專利名稱：一種基于計算機的鋼鐵企業(yè)能源仿真平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金的能源仿真技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于計算機的鋼鐵企業(yè)能源 仿真平臺，對鋼鐵企業(yè)能源的使用、副產(chǎn)能源的回收、能源設(shè)備的負荷分配、能源的放散和 外購情況進行仿真，用于模擬各種能源介質(zhì)在鋼鐵企業(yè)各生產(chǎn)工序和能源設(shè)備間的使用回 收、轉(zhuǎn)換、和輸配情況。
背景技術(shù)：
鋼鐵企業(yè)是高耗能行業(yè)，鋼鐵企業(yè)必須提高能源利用效率、節(jié)約資源、加強能源平 衡與優(yōu)化調(diào)度、充分利用二次能源，才能提高市場競爭力，保持可持續(xù)發(fā)展。鋼鐵企業(yè)涉及 的能源介質(zhì)眾多，各種介質(zhì)之間存在轉(zhuǎn)換和制約關(guān)系，能源消耗與生產(chǎn)過程密切相關(guān)。能源 的管理相對粗放，對各種能源介質(zhì)單獨管理，設(shè)計、分析、評估多依據(jù)靜態(tài)的估算，缺乏精準 的、定量的分析方法和工具。而用真實系統(tǒng)的研究不僅費時費錢，并且很難做到，用計算機 仿真技術(shù)則可化繁為簡，大大節(jié)省人力物力。目前，國內(nèi)外研究者在鋼鐵企業(yè)能源仿真方面的工作可分為微觀領(lǐng)域和宏觀領(lǐng) 域。微觀領(lǐng)域能源仿真屬于設(shè)備或更微觀層次的能源仿真，主要側(cè)重用熱力、水利學(xué)知識對 能源介質(zhì)在某個設(shè)備或管網(wǎng)中的壓力、溫度、流量等進行研究，對于鋼鐵企業(yè)節(jié)能來講，雖 然是其基礎(chǔ)，但對于整個企業(yè)的能源情況沒有直接的指導(dǎo)意義。宏觀能源仿真從研究層次 來看，多數(shù)是企業(yè)層次和工序?qū)哟危瑥难芯績?nèi)容來看，包括了物流、工序能耗和能源平衡；在 能源平衡研究中，主要是煤氣和氧氣及電力。其研究方式側(cè)重于能源本身，且各種能源介質(zhì) 獨立，生產(chǎn)過程變化對能源系統(tǒng)的影響，以及能源介質(zhì)間的制約關(guān)系體現(xiàn)得不夠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于計算機的鋼鐵企業(yè)能源仿真平臺，平臺以鋼鐵物 流生產(chǎn)為基礎(chǔ)，用于模擬鋼鐵企業(yè)各種能源介質(zhì)的使用、轉(zhuǎn)換、輸配、存儲和放散的情況，為 鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)的設(shè)計方案和運行策略的選擇提供定量分析手段發(fā)明從鋼鐵企業(yè)鋼鐵制品的生產(chǎn)流程著手，考慮生產(chǎn)設(shè)備的啟停狀態(tài)和異動因 素，模擬生產(chǎn)工序在生產(chǎn)過程中對各種能源介質(zhì)的需求以及副產(chǎn)能源的產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上， 通過對多種能源介質(zhì)進行基準分配和調(diào)配，模擬出鋼鐵企業(yè)各種能源介質(zhì)的使用、回收、轉(zhuǎn) 換和輸配情況，并進一步分析評估各環(huán)節(jié)的效率和流程綜合效率。本發(fā)明包括鋼廠模型庫1、可視化鋼廠組態(tài)工具2、作業(yè)計劃生成器3、鋼鐵生產(chǎn)過 程仿真器4、顯示設(shè)備5、多種能源介質(zhì)調(diào)配6、模擬結(jié)果庫7和模擬平臺上層分析評價系統(tǒng) 8?？梢暬搹S組態(tài)工具2與鋼廠模型庫1相互連通接，可視化鋼廠組態(tài)工具2既可提供界 面進行建模，將模型保存到鋼廠模型庫1中，又可對模型進行顯示；鋼廠生產(chǎn)過程仿真器4 與鋼廠模型庫1、作業(yè)計劃生成器3、顯示設(shè)備5、多種能源介質(zhì)調(diào)配6和模擬結(jié)果庫7相連 接，從鋼廠模型庫1獲得鋼廠模型庫的模型，從作業(yè)計劃生成器3獲得作業(yè)計劃，對鋼鐵生 產(chǎn)過程進行仿真，仿真結(jié)果提供給顯示設(shè)備5進行顯示，提供給多種能源介質(zhì)調(diào)配6供其進一步調(diào)配，同時保存到模擬結(jié)果庫7中；多種能源介質(zhì)調(diào)配6與鋼廠模型庫1、作業(yè)計劃生 成器3、鋼廠生產(chǎn)過程仿真器4和模擬結(jié)果庫7相連接，在鋼廠模型庫1中模型的基礎(chǔ)上獲 得作業(yè)計劃生成器3的作業(yè)計劃，以及鋼廠生產(chǎn)過程仿真器4的仿真結(jié)果，對能源介質(zhì)進行 調(diào)配，將調(diào)配結(jié)果保存到模擬結(jié)果庫7種中；模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)8與模擬結(jié)果庫7 連接，獲得其保存的仿真和調(diào)配結(jié)果，對其進行分析評價。其中，鋼廠模型庫1存放鋼廠各 種設(shè)備、管網(wǎng)的模型參數(shù)；可視化鋼廠組態(tài)工具2提供了對鋼廠設(shè)備進行建模、模型修改的 工具；作業(yè)計劃生成器3在考慮檢修計劃和仿真故障的基礎(chǔ)上，生成指導(dǎo)生產(chǎn)仿真的作業(yè) 計劃；鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器4考慮影響能量消耗的物流、設(shè)備和工藝因素，對鋼鐵制品的生 產(chǎn)過程進行仿真，模擬出主生產(chǎn)工序?qū)Ω鞣N能源介質(zhì)的需求量、回收量；顯示設(shè)備5對主生 產(chǎn)工序仿真過程中的主要信息進行顯示；多種能源介質(zhì)調(diào)配6根據(jù)全流程能源需求和可回 收能源的仿真結(jié)果，分介質(zhì)、按一定的調(diào)配規(guī)則對能源設(shè)備進行調(diào)控，最終確定各種能源介 質(zhì)的輸配和轉(zhuǎn)換方案；模擬結(jié)果庫7保存生產(chǎn)仿真和能源調(diào)配的結(jié)果；模擬平臺上層分析 評價系統(tǒng)8對仿真和調(diào)配的結(jié)果進行展示、分析和評估。從功能上講，本發(fā)明建立鋼鐵企業(yè)設(shè)備模型、能源網(wǎng)絡(luò)模型，模擬生成作業(yè)計劃， 根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計劃模擬主工序生產(chǎn)過程的各種能源介質(zhì)的需求量和回收量，在此基礎(chǔ)上， 對燃氣、蒸汽、電及其它能源介質(zhì)進行調(diào)控，確定各種能源介質(zhì)的輸配和轉(zhuǎn)換方案，并對模 擬結(jié)果進行分析和評估。鋼廠模型庫1使用Microsoft SQL Server 2000關(guān)系數(shù)據(jù)庫，包括生產(chǎn)設(shè)備模型 9、回收設(shè)備模型10、能源設(shè)備模型11、庫存模型12和能源流網(wǎng)絡(luò)模型13?？梢暬搹S組態(tài)工具2為鋼廠模型庫1提供了直觀和綜合的圖形化管理工具，可 通過直觀和綜合的圖形化管理工具提供的界面定義大型聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)、能源、回收設(shè)備和 各種庫存，進一步定義各種物流及能源介質(zhì)的連接關(guān)系。作業(yè)計劃生成器3編制生產(chǎn)過程仿真需要的作業(yè)計劃，包括檢修計劃管理14、設(shè) 備故障錄入15和作業(yè)計劃生成16。鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器4以鋼廠模型為基礎(chǔ)，以作業(yè)計劃為指導(dǎo)，考慮時間和物流 約束，按一定時間周期循環(huán)，模擬鋼鐵制品的生產(chǎn)過程中各種能源介質(zhì)的需求與回收量。顯示設(shè)備5提供了鋼鐵生產(chǎn)過程仿真的可視化界面。具體顯示內(nèi)容包括各個生產(chǎn) 設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)、當(dāng)前時間步的產(chǎn)品產(chǎn)量、當(dāng)前仿真步等內(nèi)容。多種能源介質(zhì)調(diào)配6是該發(fā)明的主要部分，以主生產(chǎn)工序能源需求為基礎(chǔ)，根據(jù) 能源調(diào)控規(guī)則模擬能源介質(zhì)在能源設(shè)備的負荷分配、需求設(shè)備的能源分配、以及能源介質(zhì) 的運輸和轉(zhuǎn)換。多種能源介質(zhì)調(diào)配6主要包括調(diào)度規(guī)則庫23、分介質(zhì)能源流調(diào)控模擬24和 能源流網(wǎng)絡(luò)綜合調(diào)控模擬25。調(diào)度規(guī)則庫23保存了能源調(diào)配過程中的各種調(diào)度規(guī)則，該規(guī) 則庫對各種規(guī)則進行統(tǒng)一管理，規(guī)則可靈活替換，多種能源介質(zhì)調(diào)配6可以根據(jù)不同的情 況使用不同的規(guī)則，使平臺可仿真不同調(diào)控規(guī)則下的調(diào)控結(jié)果。分介質(zhì)能源流調(diào)控模擬24 將鋼鐵企業(yè)種類繁多、耦合緊密的能源介質(zhì)，根據(jù)彼此間關(guān)聯(lián)程度分為燃氣調(diào)控模擬42、蒸 汽_電調(diào)控模擬43和技術(shù)氣體、水、壓縮空氣調(diào)控模擬44三個調(diào)控子系統(tǒng)。燃氣調(diào)控模 擬42在已知鋼廠各生產(chǎn)工序燃氣的需求量和回收量、緩沖用戶可用副產(chǎn)煤氣量的基礎(chǔ)上， 確定燃氣(高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、天然氣)在直接用戶和緩沖用戶間的分配，在滿 足各生產(chǎn)工序燃氣需求的前提下，使外購能源成本和放散量最??；蒸汽_電調(diào)控模擬43在
6已知鋼廠各生產(chǎn)工序蒸汽-電需求量和回收量、能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)蒸汽-電需求量、蒸汽-電緩 沖用戶可用副產(chǎn)煤氣量的基礎(chǔ)上，確定蒸汽-電設(shè)備的負荷分配(高壓蒸汽、中壓蒸汽、低 壓蒸汽、電)，計算所消耗副產(chǎn)煤氣、外購燃料(動力煤、天然氣)和電，在滿足各生產(chǎn)工序 蒸汽-電需求的前提下，使能源成本(外購能源成本、設(shè)備運行成本、設(shè)備折舊成本等)最 小；技術(shù)氣體、水、壓縮空氣調(diào)控模擬44將技術(shù)氣體、水、壓縮空氣的消耗折算成耗電量，統(tǒng) 計其計算周期內(nèi)工序耗電量，結(jié)合鋼廠自發(fā)電量，以備電力調(diào)配所用。能源流網(wǎng)絡(luò)綜合調(diào)控 模擬25在分介質(zhì)能源流調(diào)控模擬24的基礎(chǔ)上，按照優(yōu)化策略對多種能源介質(zhì)使用分級遞 階協(xié)調(diào)方法進行綜合調(diào)控模擬。模擬結(jié)果庫7以關(guān)系數(shù)據(jù)庫表的方式保存鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器4的仿真結(jié)果和多 種能源介質(zhì)調(diào)配6的調(diào)配結(jié)果，供模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)8進行展示、分析和評價。模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)8根據(jù)模擬仿真和調(diào)配結(jié)果，計算各工序單位能耗， 各能源介質(zhì)隨時間的使用、回收、轉(zhuǎn)化情況，全流程的產(chǎn)品能耗、能源結(jié)果、外購能源結(jié)構(gòu)， 能源成本等，分析不同生產(chǎn)工況、不同能量回收方案和不同能量轉(zhuǎn)換傳輸方式對企業(yè)綜合 能效的影響，對能量流網(wǎng)絡(luò)進行分析評估。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、以生產(chǎn)工序為線索，在設(shè)備模型中加入啟動/停止驅(qū)動狀態(tài)、影響能量消耗和 回收的設(shè)備/工藝因素異動標(biāo)志，從而通過修改異動標(biāo)志，可分析評估不同條件下對鋼鐵 企業(yè)能源狀況的影響。2、模擬仿真全流程能源介質(zhì)消耗量/回收量時，不是按鋼比匹配條件把各工序一 次算完，而是按一定時間周期循環(huán)，各生產(chǎn)設(shè)備按物流順序依次計算，并考慮前一工序輸出 和庫存的影響，直到生產(chǎn)作業(yè)計劃完成。使模擬結(jié)果更能反映鋼廠實際的能源消耗。3、將回收設(shè)備從生產(chǎn)設(shè)備中分離出來，獨立建模，便于能源介質(zhì)回收方案、回收效 率的研究。4、將鋼鐵企業(yè)種類繁多、耦合緊密的能源介質(zhì)，根據(jù)彼此間關(guān)聯(lián)程度和轉(zhuǎn)換鏈條 所處位置，對能源介質(zhì)綜合動態(tài)調(diào)控問題進行重組，形成燃氣、蒸汽-電、技術(shù)氣體_壓縮空 氣_水三個子調(diào)控系統(tǒng)，子系統(tǒng)間的約束條件弱關(guān)聯(lián)便于分級遞階協(xié)調(diào)方法求解。5、本發(fā)明可用來支持分析各能源介質(zhì)在能源使用、能源回收和轉(zhuǎn)換輸配三個環(huán)節(jié) 動態(tài)變化情況，分析對比各種鋼鐵制造流程、生產(chǎn)作業(yè)計劃、中間緩沖能力和二次能源轉(zhuǎn)換 輸配方案對能耗和效率的影響，為鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)的設(shè)計方案和運行策略的選擇提供定 量分析手段。


圖1是鋼鐵企業(yè)能源仿真平臺結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本發(fā)明包括鋼廠模型庫1、可視化鋼廠組態(tài)工具2、作業(yè)計劃生成器3、鋼鐵生產(chǎn)過 程仿真器4、顯示設(shè)備5、多種能源介質(zhì)調(diào)配6、模擬結(jié)果庫7和模擬平臺上層分析評價系統(tǒng) 8。可視化鋼廠組態(tài)工具2與鋼廠模型庫1相互連接，可視化鋼廠組態(tài)工具2既可提供界 面進行建模，將模型保存到鋼廠模型庫1中，又可對模型進行顯示；鋼廠生產(chǎn)過程仿真器4與鋼廠模型庫1、作業(yè)計劃生成器3、顯示設(shè)備5、多種能源介質(zhì)調(diào)配6和模擬結(jié)果庫7相連 接，從鋼廠模型庫1獲得鋼廠模型庫的模型，從作業(yè)計劃生成器3獲得作業(yè)計劃，對鋼鐵生 產(chǎn)過程進行仿真，仿真結(jié)果提供給顯示設(shè)備5進行顯示，提供給多種能源介質(zhì)調(diào)配6供其進 一步調(diào)配，同時保存到模擬結(jié)果庫7中；多種能源介質(zhì)調(diào)配6與鋼廠模型庫1、作業(yè)計劃生 成器3、鋼廠生產(chǎn)過程仿真器4和模擬結(jié)果庫7相連接，在鋼廠模型庫1中模型的基礎(chǔ)上獲 得作業(yè)計劃生成器3的作業(yè)計劃，以及鋼廠生產(chǎn)過程仿真器4的仿真結(jié)果，對能源介質(zhì)進行 調(diào)配，將調(diào)配結(jié)果保存到模擬結(jié)果庫7種中；模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)8與模擬結(jié)果庫7 連接，獲得其保存的仿真和調(diào)配結(jié)果，對其進行分析評價。鋼廠模型庫1使用Microsoft SQL Server 2000關(guān)系數(shù)據(jù)庫，包括生產(chǎn)設(shè)備模 型9、回收設(shè)備模型10、能源設(shè)備模型11、庫存模型12和能源流網(wǎng)絡(luò)模型13。其中生產(chǎn)模 型9建立和存儲了鋼鐵生產(chǎn)過程中生產(chǎn)設(shè)備的模型，包括焦化、燒結(jié)、球團、石灰窯、高爐、 水泥廠、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄、冷軋和熱軋的模型，生產(chǎn)設(shè)備模型包括兩部分內(nèi)容， 一部分為設(shè)備的基本屬性信息及主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，如名稱、型號、公稱容量、生產(chǎn)周期等， 另一部分為設(shè)備的物料與能源利用情況，表現(xiàn)形式為單位產(chǎn)品各種能源和物料的消耗?；?收設(shè)備模型10將回收設(shè)備從生產(chǎn)設(shè)備中分離出來，建立和存儲了回收設(shè)備的模型，包括干 熄焦、煤氣余壓發(fā)電、汽化冷卻和余熱鍋爐，其中，副產(chǎn)煤氣的回收在生產(chǎn)設(shè)備模型中進行 了定義；模型定義了回收設(shè)備所回收熱值的來源、回收效率等內(nèi)容。能源設(shè)備模型11建立 和存儲了能源設(shè)備的模型，包括熱電廠、鍋爐和燃氣輪機-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，對設(shè)備的額 定參數(shù)、能源介質(zhì)產(chǎn)生能力、效率、負荷范圍、燃料要求等進行了定義。庫存模型12建立和 存儲了庫存的模型，包括鑄坯庫存、各種煤氣柜、儲氣罐等，對其容量、存儲介質(zhì)等進行了定 義。能源流網(wǎng)絡(luò)模型13定義和存儲了燃氣管網(wǎng)和蒸汽管網(wǎng)。可視化鋼廠組態(tài)工具2為鋼廠模型庫1提供了直觀和綜合的圖形化管理工具，可 通過直觀和綜合的圖形化管理工具提供的界面定義大型聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)、能源、回收設(shè)備和 各種庫存，進一步定義各種物流及能源介質(zhì)的連接關(guān)系。各個設(shè)備的參數(shù)，如產(chǎn)能、容量、單 位產(chǎn)量能源消耗等，可通過屬性輸入。從而建立鋼廠的模型。作業(yè)計劃生成器3編制生產(chǎn)過程仿真需要的作業(yè)計劃，包括檢修計劃管理14、設(shè) 備故障錄入15和作業(yè)計劃生成16。檢修計劃管理14提供檢修計劃的增加、導(dǎo)入、修改、刪 除功能；設(shè)備故障錄入15可模擬生產(chǎn)過程中設(shè)備或工藝因素的異動標(biāo)志；作業(yè)計劃生成16 通過輸入最終產(chǎn)品和產(chǎn)量，通過產(chǎn)品類型確定生產(chǎn)工藝路徑，并綜合考慮檢修計劃、故障情 況，最終給出生產(chǎn)時間和設(shè)備路徑，為生產(chǎn)過程仿真提供作業(yè)計劃指令，使仿真平臺可反映 設(shè)備的啟停、間歇生產(chǎn)、設(shè)備或工藝因素異動標(biāo)志對能源介質(zhì)消耗帶來的影響。鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器4以鋼廠模型為基礎(chǔ)，以作業(yè)計劃為指導(dǎo)，考慮時間和物流 約束，按一定時間周期循環(huán)，模擬鋼鐵制品的生產(chǎn)過程中各種能源介質(zhì)的需求與回收量。包 括生產(chǎn)過程控制17、生產(chǎn)設(shè)備模擬18、庫存模擬19、回收設(shè)備模擬20、時鐘管理21和日志 22。生產(chǎn)過程控制17監(jiān)視每個仿真設(shè)備的狀態(tài)及運行情況，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運行，根據(jù)作 業(yè)計劃指令，進行生產(chǎn)過程物流流向的指揮，使各生產(chǎn)設(shè)備按物流順序依次計算。生產(chǎn)設(shè)備 模擬18包括焦化26、燒結(jié)27、球團28、石灰窯29、高爐30、水泥廠31、鐵水預(yù)處理32、轉(zhuǎn)爐 33、精煉34、連鑄35、熱軋36和冷軋37生產(chǎn)設(shè)備，分別模擬了鋼鐵企業(yè)焦化、燒結(jié)、球團、石 灰窯、高爐、水泥廠、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄、熱軋和冷軋生產(chǎn)過程中能源介質(zhì)的需求量和回收量。庫存模擬19根據(jù)相應(yīng)的生產(chǎn)過程中物料的消耗和產(chǎn)出，以及原始庫存計算該 庫存的當(dāng)前庫存量。回收設(shè)備模擬20主要包括干熄焦38、煤氣余壓發(fā)電39、汽化冷卻40 和余熱鍋爐41。每種回收設(shè)備根據(jù)其所在生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)量，模擬出回收的熱值，供能源調(diào)控 進一步的處理。時鐘管理21實現(xiàn)在時間軸上推進系統(tǒng)的運行，維護仿真時鐘及生產(chǎn)過程時 間場景。日志22記錄仿真過程發(fā)生的主要事件，日志信息可以組態(tài)，也可以被關(guān)閉。顯示設(shè)備5提供了鋼鐵生產(chǎn)過程仿真的可視化界面。具體顯示內(nèi)容包括各個生產(chǎn) 設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)、當(dāng)前時間步的產(chǎn)品產(chǎn)量、當(dāng)前仿真步等內(nèi)容。多種能源介質(zhì)調(diào)配6是該發(fā)明的主要部分，以主生產(chǎn)工序能源需求為基礎(chǔ)，根據(jù) 能源調(diào)控規(guī)則模擬能源介質(zhì)在能源設(shè)備的負荷分配、需求設(shè)備的能源分配、以及能源介質(zhì) 的運輸和轉(zhuǎn)換。多種能源介質(zhì)調(diào)配6主要包括調(diào)度規(guī)則庫23、分介質(zhì)能源流調(diào)控模擬24和 能源流網(wǎng)絡(luò)綜合調(diào)控模擬25。調(diào)度規(guī)則庫23保存了能源調(diào)配過程中的各種調(diào)度規(guī)則，該規(guī) 則庫對各種規(guī)則進行統(tǒng)一管理，規(guī)則可靈活替換，多種能源介質(zhì)調(diào)配6可以根據(jù)不同的情 況使用不同的規(guī)則，使平臺可仿真不同調(diào)控規(guī)則下的調(diào)控結(jié)果。分介質(zhì)能源流調(diào)控模擬24 將鋼鐵企業(yè)種類繁多、耦合緊密的能源介質(zhì)，根據(jù)彼此間關(guān)聯(lián)程度分為燃氣調(diào)控模擬42、蒸 汽_電調(diào)控模擬43和技術(shù)氣體、水、壓縮空氣調(diào)控模擬44三個調(diào)控子系統(tǒng)。燃氣調(diào)控模 擬42在已知鋼廠各生產(chǎn)工序燃氣的需求量和回收量、緩沖用戶可用副產(chǎn)煤氣量的基礎(chǔ)上， 確定燃氣(高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、天然氣)在直接用戶和緩沖用戶間的分配，在滿 足各生產(chǎn)工序燃氣需求的前提下，使外購能源成本和放散量最小；蒸汽_電調(diào)控模擬43在 已知鋼廠各生產(chǎn)工序蒸汽-電需求量和回收量、能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)蒸汽-電需求量、蒸汽-電緩 沖用戶可用副產(chǎn)煤氣量的基礎(chǔ)上，確定蒸汽-電設(shè)備的負荷分配(高壓蒸汽、中壓蒸汽、低 壓蒸汽、電)，計算所消耗副產(chǎn)煤氣、外購燃料(動力煤、天然氣)和電，在滿足各生產(chǎn)工序 蒸汽-電需求的前提下，使能源成本(外購能源成本、設(shè)備運行成本、設(shè)備折舊成本等)最 ?。患夹g(shù)氣體、水、壓縮空氣調(diào)控模擬44將技術(shù)氣體、水、壓縮空氣的消耗折算成耗電量，統(tǒng) 計其計算周期內(nèi)工序耗電量，結(jié)合鋼廠自發(fā)電量，以備電力調(diào)配所用。能源流網(wǎng)絡(luò)綜合調(diào)控 模擬25在分介質(zhì)能源流調(diào)控模擬24的基礎(chǔ)上，按照優(yōu)化策略對多種能源介質(zhì)使用分級遞 階協(xié)調(diào)方法進行綜合調(diào)控模擬。模擬結(jié)果庫7以關(guān)系數(shù)據(jù)庫表的方式保存鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器4的仿真結(jié)果和多 種能源介質(zhì)調(diào)配6的調(diào)配結(jié)果，供模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)8進行展示、分析和評價。模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)8根據(jù)模擬仿真和調(diào)配結(jié)果，計算各工序單位能耗， 各能源介質(zhì)隨時間的使用、回收、轉(zhuǎn)化情況，全流程的產(chǎn)品能耗、能源結(jié)果、外購能源結(jié)構(gòu)， 能源成本等，分析不同生產(chǎn)工況、不同能量回收方案和不同能量轉(zhuǎn)換傳輸方式對企業(yè)綜合 能效的影響，對能量流網(wǎng)絡(luò)進行分析評估。
權(quán)利要求
一種基于計算機的鋼鐵企業(yè)能源仿真平臺，其特征在于，包括鋼廠模型庫、可視化鋼廠組態(tài)工具、作業(yè)計劃生成器、鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器、顯示設(shè)備、多種能源介質(zhì)調(diào)配、模擬結(jié)果庫和模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)；可視化鋼廠組態(tài)工具(2)與鋼廠模型庫(1)相互連接，可視化鋼廠組態(tài)工具(2)提供界面進行建模，將模型保存到鋼廠模型庫(1)中，并對模型進行顯示；鋼廠生產(chǎn)過程仿真器(4)與鋼廠模型庫(1)、作業(yè)計劃生成器(3)、顯示設(shè)備(5)、多種能源介質(zhì)調(diào)配(6)和模擬結(jié)果庫(7)相連接，從鋼廠模型庫(1)獲得鋼廠模型庫的模型，從作業(yè)計劃生成器3獲得作業(yè)計劃，對鋼鐵生產(chǎn)過程進行仿真，仿真結(jié)果提供給顯示設(shè)備(5)進行顯示，提供給多種能源介質(zhì)調(diào)配(6)供其進一步調(diào)配，同時保存到模擬結(jié)果庫(7)中；多種能源介質(zhì)調(diào)配(6)與鋼廠模型庫(1)、作業(yè)計劃生成器(3)、鋼廠生產(chǎn)過程仿真器(4)和模擬結(jié)果庫(7)相連接，在鋼廠模型庫(1)中模型的基礎(chǔ)上獲得作業(yè)計劃生成器(3)的作業(yè)計劃，以及鋼廠生產(chǎn)過程仿真器(4)的仿真結(jié)果，對能源介質(zhì)進行調(diào)配，將調(diào)配結(jié)果保存到模擬結(jié)果庫(7)種中；模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)(8)與模擬結(jié)果庫(7)連接，獲得其保存的仿真和調(diào)配結(jié)果，對其進行分析評價；其中，鋼廠模型庫(1)存放鋼廠各種設(shè)備、管網(wǎng)的模型參數(shù)；可視化鋼廠組態(tài)工具(2)提供了對鋼廠設(shè)備進行建模、模型修改的工具；作業(yè)計劃生成器(3)在考慮檢修計劃和仿真故障的基礎(chǔ)上，生成指導(dǎo)生產(chǎn)仿真的作業(yè)計劃；鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器(4)考慮影響能量消耗的物流、設(shè)備和工藝因素，對鋼鐵制品的生產(chǎn)過程進行仿真，模擬出主生產(chǎn)工序?qū)Ω鞣N能源介質(zhì)的需求量、回收量；顯示設(shè)備(5)對主生產(chǎn)工序仿真過程中的主要信息進行顯示；多種能源介質(zhì)調(diào)配(6)根據(jù)全流程能源需求和可回收能源的仿真結(jié)果，分介質(zhì)、按一定的調(diào)配規(guī)則對能源設(shè)備進行調(diào)控，最終確定各種能源介質(zhì)的輸配和轉(zhuǎn)換方案；模擬結(jié)果庫(7)保存生產(chǎn)仿真和能源調(diào)配的結(jié)果；模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)(8)對仿真和調(diào)配的結(jié)果進行展示、分析和評估。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源仿真平臺，其特征在于所述的鋼廠模型庫(1)使用 Microsoft SQL Server 2000關(guān)系數(shù)據(jù)庫，包括生產(chǎn)設(shè)備模型(9)、回收設(shè)備模型(10)、能源 設(shè)備模型(11)、庫存模型(12)和能源流網(wǎng)絡(luò)模型(13)；其中生產(chǎn)模型(9)建立和存儲了鋼 鐵生產(chǎn)過程中生產(chǎn)設(shè)備的模型，包括焦化、燒結(jié)、球團、石灰窯、高爐、水泥廠、鐵水預(yù)處理、 轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄、冷軋和熱軋的模型，生產(chǎn)設(shè)備模型包括兩部分內(nèi)容，一部分為設(shè)備的基本 屬性信息及主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，另一部分為設(shè)備的物料與能源利用情況，表現(xiàn)形式為單位 產(chǎn)品各種能源和物料的消耗；所述的主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)包括名稱、型號、公稱容量、生產(chǎn)周 期；回收設(shè)備模型(10)將回收設(shè)備從生產(chǎn)設(shè)備中分離出來，建立和存儲了回收設(shè)備的模 型，包括干熄焦、煤氣余壓發(fā)電、汽化冷卻和余熱鍋爐，其中，副產(chǎn)煤氣的回收在生產(chǎn)設(shè)備模 型中進行了定義；模型定義了回收設(shè)備所回收熱值的來源、回收效率等內(nèi)容；能源設(shè)備模 型(11)建立和存儲了能源設(shè)備的模型，包括熱電廠、鍋爐和燃氣輪機-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電， 對設(shè)備的額定參數(shù)、能源介質(zhì)產(chǎn)生能力、效率、負荷范圍、燃料要求等進行了定義；庫存模型 (12)建立和存儲了庫存的模型，包括鑄坯庫存、各種煤氣柜、儲氣罐等，對其容量、存儲介質(zhì) 進行了定義；能源流網(wǎng)絡(luò)模型(13)定義和存儲了燃氣管網(wǎng)和蒸汽管網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源仿真平臺，其特征在于可視化鋼廠組態(tài)工具(2)為鋼 廠模型庫(1)提供了直觀和綜合的圖形化管理工具，通過直觀和綜合的圖形化管理工具提 供的界面定義大型聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)、能源、回收設(shè)備和各種庫存，進一步定義各種物流及能源 介質(zhì)的連接關(guān)系；各個設(shè)備的參數(shù)包括產(chǎn)能、容量、單位產(chǎn)量能源消耗，可通過屬性輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源仿真平臺，其特征在于作業(yè)計劃生成器(3)包括檢修 計劃管理(14)、設(shè)備故障錄入(15)和作業(yè)計劃生成(16)；檢修計劃管理(14)提供檢修計 劃的增加、導(dǎo)入、修改、刪除功能；設(shè)備故障錄入(15)模擬生產(chǎn)過程中設(shè)備或工藝因素的異 動標(biāo)志；作業(yè)計劃生成(16)通過輸入最終產(chǎn)品和產(chǎn)量，通過產(chǎn)品類型確定生產(chǎn)工藝路徑， 并綜合考慮檢修計劃、故障情況，最終給出生產(chǎn)時間和設(shè)備路徑，為生產(chǎn)過程仿真提供作業(yè) 計劃指令，使仿真平臺可反映設(shè)備的啟停、間歇生產(chǎn)、設(shè)備或工藝因素異動標(biāo)志對能源介質(zhì) 消耗帶來的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源仿真平臺，其特征在于鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器(4)包括 生產(chǎn)過程控制(17)、生產(chǎn)設(shè)備模擬(18)、庫存模擬(19)、回收設(shè)備模擬(20)、時鐘管理(21) 和日志(22)；生產(chǎn)過程控制(17)監(jiān)視每個仿真設(shè)備的狀態(tài)及運行情況，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的 運行，根據(jù)作業(yè)計劃指令，進行生產(chǎn)過程物流流向的指揮，使各生產(chǎn)設(shè)備按物流順序依次計 算；生產(chǎn)設(shè)備模擬(18)包括焦化(26)、燒結(jié)(27)、球團(28)、石灰窯(29)、高爐(30)、水泥 廠(31)、鐵水預(yù)處理(32)、轉(zhuǎn)爐(33)、精煉(34)、連鑄(35)、熱軋(36)和冷軋(37)生產(chǎn)設(shè) 備，分別模擬了鋼鐵企業(yè)焦化、燒結(jié)、球團、石灰窯、高爐、水泥廠、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉、 連鑄、熱軋和冷軋生產(chǎn)過程中能源介質(zhì)的需求量和回收量；庫存模擬(19)根據(jù)相應(yīng)的生產(chǎn) 過程中物料的消耗和產(chǎn)出，以及原始庫存計算該庫存的當(dāng)前庫存量；回收設(shè)備模擬(20)主 要包括干熄焦(38)、煤氣余壓發(fā)電39、汽化冷卻40和余熱鍋爐41 ；每種回收設(shè)備根據(jù)其所 在生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)量，模擬出回收的熱值，供能源調(diào)控進一步的處理；時鐘管理(21)實現(xiàn)在 時間軸上推進系統(tǒng)的運行，維護仿真時鐘及生產(chǎn)過程時間場景；日志22記錄仿真過程發(fā)生 的主要事件，日志信息可以組態(tài)，或者被關(guān)閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源仿真平臺，其特征在于多種能源介質(zhì)調(diào)配(6)包括調(diào) 度規(guī)則庫(23)、分介質(zhì)能源流調(diào)控模擬(24)和能源流網(wǎng)絡(luò)綜合調(diào)控模擬(25)；調(diào)度規(guī)則庫 (23)保存了能源調(diào)配過程中的各種調(diào)度規(guī)則，該規(guī)則庫對各種規(guī)則進行統(tǒng)一管理；多種能源介質(zhì)調(diào)配(6)根據(jù)不同的情況使用不同的規(guī)則，使平臺可仿真不同調(diào)控規(guī)則 下的調(diào)控結(jié)果；分介質(zhì)能源流調(diào)控模擬(24)將鋼鐵企業(yè)種類繁多、耦合緊密的能源介質(zhì)， 根據(jù)彼此間關(guān)聯(lián)程度分為燃氣調(diào)控模擬(42)、蒸汽-電調(diào)控模擬(43)和技術(shù)氣體、水、壓 縮空氣調(diào)控模擬(44)三個調(diào)控子系統(tǒng)；燃氣調(diào)控模擬(42)在已知鋼廠各生產(chǎn)工序燃氣的 需求量和回收量、緩沖用戶可用副產(chǎn)煤氣量的基礎(chǔ)上，確定燃氣在直接用戶和緩沖用戶間 的分配，在滿足各生產(chǎn)工序燃氣需求的前提下，使外購能源成本和放散量最小；蒸汽-電調(diào) 控模擬(43)在已知鋼廠各生產(chǎn)工序蒸汽-電需求量和回收量、能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)蒸汽_電需求 量、蒸汽-電緩沖用戶可用副產(chǎn)煤氣量的基礎(chǔ)上，確定蒸汽-電設(shè)備的負荷分配，計算所消 耗副產(chǎn)煤氣、外購燃料動力煤、天然氣和電，在滿足各生產(chǎn)工序蒸汽-電需求的前提下，使 能源成本最??；技術(shù)氣體、水、壓縮空氣調(diào)控模擬(44)將技術(shù)氣體、水、壓縮空氣的消耗折 算成耗電量，統(tǒng)計其計算周期內(nèi)工序耗電量，結(jié)合鋼廠自發(fā)電量，以備電力調(diào)配所用；能源 流網(wǎng)絡(luò)綜合調(diào)控模擬(25)在分介質(zhì)能源流調(diào)控模擬(24)的基礎(chǔ)上，按照優(yōu)化策略對多種 能源介質(zhì)使用分級遞階協(xié)調(diào)方法進行綜合調(diào)控模擬；負荷分配包括高壓蒸汽、中壓蒸汽、低 壓蒸汽、電，能源成本包括外購能源成本、設(shè)備運行成本、設(shè)備折舊成本；所述的燃氣為高爐 煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和天然氣；所述的技術(shù)氣體為氧氣、氮氣和氬氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源仿真平臺，其特征在于模擬結(jié)果庫(7)以關(guān)系數(shù)據(jù)庫表的方式保存鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器(4)的仿真結(jié)果和多種能源介質(zhì)調(diào)配(6)的調(diào)配結(jié)果， 供模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)(8)進行展示、分析和評價。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源仿真平臺，其特征在于模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)(8) 根據(jù)模擬仿真和調(diào)配結(jié)果，計算各工序單位能耗，各能源介質(zhì)隨時間的使用、回收、轉(zhuǎn)化情 況，全流程的產(chǎn)品能耗、能源結(jié)果、外購能源結(jié)構(gòu)，能源成本，分析不同生產(chǎn)工況、不同能量 回收方案和不同能量轉(zhuǎn)換傳輸方式對企業(yè)綜合能效的影響，對能量流網(wǎng)絡(luò)進行分析評估。
全文摘要
一種基于計算機的鋼鐵企業(yè)能源仿真平臺，屬于冶金能源仿真技術(shù)領(lǐng)域。包括鋼廠模型庫、可視化鋼廠組態(tài)工具、作業(yè)計劃生成器、鋼鐵生產(chǎn)過程仿真器、顯示設(shè)備、多種能源介質(zhì)調(diào)配、模擬結(jié)果庫和模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)?？梢暬搹S組態(tài)工具與鋼廠模型庫連接，鋼廠生產(chǎn)過程仿真器連接鋼廠模型庫和作業(yè)計劃生成器，對生產(chǎn)過程仿真，輸出結(jié)果給多種能源介質(zhì)調(diào)配和顯示設(shè)備，模擬結(jié)果庫保存仿真和調(diào)控結(jié)果，并為模擬平臺上層分析評價系統(tǒng)提供輸入。優(yōu)點在于設(shè)備模型中的異動標(biāo)志修改可分析評估不同條件下鋼鐵企業(yè)能源狀況；回收設(shè)備獨立建模，便于回收方案、效率的研究；將耦合緊密的能源介質(zhì)根據(jù)關(guān)聯(lián)程度形成三個子系統(tǒng)，便于分級遞階協(xié)調(diào)方法求解。
文檔編號G06Q10/00GK101980262SQ20101051469
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者孫彥廣, 李文兵 申請人:冶金自動化研究設(shè)計院;北京金自軟件有限責(zé)任公司