工程科学学报，第38卷，增刊1：37-44,2016年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,Suppl.1:37-44,June 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.s1.007:http://journals.ustb.edu.cn 基于符号㶲经济模型的转炉-精炼工序热经济分析 贺东风)四，贾永伟2) 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:hdfen@163.com 摘要以S钢厂生产SPHC钢种的转炉一精炼工序为实例，采用热经济学分析方法中的经济分析法对其建立符号经济 模型，构造成本平衡方程，并建立补充方程，进而对转炉一精炼工序进行热经济成本分析，得到了工序各股流的单价以及 热经济学成本.模型计算结果表明：转炉-F流程的精炼钢水热经济成本最低，为2243.12元t,其次是转炉-C4S流程，为 2259.92元t,而转炉RH流程的吨钢精炼钢水热经济学成本最高，为2270.16元t.从节约能源和成本的角度，转炉HF 流程是SPHC钢种的合理生产流程. 关键词转炉一精炼：热经济学：符号经济模型：成本 分类号TF4 Thermoeconomic analysis on the converter-refining procedure based on the symbol ex- ergy-economic model HE Dong feng,JIA Yong-wei 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Metallurgy and Ecology Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:hdfen@163.com ABSTRACT Taking the converter-refining procedure of a steel plant as an example,symbol exergy-economic model was established by the exergy-economic analysis method.Then the cost balance equation was constructed,and supplementary equations were estab- lished.The unit exergy price and thermal-economic cost of each exergy flow in the procedure were obtained on the converter-refining procedure through thermal-economic analysis.The results show that the thermoeconomic cost of per ton molten steel in the converter- ladle refine process is the lowest,which is 2243.12 RMB.The thermoeconomic cost of per ton molten steel in the converter-CAS refi- ning process comes second,which is 2259.92 RMB.And the converter-RH refining process has the highest thermal-economic cost of per ton molten steel,which is 2270.16 RMB.From the standpoint of energy conservation and cost reduction,the converter-refining process is the reasonable process for SPHC steel production. KEY WORDS converter-refining process;thermoeconomic:symbol exergy-ecnomic model:cost 随着经济的快速发展，能源作为国民经济的物质 国能耗消费的14%左右，占工业能耗的20%左右， 基础，对其需求越来越大：但是我国的能源利用率较 其节能潜力巨大，因此，如何合理利用能源和节约能源 低，已经成为制约经济进一步发展的关键问题.如何 是钢铁企业面临的主要问题. 合理地利用能源和节约能源就显得尤为重要.钢铁企 为了更加合理的利用能源和节约能源，出现了以 业作为一个资源和能源的密集型产业，行业能耗占全 下四种的能源分析方法：热分析法、分析法、能 收稿日期：20160108 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51574032)
工程科学学报，第 38 卷，增刊 1: 37--44，2016 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，Suppl． 1: 37--44，June 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． s1． 007; http: / /journals． ustb． edu． cn 基于符号 经济模型的转炉--精炼工序热经济分析 贺东风1，2) ，贾永伟1，2) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: hdfcn@ 163． com 摘 要 以 S 钢厂生产 SPHC 钢种的转炉--精炼工序为实例，采用热经济学分析方法中的 经济分析法对其建立符号 经济 模型，构造成本平衡方程，并建立补充方程，进而对转炉--精炼工序进行热经济成本分析，得到了工序各股 流的 单价以及 热经济学成本． 模型计算结果表明: 转炉--LF 流程的精炼钢水热经济成本最低，为 2243. 12 元·t － 1，其次是转炉--CAS 流程，为 2259. 92 元·t － 1，而转炉--ＲH 流程的吨钢精炼钢水热经济学成本最高，为2270. 16 元·t － 1 ． 从节约能源和成本的角度，转炉--LF 流程是 SPHC 钢种的合理生产流程． 关键词 转炉--精炼; 热经济学; 符号 经济模型; 成本 分类号 TF4 Thermoeconomic analysis on the converter-refining procedure based on the symbol exergy-economic model HE Dong-feng1，2) ，JIA Yong-wei1，2) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgy and Ecology Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: hdfcn@ 163． com ABSTＲACT Taking the converter-refining procedure of a steel plant as an example，symbol exergy-economic model was established by the exergy-economic analysis method． Then the cost balance equation was constructed，and supplementary equations were established． The unit exergy price and thermal-economic cost of each exergy flow in the procedure were obtained on the converter-refining procedure through thermal-economic analysis． The results show that the thermoeconomic cost of per ton molten steel in the converterladle refine process is the lowest，which is 2243. 12 ＲMB． The thermoeconomic cost of per ton molten steel in the converter-CAS refining process comes second，which is 2259. 92 ＲMB． And the converter-ＲH refining process has the highest thermal-economic cost of per ton molten steel，which is 2270. 16 ＲMB． From the standpoint of energy conservation and cost reduction，the converter-refining process is the reasonable process for SPHC steel production． KEY WOＲDS converter-refining process; thermoeconomic; symbol exergy-ecnomic model; cost 收稿日期: 2016--01--08 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51574032) 随着经济的快速发展，能源作为国民经济的物质 基础，对其需求越来越大; 但是我国的能源利用率较 低，已经成为制约经济进一步发展的关键问题． 如何 合理地利用能源和节约能源就显得尤为重要． 钢铁企 业作为一个资源和能源的密集型产业，行业能耗占全 国能耗消费的 14% 左右，占工业能耗的 20% 左右［1--2］， 其节能潜力巨大，因此，如何合理利用能源和节约能源 是钢铁企业面临的主要问题． 为了更加合理的利用能源和节约能源，出现了以 下四种的能源分析方法［3--8］: 热分析法、 分析法、能
·38 工程科学学报，第38卷，增刊1 级分析法、热经济学分析法.以热力学第一定律为基 统，各个子系统之间由某些流联系着，通过建立事件 础的热分析法已趋于成熟，广泛地应用于生产实际过 矩阵将系统中的各股流和各子系统联系起来，进而 程中，但是此种方法只注重了量的平衡，而忽略了能量 建立成本平衡方程，并辅以必要的补充方程，得到系统 的质量，在某些时候，往往对能量系统的优化和节能产 中各股流的单位热经济学成本，最后得出产品的热 生误导：基于热力学第一、第二定律的分析法，不仅 经济学成本 考虑了能量的数量，也考虑了能量的质量，能够分析对 事件矩阵不能反映各股流的目的和作用，只能 比不同品质的能量，能够更加有效地揭示系统的能量 从结构上描述系统，因此引入燃料-产品命题2围.产 损失，但是在对能量系统进行综合优化和全面分析时，品是指作为子系统生产目的输出的流，燃料是指为 可能出现“节能不节钱”的情况，此外分析法忽略 获得产品输入的流. 了生产中成本的因素，因而无法更加全面的评价系统 1.3符号经济模型计算矩阵的建立 和设备的生产性能，也无法揭示成本形成的热力学过 系统有m个子系统，可以列出m个成本平衡方 程：对于能级分析，其评价主要是合理用能：以分析 程，以矩阵表示： 和经济分析为基础的热经济学分析法，紧密地将热力 A×E。×C+Z、=0, (1) 学分析与经济学分析结合起来，不仅考虑了能量的质 A×Ⅱ+Z、=0. (2) 量和数量问题，并将流的价格以数据的形式表示，来 式中：A为事件矩阵，若系统中包含着m个子系统，n 追求系统经济效益和能量使用效率的最佳综合效果， 股流，则事件矩阵为Am,可以用a,表示A矩阵中的 同时，能够更好地理解系统或设备中成本的形成规律 元素：当流j输入子系统i时，记为a,=1:当流j 和分布状况. 输出子系统i时，记为a,=-1:当流j既不输出也不 对于钢铁企业，不仅要考虑技术上的优越，还必须 输入子系统i时，记为ag=0.Emxn为向量的对角 考虑经济上的合理，热分析法和分析法只能提供技 矩阵，C。x!为单位热经济学成本向量，Ⅱ。x1为热经济学 术上的最优化方案，而热经济分析能够综合技术和 成本向量，Z、为非能量费用向量. 经济两方面因素进行优化，提供技术和经济的最优 由于流数n总大于子系统数m,若要使方程组 化方案.某些钢种在生产过程中，可选择不同的精炼 中的各股流得到准确唯一的解，就必须建立(n-m) 工艺路线，均能实现工艺要求.由此，合理工艺流程 个补充方程，这些方程以矩阵形式表示为： 的选择具有理论和现实意义.本文采用热经济学分 a×E。×C-W=0, (3) 析方法对S钢厂SPHC钢种生产过程的转炉一精炼工 a×Ⅱ-W=0. (4) 序进行热经济学成本分析，分析转炉一精炼工序的成 式中，为(n-m)行n列的矩阵，W为(n-m)行的列 本形成过程和分布规律，为合理的工艺路径选择提 向量 供依据. 将式(1)与式(3)，式(2)和式(4)合并得： 1 热经济学分析方法 A×E。×C+Z=0, (5) A×Ⅱ+Z=0. (6) 1.1热经济相关概念 式中：Ax为扩展事件矩阵，A=（A) :乙。x1为扩展的 热经济学@是将分析和经济分析相结合的一 补充方程建立后，其矩 种分析方法，实质上是在热力学分析的基础上进行的 非能量费用向量，A=(二) 系统经济优化，其基本原理是通过将能量或能量损失 阵A满秩，由式(5)和式(6)即可解得单位热经济成本 价格化，把这两个不可比的目标统一到以经济性表征 C和热经济成本Ⅱ. 的单一目标，从而实现经济性目标与节能性目标的有 C=-E。×A1xZ (7) 机综合 Ⅱ=-Al×Z. (8) 热经济学方法主要包括热经济会计统计、损定 为了使A满秩需要建立补充方程，建立(n-m) 价法、常规热经济学优化法、热经济局部工程调优法、 个补充方程的原则为： 热经济全系统工程调优法、系统热经济结构优化合成 (1)从外部输出的的单位价按市场价格 法以及符号经济模型，其中符号经济模型四又称 计算： 矩阵模型，综合了前几种方法的特点，是热经济学中的 (2)对于多产品的子系统，许多文献中按各产品 重要方法 单价相等的原则计算，但对于钢铁企业来说，其产品 1.2符号经济学基本原理 多种多样，各自的地位也不尽相同，因此用单价相等 符号经济学是将能量生产系统划分成多个子系 的原则来计算是不合理的.为此，引入价格系数的
工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 级分析法、热经济学分析法． 以热力学第一定律为基 础的热分析法已趋于成熟，广泛地应用于生产实际过 程中，但是此种方法只注重了量的平衡，而忽略了能量 的质量，在某些时候，往往对能量系统的优化和节能产 生误导; 基于热力学第一、第二定律的 分析法，不仅 考虑了能量的数量，也考虑了能量的质量，能够分析对 比不同品质的能量，能够更加有效地揭示系统的能量 损失，但是在对能量系统进行综合优化和全面分析时， 可能出现“节能不节钱”的情况［9］，此外 分析法忽略 了生产中成本的因素，因而无法更加全面的评价系统 和设备的生产性能，也无法揭示成本形成的热力学过 程; 对于能级分析，其评价主要是合理用能; 以 分析 和经济分析为基础的热经济学分析法，紧密地将热力 学分析与经济学分析结合起来，不仅考虑了能量的质 量和数量问题，并将 流的价格以数据的形式表示，来 追求系统经济效益和能量使用效率的最佳综合效果， 同时，能够更好地理解系统或设备中成本的形成规律 和分布状况． 对于钢铁企业，不仅要考虑技术上的优越，还必须 考虑经济上的合理，热分析法和 分析法只能提供技 术上的最优化方案，而热经济分析能够综合技术和 经济两方面因素进行优化，提供技术和经济的最优 化方案． 某些钢种在生产过程中，可选择不同的精炼 工艺路线，均能实现工艺要求． 由此，合理工艺流程 的选择具有理论和现实意义． 本文采用热经济学分 析方法对 S 钢厂 SPHC 钢种生产过程的转炉--精炼工 序进行热经济学成本分析，分析转炉--精炼工序的成 本形成过程和分布规律，为合理的工艺路径选择提 供依据． 1 热经济学分析方法 1. 1 热经济相关概念 热经济学［10］是将 分析和经济分析相结合的一 种分析方法，实质上是在热力学分析的基础上进行的 系统经济优化，其基本原理是通过将能量或能量损失 价格化，把这两个不可比的目标统一到以经济性表征 的单一目标，从而实现经济性目标与节能性目标的有 机综合． 热经济学方法主要包括热经济会计统计、 损定 价法、常规热经济学优化法、热经济局部工程调优法、 热经济全系统工程调优法、系统热经济结构优化合成 法以及符号 经济模型，其中符号 经济模型［11］又称 矩阵模型，综合了前几种方法的特点，是热经济学中的 重要方法． 1. 2 符号 经济学基本原理 符号 经济学是将能量生产系统划分成多个子系 统，各个子系统之间由某些 流联系着，通过建立事件 矩阵将系统中的各股 流和各子系统联系起来，进而 建立成本平衡方程，并辅以必要的补充方程，得到系统 中各股 流的单位热经济学成本，最后得出产品的热 经济学成本． 事件矩阵不能反映各股 流的目的和作用，只能 从结构上描述系统，因此引入燃料--产品命题［12--13］． 产 品是指作为子系统生产目的输出的 流，燃料是指为 获得产品输入的 流． 1. 3 符号 经济模型计算矩阵的建立 系统有 m 个子系统，可以列出 m 个成本平衡方 程，以矩阵表示: A × ED × C* + ZK = 0， ( 1) A × Π + ZK = 0． ( 2) 式中: A 为事件矩阵，若系统中包含着 m 个子系统，n 股 流，则事件矩阵为 Amn，可以用 aij表示 A 矩阵中的 元素: 当 流 j 输入子系统 i 时，记为 aij = 1; 当 流 j 输出子系统 i 时，记为 aij = － 1; 当 流 j 既不输出也不 输入子系统 i 时，记为 aij = 0． EDn × n为 向量的对角 矩阵，C* n × 1为单位热经济学成本向量，Πn × 1为热经济学 成本向量，ZK为非能量费用向量． 由于 流数 n 总大于子系统数 m，若要使方程组 中的各股 流得到准确唯一的解，就必须建立( n － m) 个补充方程，这些方程以矩阵形式表示为: α × ED × C* － W = 0， ( 3) α × Π － W = 0． ( 4) 式中，α 为( n － m) 行 n 列的矩阵，W 为( n － m) 行的列 向量． 将式( 1) 与式( 3) ，式( 2) 和式( 4) 合并得: A × ED × C* + Z = 0， ( 5) A × Π + Z = 0． ( 6) 式中: An × n为扩展事件矩阵，A ( = A ) α ; Zn × 1为扩展的 非能量费用向量，A ( = ZK － W ) ． 补充方程建立后，其矩 阵 A 满秩，由式( 5) 和式( 6) 即可解得单位热经济成本 C* 和热经济成本 Π． C* = － E － 1 D × A － 1 × Z， ( 7) Π = － A － 1 × Z． ( 8) 为了使 A 满秩需要建立补充方程，建立( n － m) 个补充方程的原则［14］为: ( 1) 从 外 部 输 出 的 的 单 位 价 按 市 场 价 格 计算; ( 2) 对于多产品的子系统，许多文献中按各产品 单价相等的原则计算，但对于钢铁企业来说，其产品 多种多样，各自的地位也不尽相同，因此用 单价相等 的原则来计算是不合理的． 为此，引入价格系数［15］的 · 83 ·
贺东风等：基于符号经济模型的转炉一精炼工序热经济分析 ·39· 概念，所谓价格系数，就是指在多系统中，两种产品的 2模型建立 单价之比.产品的价格系数体现了产品在钢铁企业 生产中的地位. 2.1转炉-精炼系统热经济分析模型 炉外精炼又称二次精炼，一般是指把转炉、电炉得 C.gE,-G g -0. (9) 到的初炼钢水转移到钢包中，为得到更高质量的钢水 式中，C,、C表示第i股流的单位热经济学成本， 而进行的治金操作.SPHC钢是用途广泛的热轧钢 E,、E,表示第i股流的值，E表示i两种产品的 种，属于低硅低硫铝镇静钢，对硅、硫含量的要求比较 价格系数，为产品i与产品j的单价之比. 严格.S钢厂生产SPHC-W1钢有三种工艺路线，分别 (3)若子系统的燃料为双线流，则构成双线流 是转炉一RH一连铸，转炉CAS一连铸，转炉一LF一连铸， 的两股流的单价相等.所谓双线流是指流进入 这三种工艺路线在实际生产中都有采用.本文根据不 该系统后又流出该系统 同的精炼工艺，以及各股流之间的关系分别建立了 根据上述原则建立补充方程，即可使矩阵满秩，求 转炉-RH、转炉CAS、转炉-LF等转炉一精炼工序的热 得唯一解 经济分析模型，如图1~3所示 一1、铁水 一2.废钢 10,蒸汽 一13.蒸汽 一3.石灰 一14、废钢 一4、白公 转 一5氧气 -11、转炉钢水 15,到站钢水。 -19、精炼钢水。 一6，氩气 一16、保温剂 一7、转炉煤气。 : 一16，缸气 一8、电 12,转护煤气 一17、铝粒 一9，球州 图1转炉-RH热经济学成本分析模型 Fig.1 Thermoeconomic cost analysis model of BOF-RH 一1、铁水 一2.废钢 10、浆汽 一13，瓶气 一3、石灰 一14、废钢 一4。白云石 转 一5、氧气 11、传炉钢水。 15、到站钢水。 CAS 一18、精炼钢水= 一6、缸气 一16.保温剂。 —7、0: 一8、电 -12.1.DGg 一17.铝粒 一9、球 图2转炉CAS热经济学成本分析模型 Fig.2 Thermoeconomic cost analysis model of BOF-CAS 2.2转炉RH系统计算矩阵 转炉一RH为例建立转炉一精炼工序的经济分析 由于转炉-RH、转炉CAS、转炉-LF等转炉-精炼 模型. 工序建立热经济分析模型的原则和方法相同，因此以 由图1可知，模型分为3个子系统，其中两矩形分
贺东风等: 基于符号 经济模型的转炉--精炼工序热经济分析 概念，所谓价格系数，就是指在多系统中，两种产品的 单价之比． 产品的价格系数体现了产品在钢铁企业 生产中的地位． Ci 1 Ei Ei － Cj 1 Ei Eiεi，j = 0． ( 9) 式中，Ci、Cj表示第 i、j 股 流的单位热经济学成本， Ei、Ej表示第 i、j 股 流的 值，εi，j表示 i、j 两种产品的 价格系数，为产品 i 与产品 j 的 单价之比． ( 3) 若子系统的燃料为双线流［14］，则构成双线流 的两股 流的 单价相等． 所谓双线流是指 流进入 该系统后又流出该系统． 根据上述原则建立补充方程，即可使矩阵满秩，求 得唯一解． 2 模型建立 2. 1 转炉--精炼系统热经济分析模型 炉外精炼又称二次精炼，一般是指把转炉、电炉得 到的初炼钢水转移到钢包中，为得到更高质量的钢水 而进行的冶金操作． SPHC 钢［16］是用途广泛的热轧钢 种，属于低硅低硫铝镇静钢，对硅、硫含量的要求比较 严格． S 钢厂生产 SPHC--W1 钢有三种工艺路线，分别 是转炉--ＲH--连铸，转炉--CAS--连铸，转炉--LF--连铸， 这三种工艺路线在实际生产中都有采用． 本文根据不 同的精炼工艺，以及各股 流之间的关系分别建立了 转炉--ＲH、转炉--CAS、转炉--LF 等转炉--精炼工序的热 经济分析模型，如图 1 ～ 3 所示． 图 1 转炉--ＲH 热经济学成本分析模型 Fig． 1 Thermoeconomic cost analysis model of BOF--ＲH 图 2 转炉--CAS 热经济学成本分析模型 Fig． 2 Thermoeconomic cost analysis model of BOF--CAS 2. 2 转炉--ＲH 系统计算矩阵 由于转炉--ＲH、转炉--CAS、转炉--LF 等转炉--精炼 工序建立热经济分析模型的原则和方法相同，因此以 转炉--ＲH 为 例 建 立 转 炉--精 炼 工 序 的 经 济 分 析 模型． 由图 1 可知，模型分为 3 个子系统，其中两矩形分 · 93 ·
·40· 工程科学学报，第38卷，增刊1 一1，铁水 一2，废锅 10.蒸汽 一13.氩气 一3.灰 一14.废倒 一4.自云石。 转 一5.（气 11.转炉钢水· 15到站钢水 F 一19、精炼钢水· 炉 一6，氩气 一16、保温剂。 一7，转炉煤气。 一17、增碳剂 一8.电 12。转炉煤气= 一18，铝粒 一9、球团 图3.转炉-F热经济学成本分析模型 Fig.3 Thermoeconomie cost analysis model of BOF-LF 别代表着转炉和RH工序，中间的菱形则为虚拟的子 矩阵，由于流13、15为上一工序的产品，进而其单 系统，代表着钢水的运输，由于在运输过程中钢水存在 价应该按照上一工序的产品单价计算： 着能量的耗散，为了考虑耗散这部分的成本，因此引入 (2)流7和流12为双线流，按其输入和输出 了虚拟的子系统 单价相等的原则建立补充方程： 对于转炉一RH系统，其补充方程可以分为如下 (3)流10到流12是转炉工序的产品流，引入 三类： 价格系数的概念，按照产品流的单价之比等于价格 (1)转炉工序共有9股输入流，其输入单价 系数的原则建立补充方程. 已知的原则建立补充方程，RH工序共有6股输入流， 转炉一精炼工序的事件矩阵、扩展事件矩阵、扩展 由图可知其中流14、16、17、18按已知的单价建立 非能量向量分别为A,x1Ago乙x: r111111111-1-1-1000000 01 A=00000000001000-10000 (10) L000000000000111111-1 1 1 11111 1 -1 -1 -1 00 0 0 0 0 0 00 000 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 1 1 -1 1 00 E 0 0 0 0 0 0 1 E, 0 0 0 A= 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 000 Eu 0 000 1 000 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 (11) Z=[Zx Z Zx3 -W -W2.-W 0 -Ws -W 000 -Wu -Wi6 -Wi7 -Wis]. (12)
工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 图 3 转炉--LF 热经济学成本分析模型 Fig． 3 Thermoeconomic cost analysis model of BOF--LF 别代表着转炉和 ＲH 工序，中间的菱形则为虚拟的子 系统，代表着钢水的运输，由于在运输过程中钢水存在 着能量的耗散，为了考虑耗散这部分的成本，因此引入 了虚拟的子系统． 对于转炉--ＲH 系统，其补充方程可以分为如下 三类: ( 1) 转炉工序共有 9 股输入 流，其输入 单价 已知的原则建立补充方程，ＲH 工序共有 6 股输入流， 由图可知其中 流 14、16、17、18 按已知的 单价建立 矩阵，由于 流 13、15 为上一工序的产品，进而其 单 价应该按照上一工序的产品 单价计算; ( 2) 流 7 和 流 12 为双线流，按其输入和输出 单价相等的原则建立补充方程; ( 3) 流 10 到 流 12 是转炉工序的产品流，引入 价格系数的概念，按照产品流的 单价之比等于价格 系数的原则建立补充方程． 转炉--精炼工序的事件矩阵、扩展事件矩阵、扩展 非能量向量分别为 A3 × 19、A19 × 19、Z19 × 1 ． A = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 － 1 － 1 － 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 － 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 － 1 ， ( 10) A = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 － 1 － 1 － 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 － 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 － 1 1 E1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 E2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 E7 0 0 0 0 － 1 E12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 E11 － 1 E12 × ε11，12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 E18 0 ， ( 11) Z =［ZK1 ZK2 ZK3 － W1 － W2 … － W6 0 － W8 － W9 0 0 0 － W14 － W16 － W17 － W18］T ． ( 12) · 04 ·
贺东风等：基于符号经济模型的转炉一精炼工序热经济分析 ·41 矩阵中的Z、Z。、Zs分别表示转炉工序、运输过 3实例计算 程、RH工序的非能量费用，由于只计算关于能量的成 本，因此全部取零，W~W分别为各燃料的单价， 3.1热经济学成本计算 E,2为转炉钢水与转炉煤气的单价之比 根据上述，建立S钢厂SPHC-W1钢的三种生产 转炉-RH工序热经济分析模型用方程组表示为 工艺模型，代入实际生产工艺数据对转炉-RH、转炉一 [CE1+…C,E,-CoEo-…CuE2+Zu=0, CAS、转炉-LF等转炉-精炼工序进行热经济学成本分 Cu Eu CisEis +Zi=0, 析计算. CE13 +CuE+CisEis CiE19+Z3=0, 计算所得转炉-RH、转炉CAS、转炉一LF等系统 的流值（生产1：精炼钢水所需物料具有的值大 c-=0 小，即各物流可用能的多少)分别如表1~3所示 把相关的数据代入到建立的热经济学分析模型的 ,-o0 方程组中，即可求得各系统各股流的单价，根据公 C E1 式(8)即可求得各系统的热经济学成本（生产单位精 E,-W=0 炼钢水，系统中产生的每股流所消耗的现金值)，分 C:Es 别如表4~表6所示. 由表4~6可以看出，对于系统的输入部分，铁水 1 的成本份额最大，约占90%左右，铁水是转炉的主要 、一11一2公2=0↑ 物料，因此可以看出铁水是影响系统热经济学成本的 主要因素 Ew-Ww=0. 3.2 效率计算分析 效率是指系统或设备中的有效利用的与所消 (13) 耗的的比值，即 由上述方程组，利用MTALAB软件进行求解，即 E a (14) 可得到转炉一RH工序各股流的单位热经济学成本 和热经济学成本. 式中，E为有效利用的 ,Em为消耗的 表1转炉-RH系统流值 Table 1 Exergy values of the BOF-RH system MJ-t-1 1-铁水 2-废钢 3一石灰 4-白云石 5-氧气 6-氢气 7一转炉煤气 8-电 9-球团 10-蒸汽 8848.76 627.70 54.58 23.91 8.60 1.06 94.16 228.06 2.12 112.75 11一转炉钢水12-转炉煤气13-蒸汽 14-废钢15-到站钢水16-保温剂 17-氩气 18-铝粒19-精炼钢水 7932.49 700.18 55.73 26.24 7884.32 4.30 0.10 31.82 7716.38 表2转炉-CAS系统流值 Table 2 Exergy values of the BOF-CAS system M-t-1 1-铁水 2-废钢 3-石灰 4-白云石 5-氧气 6-氩气 7一转炉煤气 8-电 9-球团 8838.82 597.07 52.46 23.30 8.90 1.02 93.30 212.04 3.12 10-蒸汽 11一转炉钢水12-转炉煤气13-氩气 14-废钢15-到站钢水16-保温剂 17一铝粒 18一精炼钢水 112.75 8023.55 713.21 0.21 57.78 7990.87 3.10 10.22 7723.59 表3转炉-{F系统流值 Table 3 Exergy values of the BOF-LF system MJt- 1-铁水 2-废钢 3-石灰 4一白云石 5-氧气 6-氢气 7一转炉煤气 8-电 9-球团 10-蒸汽 8760.40 619.34 53.58 25.63 8.73 1.09 93.30 210.02 2.83 112.75 11一转炉钢水12-转炉煤气13-氢气 14-废钢15-到站钢水16-保温剂17-增碳剂 18-铝粒19-精炼钢水 8008.38 692.41 0.04 24.32 7978.32 3.00 10.22 7723.59 7734.88
贺东风等: 基于符号 经济模型的转炉--精炼工序热经济分析 矩阵中的 ZK1、ZK2、ZK3分别表示转炉工序、运输过 程、ＲH 工序的非能量费用，由于只计算关于能量的成 本，因此全部取零，W1 ～ W19 分别为各燃料的 单价， ε11，12为转炉钢水与转炉煤气的 单价之比． 转炉--ＲH 工序热经济分析模型用方程组表示为 C1E1 + …C9E9 － C10E10 － …C11E12 + Zk1 = 0， C11E11 － C15E15 + Zk2 = 0， C13E13 + C14E14 + …C18E18 － C19E19 + Zk3 = 0， C1 1 E1 E1 － W1 = 0， C7 1 E7 E7 － C12 1 E12 E12 = 0， C8 1 E8 E8 － W8 = 0， C11 1 E11 E11 － C12 ε11，12 E12 E12 = 0， C18 1 E18 E18 － W18 = 0 ， ( 13) 由上述方程组，利用 MTALAB 软件进行求解，即 可得到转炉--ＲH 工序各股 流的单位热经济学成本 和热经济学成本． 3 实例计算 3. 1 热经济学成本计算 根据上述，建立 S 钢厂 SPHC--W1 钢的三种生产 工艺模型，代入实际生产工艺数据对转炉--ＲH、转炉-- CAS、转炉--LF 等转炉--精炼工序进行热经济学成本分 析计算． 计算所得转炉--ＲH、转炉--CAS、转炉--LF 等系统 的 流值( 生产 1 t 精炼钢水所需物料具有的 值大 小，即各物流可用能的多少) 分别如表 1 ～ 3 所示． 把相关的数据代入到建立的热经济学分析模型的 方程组中，即可求得各系统各股 流的 单价，根据公 式( 8) 即可求得各系统的热经济学成本( 生产单位精 炼钢水，系统中产生的每股 流所消耗的现金值) ，分 别如表 4 ～ 表 6 所示． 由表 4 ～ 6 可以看出，对于系统的输入部分，铁水 的成本份额最大，约占 90% 左右，铁水是转炉的主要 物料，因此可以看出铁水是影响系统热经济学成本的 主要因素． 3. 2 效率计算分析 效率是指系统或设备中的有效利用的 与所消 耗的 的比值，即 η = Eeff Eexp ． ( 14) 式中，Eeff为有效利用的 ，Eexp为消耗的 ． 表 1 转炉--ＲH 系统 流值 Table 1 Exergy values of the BOF--ＲH system MJ·t － 1 1--铁水 2--废钢 3--石灰 4--白云石 5--氧气 6--氩气 7--转炉煤气 8--电 9--球团 10--蒸汽 8848. 76 627. 70 54. 58 23. 91 8. 60 1. 06 94. 16 228. 06 2. 12 112. 75 11--转炉钢水 12--转炉煤气 13--蒸汽 14--废钢 15--到站钢水 16--保温剂 17--氩气 18--铝粒 19--精炼钢水 7932. 49 700. 18 55. 73 26. 24 7884. 32 4. 30 0. 10 31. 82 7716. 38 表 2 转炉--CAS 系统 流值 Table 2 Exergy values of the BOF--CAS system MJ·t － 1 1--铁水 2--废钢 3--石灰 4--白云石 5--氧气 6--氩气 7--转炉煤气 8--电 9--球团 8838. 82 597. 07 52. 46 23. 30 8. 90 1. 02 93. 30 212. 04 3. 12 10--蒸汽 11--转炉钢水 12--转炉煤气 13--氩气 14--废钢 15--到站钢水 16--保温剂 17--铝粒 18--精炼钢水 112. 75 8023. 55 713. 21 0. 21 57. 78 7990. 87 3. 10 10. 22 7723. 59 表 3 转炉--LF 系统 流值 Table 3 Exergy values of the BOF--LF system MJ·t － 1 1--铁水 2--废钢 3--石灰 4--白云石 5--氧气 6--氩气 7--转炉煤气 8--电 9--球团 10--蒸汽 8760. 40 619. 34 53. 58 25. 63 8. 73 1. 09 93. 30 210. 02 2. 83 112. 75 11--转炉钢水 12--转炉煤气 13--氩气 14--废钢 15--到站钢水 16--保温剂 17--增碳剂 18--铝粒 19--精炼钢水 8008. 38 692. 41 0. 04 24. 32 7978. 32 3. 00 10. 22 7723. 59 7734. 88 · 14 ·