能量系统优化研究及基于钢管生产应用

河北工业大学硕士学位论文能量系统优化研究及基于钢管生产应用姓名：郭磊宏申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：杨历2010-12河北工业大学硕士学位论文i能量系统优化研究及基于钢管生产应用摘要能量系统优化技术仅仅几十年就获得了突飞猛进的发展，已成为工业界和学术界关注的焦点。针对我国节能现状严峻，尤其工业领域中广泛存在整体能源耗量大、利用率低和用能不合理等现象，其有广阔的应用空间。本文提出全局能量系统递进式协同优化策略，重点分析单元设备、局部子系统、全局系统三层次间相互影响制约关系以及系统的协同优化方法与策略。从故障诊断、优化改造和系统评价这三大方面，建立一套以无缝钢管生产为例的复杂能量系统分析和优化方法。本文的研究内容主要包括以下5方面:1）本文首先研究了能量系统优化的原则和方法，对怎样合理划分系统以降低局部优化时环节间的耦合度，提出了能量系统四环节协同优化策略。2）本文针对系统存在的问题，以热经济学结构理论为基础建立了“三角”结构模型，为全局系统优化提供了更加清晰合理的脉络。其避免能量利用层级顺序发生的片面结构思想，简单明了的展示了能量子系统间的并行耦合关系，并在兼顾全局的前提下更侧重于能源供入和消耗端的研究分析。3）以钢管厂各系统主要单元设备的热平衡和火用平衡为优化突破口，诊断其能源利用效率低和能耗量大的根源。在系统各环节现状分析的基础上运用“三角”结构模型对其作全局协调优化处理，并根据系统优化的原则提出可行性改进方案与措施。4）本文以加热炉钢坯加热为重点单元综合评价模型，综合多种因素对加热工艺目标函数的确定及其优化策略进行了深入分析，并通过MATLAB软件对其编程求解来获得符合生产目标的最佳工艺制度；5）本文综合考虑能耗和经济两大因素，合理选择各项权重指标建立模糊数学综合评价方法，并对提出的厂区系统能效解决方案进行综合效益最优评价选择。本文所得的结果可作为进一步深入研究相关能量系统优化理论和方法的基础，也可为钢管行业的全局优化改造提供实例参考。关键词：能量系统优化结构模型钢管故障诊断能量系统优化研究及基于钢管生产应用iiOOOOPTIMIZATIONPTIMIZATIONPTIMIZATIONPTIMIZATIONOFOFOFOFENERGYENERGYENERGYENERGYSYSTEMSYSTEMSYSTEMSYSTEMRRRRESEARCHESEARCHESEARCHESEARCHANDANDANDANDAAAAPPLICATIONSPPLICATIONSPPLICATIONSPPLICATIONSONONONONSTEELSTEELSTEELSTEELPIPEPIPEPIPEPIPEPRODUCTIONPRODUCTIONPRODUCTIONPRODUCTIONABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACTIntheseveraldozensyears,thetechnologyaboutenergysystemoptimizationhasobtainedthedevelopmentwhichprogressesbyleapsandbounds,ithasbecomethefocalpointintheindustrialsectorandtheacademiccircle.Theenergysituationinourcountryiscritical,particularlyintheindustrialprofession.Thephenomenoniswidespreadexistence,forexampletheoverallenergyconsumptionquantityislarge,theenergyusefactorislowandtheenergyirrationaltouse,soithasabroadapplicationspace.Thisarticleproposestheprogressiveandcollaborativeoptimizedstrategyaboutglobalenergysystem.Paymoreattentiontoanalysistheunitequipment,partialsubsystemandglobalsystemthreegradation'srelationship,whichincludethemutualinfluenceandrestriction,aswellassystem'scoordinationoptimizationmethodandstrategy.Fromthefaultdiagnosis,optimizedreformandsystemsassessmentthesethreeaspectsestablishasetofprogrammewhichuseseamlesssteelpipeproductionasanexample，includecomplexenergysystemanalysisandoptimization.Thisarticleresearchcontentmainlyinthefollowing5aspects:1)Thisarticlehasfirststudiedtheenergysystemoptimization'sprincipleandmethod,towardhowreasonabletodividesystemandtoreducethecouplingbetweensubsystem,proposedthefoursegmentofenergysystemcollaborativeoptimizedstrategy.2)Thisarticleinviewofthesystemproblem,takethethermoeconomicstheoryasthefoundationestablishtrianglestructuralmodel,andprovidedaclearerandreasonableveinfortheoverallenergysystemoptimization.Itavoidtheone-sidedstructurethoughtaboutenergyusingasthelevelorderoccurs,clearlyandsimplydemonstratetheparallelcouplingrelationsbetweenenergysubsystem's.underthepremiseoftheglobalsystemfocus,stresstheresearchanalysisaboutenergysupplyandconsumptionend.3)Taketheheatbalanceandexergybalancewhichcomeformthesteelplant'smainunitasbreakthroughtodiagnosetherootoflowenergyefficiencyandlargeconsumequantity.Atthebaseofsubsystemanalysis,utilizesthe“triangle”structuralmodeltomakeoverallenergysystemcollaborativeoptimized,andaccordingtosystemoptimization'sprincipletoproposethefeasibilityimprovementprogramandthemeasure.4)Thisarticletaketheheatfurnace'sbilletsteelheatingprocessasthekeyunit河北工业大学硕士学位论文iiicomprehensiveevaluationmodel.Analysis,synthesismanykindsoffactortodefinetheheatingcraftobjectivefunction,andcarryonthethoroughanalysistooptimizedstrategy.UtilizeMATLABsoftwaretoobtaincomplianceofitsprogrammingtosolvetheoptimalsystemofproductiontargets5)Thisarticlesynthesisanalysisthetwobigfactorwhichincludeenergyconsumptionandeconomical,reasonabletochoicetheweightingfactors,establishfuzzingmathematicscomprehensiveevaluation.towardthefactorysystemproposedcomprehensiveenergyefficiencysolutionsfortheoptimalbenefitevaluationforselection.Theresultsobtainedheremayprovidesometheoreticalbasesforfurtherdeepresearchonrelatedenergysystemoptimizationtheoryandmethods,mayalsoprovidetheexamplereferenceforthesteelpipeprofessionglobaloptimizationreform.KEYKEYKEYKEYWORDSWORDSWORDSWORDS：EnergysystemOptimizationStructuralmodelSteelpipeFaultdiagnosis原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1.11.11.11.1课题的背景及意义1.1.11.1.11.1.11.1.1节能的研究背景与意义目前我国已经成为世界第一大能源生产和消费国，同时节能降耗工作也成为整个社会可持续发展的重中之重。“节能减排”是我国“十一五”规划纲要提出的重要战略，主要指在减少能源浪费和降低废气排放具体要求在其间实现单位国内生产总值能耗降低20％左右。我国工业能耗占全国一次能源消费的65%左右，其中钢铁、化工、建材、有色金属、石油加工及炼焦等高耗能行业占工业总能耗的70%左右。比如目前现存的10多万台各种工业炉窑,它的能耗约占全国年总能耗的25%。这些节能背景都为我国全面开展节能工作提供了广泛的平台和应用空间。在当今全球矿物能源紧缺的背景下，用能效率的提高早已成为世界各国研究的重点，而对节能技术的深入研究和发展也是我国建设成为节约型社会的必经之路。节能技术主要经历了以下三阶段历程[1]：第一阶段主要表现在余热的回收利用，一般着眼于生产过程中直接耗能设备如加热炉和汽轮机等，但其仅着重单一的余热流而不考虑整体系统的热回收；第二阶段主要表现在单一设备能源利用率的提高，例如换热器采用强化传热技术、