远,导致对惩罚估计偏差较大,影响正确决策。 本论文建立了钢铁企业煤气系统预测和优化调度模型。所建预测模型与其它模型相比具有较高的预测精度,并且具有适应工况时变的能力,煤气量预测平均相对误差都小于或等于2.3%,并通过了Wilcoxon符号秩检验,满足工业生产需要。针对典型工况得到的调度方案合理、实用,调度结果表明：运用所建预测调度模型,应用于钢铁企业正常生产工况将节约煤气折标煤16.63kgce/t钢,按此计算一年将节约197956.29toe,节能潜力巨大。 【关键词】：钢铁企业煤气系统 发生量预测 消耗量预测 优化调度 SVC-HP-ENN-LSSVM-MC模型
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TF083
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 研究背景及研究意义14-18
• 1.1.1 钢铁企业煤气回收与利用途径14-15
• 1.1.2 我国大型钢铁企业煤气利用现状15-17
• 1.1.3 煤气回收利用存在的问题17-18
• 1.1.4 煤气系统研究意义18
• 1.2 研究进展18-23
• 1.2.1 煤气发生量、消耗量预测研究18-21
• 1.2.2 煤气优化调度研究21-23
• 1.3 研究目的、思路和方法23-25
• 1.3.1 研究目的和思路23-24
• 1.3.2 研究方法24-25
• 1.4 研究内容25-26
• 1.5 论文创新点26-28
• 第二章 钢铁企业煤气系统28-40
• 2.1 煤气产生28-34
• 2.1.1 高炉煤气的产生28-30
• 2.1.2 焦炉煤气的产生30-33
• 2.1.3 转炉煤气的产生33-34
• 2.2 煤气传输34-37
• 2.2.1 煤气管道及其分类34-35
• 2.2.2 煤气管网及其分类35-37
• 2.3 煤气缓冲37-38
• 2.4 煤气使用38-39
• 2.5 煤气放散39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 钢铁企业煤气系统预测建模40-62
• 3.1 数据处理及检验40-44
• 3.1.1 HP滤波40-41
• 3.1.2 符号秩检验41-43
• 3.1.3 相空间重构43-44
• 3.2 HP-ENN-LSSVM模型44-47
• 3.2.1 HP-ENN-LSSVM模型建立思想44-45
• 3.2.2 HP-ENN-LSSVM模型45-47
• 3.3 SVC-HP-ENN-LSSVM模型47-50
• 3.3.1 SVC-HP-ENN-LSSVM模型建立思想47-48
• 3.3.2 SVC-HP-ENN-LSSVM模型48-50
• 3.4 SVC-HP-ENN-LSSVM-MC模型50-53
• 3.4.1 SVC-HP-ENN-LSSVM-MC模型建立思想50
• 3.4.2 SVC-HP-ENN-LSSVM-MC模型50-53
• 3.5 模型检验及应用53-61
• 3.6 本章小结61-62
• 第四章 钢铁企业煤气系统优化调度建模62-74
• 4.1 模型构建思想62-63
• 4.2 钢铁企业煤气优化调度模型63-72
• 4.2.1 模型假设63-64
• 4.2.2 目标函数64-68
• 4.2.3 约束条件68-70
• 4.2.4 模型求解70-72
• 4.3 本章小结72-74
• 第五章 钢铁企业煤气系统预测模型应用74-126
• 5.1 基本概况74-76
• 5.1.1 能耗状况75
• 5.1.2 存在的主要问题75-76
• 5.2 预测模型应用76-125
• 5.2.1 发生量预测77-91
• 5.2.2 消耗量预测91-125
• 5.3 本章小结125-126
• 第六章 钢铁企业煤气系统优化调度模型应用126-136
• 6.1 优化调度模型应用126-135
• 6.2 本章小结135-136
• 第七章 结论与展望136-140
• 7.1 本文主要结论136-137
• 7.2 展望137-140
• 参考文献140-154
• 致谢154-156
• 附录156

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