钢铁企业能流物流解析及混合建模与集成

发布时间：2020-05-11 11:29

【摘要】：随着我国钢铁企业的飞速发展,其面临着的成本、能耗和环境污染等各方面压力与日俱增。一方面,仅从局部探讨节能、降本、减排问题,显然不够全面,无法实现全局的优化。另一方面,现有的系统节能理论主要围绕着“载能体”和“系统”两个基本概念展开,提出了基准物流图、e-p分析法等重要的研究方法,为钢铁企业的节能研究做出了重大贡献。为了进一步揭示钢铁企业的运行规律,也是对系统节能理论的完善与补充,本文结合图论的基本概念和钢铁企业能流物流基本理论,提出了钢铁企业三维混合建模与集成一般方法和路径。首先,阐述基于图论的钢铁企业网络拓扑结构的基本描述方法,阐明“点”和“线”是构成复杂钢铁企业系统的两个最基本组成元素,并对“点”、“线”和“点线集”的含义及其之间的关系进行的详细描述;其次,在对能流物流定义的基础上,重新梳理了钢铁企业能流物流的基本理论,并建立了钢铁企业“点”、“线”和典型“点线集”结构的基本能流物流模型。同时重新定义或提出了,可以表征能流和物流的特征物理量(包括流量、流构、流性、流径等);第三,在对某钢铁企业系统的生产工艺和生产数据(包括能流数据和物流数据)调研的基础上,对其典型生产单元或关键设备(即“点”)的能流物流进行解析,获得相应的解析结果,为混合建模与集成提供基础数据和建模依据;第四,在流量、流性等表征能流和物流特征的物理量描述基础上,利用解析结果和基础数据对“点”和“线”的基本运行特性进行分析。分析表明,“点”的物流流量波动会导致其能流也随之变化,进而会影响能耗、成本等目标。且由于钢铁企业某些“点”中存在断续流现象(特别是在钢后系统),能耗、成本等在其产品上,还表现出了可分摊性的特点。同时,通过对解析结果进行偏相关分析可知,各能流物流输入参数对研究目标(能耗、成本等)的影响程度并不相同,即不同参数对目标的贡献率具有差异性。除此以外,对于“线”来说,还表现出了另外一种非常重要的特性,即质量和能量上的衰减特性。此外,文中还对以上能流和物流在“点”和“线”上的运行特性进行了案例研究。最后,本文指出了钢铁企业在空间、目标和方法上具有混合集成的特性。因此,本文提出以钢铁企业网络拓扑结构描述为基础,以能流物流为研究手段,以其研究对象(即空间)、研究目标和研究方法为切入点,揭示钢铁企业三维混合建模与集成的本质,并提出其一般的分析步骤与研究路径。在此基础上,对某企业主生产系统的能耗优化和铁钢比对成本的影响规律进行了案例研究。与以上各步骤相对应,本文分别建立了能流物流的解析模型、“点”和“线”的运行特性分析模型,以及区域(“点线集”)能耗和成本优化模型,实现了钢铁企业系统的混合建模与集成。以某钢铁企业区域(“点线集”)能耗和成本优化模型及其案例分析为例说明,在企业网络拓扑结构一定的情况下,以各“点”预测模型为基础,优化其流量和流性,即根据生产计划,合理的安排各生产单元输入物流结构和输出产量,可降低其能耗、成本等。通过对钢铁企业系统的分析,本文实现了钢铁企业复杂系统的混合建模与集成,并建立了通用建模方法,为钢铁企业系统的研究提供一种新的解决思路。
【图文】：

１）、阐述本课题研宄的背景和意义；逡逑２）、阐述钢铁企业能流物流研宄现状；逡逑３）、阐述本课题研究的目标、内容和研宄路线。逡逑１．１研宄背景和意义逡逑中国的经济快速持续的增长，在这一良好的发展形式下，我国的钢铁工业迎来了较逡逑好的发展机遇，强有力地支撑了我国工业化进程和国民经济快速增长［Ｎ２１。通过引进、逡逑消化吸收和自主创新，中国钢铁工业无论是在生产规模和装备水平，还是在产品档次上逡逑都发生了质的变化，己成为世界上最大的钢铁生产和消费国。世界粗钢的产量从１９９６逡逑年的７５０Ｍｍｔ邋（Ｍｉｌｌｉｏｎ邋ｍｅｔｒｉｃ邋ｔｏｎ）增长至２０１２年的１５４５Ｍｍｔ。这主要得益于中国在建逡逑筑业的带动作用下，世界钢铁工业产量迅猛增长。世界及主要国家的粗钢产量如图１－丨逡逑所示。从图中可看出，自１９９６年以来，中国粗钢产量突破ｌＯＯＭｍｔ后，连续２０多年保逡逑持世界第一，粗钢产量平均每年的增长率约为１２．４％。逡逑＾￣￣￣￣逡逑

易的最大买家，“中国特需”开始成为影响铁Ｗ石价格变动的主导因素。在铁矿石米购逡逑时，国际主要矿石巨头在进行价格谈判中将价格抬高，这无疑对我国钢铁工业形成了需逡逑求的控制，国际铁矿石价格也由此开始出现大幅上涨，如图１－２所示为２００９．１月至２０１３．７逡逑月的中国进口铁矿石价格的变化趋势。同时，我国使用的铁矿石含铁率仅为５８％，相比逡逑国外采用较好资源战略的国家来说，平均含铁量减少５％，无形中造成生产过程的成本逡逑增加。逡逑２００逡逑１８０邋－逡逑１６０邋－邋▲逡逑震４。逦＾逡逑｜１00逦Ｖ逡逑８０逡逑６０邋－逡逑４０逦ｔ￣邋ｒ邋ｔ逦ｒ逦ｔ逦ｉ邋＂￣＇＂ｆ逦ｒ邋邋ｆ逦！邋ｆ逦ｔ逦＊！邋逡逑＾邋Ｐ邋＾邋＾邋＾邋＾邋＾邋＾逡逑图１－２中国进口铁矿石价格（数据来源：进口铁矿石海关月度平均价格数据）逡逑其次，能源成本的持续增加。钢铁工业能源成本约占总成本的２０％－４０％左右⑴。因逡逑此，高能源价格成为吨钢成本增加的重要原因１４］。近年来，随着钢铁工业的快速发展，逡逑相应的能源需求也在快速增长。而煤炭和电力（目前钢铁工业主要以煤电为主，其本质逡逑也是煤炭）是钢铁工业的最基本的能源形式。自２０世纪９０年代以来，中国煤炭的价格逡逑增加幅度巨大，如图１－３所示。另外，由于技术和管理等发展水平不同，，不同钢铁企业逡逑的能源成本压力也不尽相同。比如
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：F426.31


本文编号：2658384