能源作为钢铁企业重要的资源消耗，在生产成本中占有较大的比重，作为钢铁企业二次能源的燃气，能源成本比例高达30%以上。一直以来，我国钢铁企业能源消耗与德、美、英、法、日等发达国家相比仍存在较大的差距。企业能源浪费现象严重，环保压力日趋加大。针对我国钢铁行业能耗高、污染严重、能源设备维护成本高等痛点，在保证企业生产稳定运行的前提下，通过燃气预测与优化调度，企业可以实现合理用能，减少燃气放散，防止环境污染和能源浪费，有效降低企业二次能源成本，提高燃气综合利用率。因此，加强燃气预测与优化调度已成为企业节能增效的主攻方向。
现状分析
目前，钢铁企业燃气管理方面主要存在的问题及具体分析如下：
1.仪表数量多，计量误差大。
钢铁企业燃气从产生、传输、存储、交换、消耗等过程，经过管网、煤气柜等，流程较为繁琐和复杂，各个环节的计量仪表数量较多，计量仪表数量达千台以上；部分仪表计量精度不够导致计量不准；计量总表与分表之间存在误差，有的误差率高达10%～20%；通过采集系统采集上来的仪表数据信息还需要能源部门进行二次修正。计量的误差和人为干预导致能源数据信息不准确、不及时，不能为各生产工序的成本核算、单体设备产能、用能优化提供准确的基础数据支撑。
2.影响因素多，预测难度大。
在实际生产过程中，燃气的供需随着生产计划、生产实际和检修计划等变化的影响，燃气的产生与消耗量也随之动态波动；异常情况下（如高炉全部停炉）也会造成燃气的产生和消耗出现巨大的波动。同时，燃气的产生和耗用的各个环节影响因素较多，以高炉热风炉为例，单个热风炉预测煤气消耗量的影响参数包括各种状态、压力、温度、流量等，众多的影响因素增加了燃气预测的难度。
3.人为干预多，优化局限性大。
由于钢铁企业业务信息化建设各成体系，与能源相关的业务系统之间缺乏有效沟通，集成性差。一些用能单元之间存在信息壁垒，导致信息传递不顺畅、不及时，人机协同能力差，尚未形成用能单元间的高效信息共享和协同机制，导致燃气调度人为干预较多，主要依靠人工经验计算完成用以指导能源预测、平衡、调度，在问题大小、约束条件、优化程度等方面存在很大的局限性。
解决思路
针对一些钢铁企业存在的上述现状，燃气预测与优化调度的实现建议从3个方面开展：
1.梳理基础信息，夯实基础工作。
（1）梳理仪器仪表。
对钢铁企业所有与燃气相关的计量仪表进行查漏补缺，找出计量不准或老化的仪表进行更新、升级改造，实现重要计量仪表数据的自动采集，同时加强计量仪表的日常维护管理，对计量仪表定期进行检定和维护，将能源计量的输差率控制在产能和用能双方约定的范围内。
（2）梳理燃气用户。
对钢铁企业所有与燃气相关的用户，按对生产影响的重要程度、产气量和用气量等进行分类，可分为4种类别：一是产气用户：主要是燃气的产生单元，如高炉、焦炉、转炉等。二是存储用户：包括高炉煤气柜、焦炉煤气柜、转炉煤气柜等，每种煤气柜的柜容有上下限约束，通过柜容可以判断各种燃气的使用量是否充足。三是消耗用户：主要是燃气的使用单元，如高炉热风炉、热轧加热炉等。按可使用燃气的类别、耗气量多少、耗气量受外界影响大小等因素进行分类管理，比如高炉热风炉占高炉煤气产量约40%，且耗气量受外界影响因素较多，属于比较重要的刚性用户。四是调节用户：主要是燃气的调节单元。为保证燃气生产、消耗平衡，该类用户在指定生产任务条件下，可采用不同组合和配比的方式，对燃气的生产、消耗进行调整。
（3）梳理燃气流向。
要想做好燃气预测和优化调度，必须要清楚燃气的来龙去脉，燃气从哪里来，通过什么传递，存储在哪里，消耗在哪里？
2.理清前提条件，确认平衡原则。
（1）理清影响因素。
燃气生命期中的生产、消耗、储存都会受到多种因素影响，在做燃气预测优化调度之前要理清各种燃气的影响因素，并对影响因素进行分类、综合排序，对燃气产生和消耗的影响程度有针对性地制订优化模型。以高炉热风炉为例，其影响因素分为3种：一是内部影响因素：正常生产情况下，高炉热风炉煤气消耗量的影响因素包括热风炉状态、冷风阀状态、烟道温度、拱顶温度、围管温度、热风流量、助燃空气温度、助燃空气流量。二是外部影响因素：如区域政策性限产、北方钢铁企业冬天采暖季。三是异常情况：如高炉（包括对应的热风炉）全部停炉、大规模停电，造成燃气消耗出现大波动，短期内表现为不平衡状态。
（2）理清约束条件。
在燃气优化调度过程中，会受到各种约束条件的限制。因此，要弄清楚各种约束条件及约束范围。具体约束分为5种：一是平衡约束：包括产生、存储、消耗变化量之间的平衡，以及热能与电能相互转化之间的平衡。二是操作约束：生产过程中，产线上与能源相关设备的操作规范，输入和输出量的上下限要求。三是能量约束：用户（单一燃气用户、混合燃气用户）对于燃气的产生量和使用量、配比、热值等限制在符合生产需求的范围内。四是优先级约束：燃气供应顺序满足不同优先级的用户需求。五是关联约束：不同产能或用能设备之间的具体约束以及用于对外供应时的某些特定约束。
（3）明确平衡原则。
燃气平衡原则主要保证燃气的发生量和各生产环节的用气量之间的平衡，对所产出的燃气全部回收利用，既保证燃气不会因为富裕而进行放散，也不会因为供应不足而需要额外购买。因此，钢铁企业需要充分发挥煤气柜的缓冲作用和管网的压力调节作用，尽可能保持煤气柜或管网的稳定，防止设备的损耗，减少燃气的放散和不足的风险。
燃气的具体平衡原则分为静态平衡和动态平衡：
静态平衡：CCPP和自备电站作为调节用户，燃气在满足生产过程的用气条件下，富裕燃气可供CCPP和自备电站使用。在正常生产情况下，燃气不放散。
动态平衡：在实际生产运行过程中，燃气生产和消耗量会出现波动，导致燃气供应和燃气消耗都在动态变化，能源调度根据生产实际情况对波动进行判断，针对不同类型的波动选择合适的调度策略，并指导各用户及时调整，实现动态平衡。
3.找出优化环节，实现优化调度。
（1）找出优化环节。
根据燃气流向、影响因素、用户类别、用气特点等因素和约束条件，结合企业生产实际情况（包括燃气历史的生产、消耗），找出所有的燃气优化点，考虑优化的难度和可操作性，对所有优化点进行综合排序。以高炉煤气为例，热风炉和热轧对高炉煤气影响最大，因此，可以将热风炉均衡燃烧和热轧质量控制作为重点优化环节。同时，设定优化目标，以便于对优化结果进行对比分析和评估改进。
（2）建立模型算法。
针对可优化的环节，选取相应的模型算法。因此，在产生与消耗预测的基础上，充分考虑影响因素、约束条件、平衡原则，采用遗传、粒子群优化等智能优化算法进行优化求解以实现优化目标。
（3）打通系统壁垒。
燃气预测与优化调度需要与企业内多个信息系统（如能源系统、生产系统、产销系统）产生信息交互（如生产计划、历史数据、检修计划）。因此，需要将其与关联系统打通，保证数据及时准确交互的同时，要充分考虑与之关联系统的安全性，避免对其他业务系统的正常运行产生负面影响。
结 论
通过上述方法的运用，保证钢铁企业在生产稳定运行的情况下，可有效降低人工劳动强度，避免人为误差，减少用能安全隐患；调度人员可以准确掌握产能和耗能数据及变化趋势并及时下达调度指令，提升调度效率，实现能源管理全局最优化；可减少燃气放散造成的浪费，增加发电量，提高燃气综合利用效率，有效降低企业能源成本，对于钢铁企业节能减排和绿色可持续发展意义重大。
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