复合流程工业中物流对能耗影响的分析模型

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第19卷第ll期

Vbl.19No.11

中国有色金属学报

TheChineseJournalofNonfbrrous

2009年11月

Metals

Nav2009

文章编号:1004—0609(2009)11—2050—06

/

复合流程工业中物流对能耗影响的分析模型

刘丽孺1,陆钟武2,张红福3

(1.广东工业大学建设学院,广卅I

5lo006;

2.东北大学材料与冶金学院,沈阳1l0004:3.广州粤能电力科技开发有限公司,广州510075)

摘要:以基准物流图研究法为基础,建立一种能够分析复合流程工业中物流对能耗的影响分析模型。并以某氧化铝厂1999年生产数据为依据,采用该模型分析复合流程中偏离基准物流图的各股物流(包括从外界输入的物流a、回收进行再处理的不合格产品或副产品卢以及向外界输出物流力对折合比、工序能耗和最终产品综合能耗的影响。

关键词:复合流程;能耗;物流;流程工业中图分类号:11F

文献标识码:A

Modelforanalyzingefflectofmaterialnowsonenergyintensi呵incomplexprocessindustries

LIU

Li.m1,LUZhong.wu2,ZHANGHong.向3

(1.InstimteofConstmction,GuaIlgdongUniVcrs时ofTechnology,Gu锄gzh叫510006,Chim;

2.Schoolof

MaterialsandMetallu唱y,NonheastcmUniversi吼Shenyang110004,China;

3.YuenengPowcrTecIlnolog)r

Co.Ltd.,G啪gzhou510075,China)

diagram(SMFD),a

modelforarIalyzingthee丘bct

on

Abst豫ct:BaSed

flows

on

on

tllemethodof

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maIcrialflowofmaterial

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SMFD(includ堍

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material矗om

s咖undingⅡ,recycleunqllali6ed柚d

beanalyzedclearIyusingthismodel.

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y)ontlleproductratio,ullitprocess

can

ene唱yintensityand印e唱yintensityofthefinalproductirIcomplex

processindustries

Keywords:complexprocess;energyintensit),;matenalnows;pmcessindus缸y

流程工业都有一个共同特点,那就是从天然原料开始到最终产品的生产,中间要经过多道生产工序,每道工序的产品都是下道工序的主要原料,最后一道工序的产品除外,该道工序生产最终产品。一般流程工业的生产过程,涉及到流程长、工序多、物流复杂、

能耗高。其中,复杂的物流对能耗有重要的影响,已

业物流和能流的校对模型,并将其应用到造纸工业【2-4】

和钢铁工业【5-7】。陆钟武掣8】和于庆波掣9-101提出了基

准物流图的研究方法,并用该法定量分析钢铁生产流程中物流与综合能耗的关系。最近,该方法被拓展应用到氧化铝生产中,定量分析氧化铝生产流程中物流

对能耗的影响【l卜¨J。

引起广泛重视。HyMAN和I汪ED【1】开发针对流程工

基金项目:人事部2007年度留学人员科技活动择优资助项目【2007】_349号收稿日J胡:2008.12.12;修订日期:2009一06.29

但上述物流对能耗影响的分析方法都是以串联流

通信作者:刘丽孺,副教授,博士;电话:020一80551958;E.man:cyoohaku@yall00.c0皿cn

杭州物流公司/

第19卷第11期

刘丽孺,等:复合流程工业中物流对能耗影响的分析模型

205l

程为基础。实际上,许多流程工业的具体生产流程中各工序之间的关系既有串联、又有并联,是~种复合流程。如某混联法氧化铝生产流程,并联的拜耳法与烧结法工艺都生产出氢氧化铝,最后氢氧化铝工序经过焙烧工序生产出氧化铝。本文作者以基准物流图研究法为基础,建立一种能够分析复合流程工业中物流对能耗影响的分析模型。

1模型的建立

1.1复合生产流程的基准物流图

为了使分析模型简单易懂,选择某简单的复合流程为例来加以说明。该流程共有聆道生产工序,并且各工序之间既有并联又有串联,其中两并联流程的生产比例分别为妒】和妒2(妒l+伊2=1)。根据“全封闭单行

道”式基准物流图的概剁8,11】:1)全流程中含最终产

品元素的物料的惟一流向是从上游工序流向下游工序;2)在流程的中途,没有含最终产品元素的物料的输入和输出。同时,又能满足以上两个条件,并以单位最终产品为基础的物流图,叫做基准物流图。根据该定义,绘制某复合流程的基准物流图如图1所示。

潞簿一

辔钮礴

.赫P03e(H

P0册

图1某复合流程的基准物流图

Fig.1

S切【ndardmate—alsflow

diag姗ofcomplexprocess

图1中每个圆圈代表一道工序,圆圈上方所标的cl、c2、…、“是各工序产品中最终产品元素的含量,第胛道工序产出的是最终产品,设c产l。圆圈下方所

标的£0l、印2、…、‰是各工序的基准工序能耗。在

每个箭头上方所标的咖l/cl、西。/c2、…1k是各工序的基准折合比,并记作pol、p02、…、p胁。

根据该基准物流图,采用e.p分析法【14-151可求得该复合流程的单位最终产品的综合能耗岛(简称基准

能耗)为

‰:立%l+立P02+...+堕P03+照P04+...+

—PoH+eo一=polPol+p02P02+…+

C一一1

p03P03+p04P04+…+po^一1£oⅣ一1+eoⅣ

(1)

式(1)是同各种物流状况下实际流程的能耗值进行对比的基准。

1.2流程工业生产的实际物流图

实际流程工业生产的物流情况是十分复杂的。对任何一个生产工序f来说,它都可能会有如下的6种

物流,其流程图如图2所裂8 乃】。图中所有物流的量,

都指的是含有最终产品元素的量。

8u。。。unding

Inputf}。msurr。unding口,

7。歹utpu‘t0I

罾量癣渺币‘J—、(品ip裟搿process‘f一1’,,——1—_-——弋

unitprocessf

——————————.1Processjl∥,巾product

to

unitprocess册

∥,,recycleproductfmmunitpmcess/

图2物料在工序中的流动示意图

Fig.2

Materialnows

diagr姗ofunit

process

上述的6股物流,满足如下最终产品的质量平衡

关系:

Gj—l+口f+岛,f=Gf+乃+屈,。(,"<f<力

(2)

可见,有3种偏离基准物图的物流,即从外界输入的物流(a)、回收进行再处理的不合格产品或副产品(D以及向外界输出物流(),)。根据以前的分析可知【H3】:

1)从外界向某工序输入含最终产品元素的物料似物流)可以降低其上游各工序的折合比,从而降低最终产品的能耗,且越是后部工序,降低能耗越多。

2)从任何工序向外界输出含最终产品元素的物料(y物流)增加该工序的工序能耗和其上游各道工序的折合比,从而增加最终产品的能耗,且越是后部工

序,耗能越多。

3)从任何工序回收含含最终产品元素的物料到上游工序进行再处理伊物流),增加该工序的工序能耗和该工序与上游接受物料的工序之间各工序的折合比,从而增加最终产品的能耗,而且越是后部工序,循环的距离越长,耗能越多。

1.3

复合流程中物流对能耗的影响分析模型更一般地,假设在实际生产中,采用,个并联流

程来生产最终产品。假设每个流程的生产比例为办

(∑办=1),那么图l中每道工序的基准折合比内t

2052中国有色金属学报

2009年11月

和基准工序能耗已of分别为

2——风:堕

LjJ(3)

2应用实例

2.1物流图

pOi

缅2雨万‰“纠,2,…,力)

蚣旷风一熹。竽+喜,竽+

,=f+I

Lf

,=f+1

of

(4)

做为文献[11]的完善和补充,下面仍以文献[1l】中某拜耳法生产氧化铝的流程中物流对能耗的影响实例【9】来详细说明所建立复合流程工业中物流对能耗的影响分析模型的实际应用。根据该氧化铝厂拜耳法部分生产流程1999年的统计数据,构筑该工艺的实际物

流图(Practicalmaterialnowsdia伊am,PMFD)(见图3)。

式中:p,和白为工序f的实际折合比和工序能耗,它们可直接由生产统计数据计算出来。

综合以前物流对能耗的影响结果【8-131可知,各物

流对工序f折合比的影响量卸,(卢l,2,…,刀)为

该流程是一典型的复合流程,主要由压煮矿浆的制备

(Slurrypreparationforcaldrondigestion,SC)、压煮溶出(Caldmndigestion,CD)、管道化矿浆的制备(Slur巧

羔壹警(删勺)

(5)

pr印aration

for劬e

digestion,ST)、管道化溶出(Tube

digestion,TD)、种分(Seedprecipitation,PC)、Al(0H)3

物流对工序能耗的影响△白为

焙烧(ATC)等6道生产工序组成。在总产量中,压煮溶出占85.63%,管道化溶出占14.37%。每道工序的产品产量、工序能耗和工序产品的组份分析等数据,

(6)

都可由统计数据获得。

△ei:q—e。f:上rLe。f+丛e。f(1:l,2,…,n)

物流对综合能耗的影响量丝为

在图3中,在每个箭头上标明了各股物流的折合比,并在括号中注明了与之相当的氧化铝重量。图4所示为根据图3构筑出来的与之相对应的基准物流图

(SMFD)。

缸:羔l詈f一童破。,口,+兰破巧,,+

f=ll‘一j~

,=l+1

,=j+l

图3中,箭头下方括号中的数据是各工序产品的

∑∑如,%坛+‰I|喜。毫饥%坛+‰]l

,=f+l

m=l

c7,(7’

氧化铝含量,可直接由统计数据获得。根据式(3)和(4)可得出每道工序产品的折合比和工序能耗,分别标注在图中的箭头上方和圆圈上方。以管道化溶出工序为例,它属于管道化溶出并联流程,其产量占14.37%,则该道工序产品的折合比和工序能耗计算如下:

/l

式中:九(^=吩,局,咖是物流在相对于工序‘f’的分配比例。当物流Ill与工序f同属一个并联流程,则九=1;当物流^与工序f不在同一个并联流程,则丸=0;当物流办在合并的流程中,而工序‘f’在其中一个并联流程中,则九=妒r。

Lossu.2Z,,

舻鲁=器-0_905

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面誓焉裂舶。。粼二。面弧、!:.危烈、三二俪(1.1247)M1.661oU(1.6542)I

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、(10.426‘

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/(0.6704)/Loss0.3838

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(o.0322);石而

第19卷第1l期

刘丽儒,等:复合流程工业中物流对能耗影响的分析模型2053

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80l=O.044

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%3=o.040

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白M=o,38l

面磊火盯%丽烈、仍/,而聂爿

图4拜耳法氧化铝生产流程的基准物流图

Fig.4

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表l各股物流对折合比和工序能耗的影响

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0.05671.35373.6184

(丛!:坐:≥

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O.0089O.21340.5705

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0.00950.2271O.6070

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一一

f丛!:£∑

36

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0.70691.88960.0224

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Total

StandardvaluePfacticaJvalue

一一

O.032O

一一

一一一

554045

O.84360.90541.7490

738l388

0.01611.53021.5463

138151289

1.0000】.ooO0

33873423

2.64842.81865.4670

14445

5.02875.397410.4261

2598600

O.8248O.85091.6757

1)For

liquid

product;2)Forsolidproduct.

‰2i万Z寺瓦石%2

p4+74|c4七p4m|c4

p4

&4:P4一P04=且P04:

c4p4

1:丝!

1.7489+O.0054÷O.1587+O÷0.1587381MJ/m3

Q:Q!!!

×o.388:

0.1587×1.7490

×o.38l:7MJ/m3

根据式(5)可计算出焙烧损失0.0105(见图3)对管道化工序折合比的影响为

2.2每股物流对工序能耗和折合比的影响

每股物流对工序能耗和折合比的影响如表1所列。以管道化溶出工序为例来说明计算步骤。对于该道工序,只有溶出损失(0.0054)(见图3)对工序能耗有影响,而来自Al(0H)3焙烧工序和种分工序的损失和循环的种分母液对该工序的折合比有影响。这3股物流相对于管道化溶出工序的分配比例为矽rD(14.37%)。根据式(6)可计算出管道化溶出损失对管道化工序能耗的影响:

卸。咄嗍=等=号鬻严=

0.0095m3(1tAJ203)

采用相同的计算过程可计算出其它物流对工序能耗和折合比的影响。对每个单元工序,实际折合比和基准折合比之间的差值正好等于各股物流对折合比影响量的合计值。工序能耗也满足这样的关系。2.3各股物流的单位增减量对能耗的影响

各股物流的单位增减量(对液体为0.01m3,对固体为1kg)对能耗的影响如表2所列。

2054

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2009年11月

0.01m3forliquidproduct,lkgfors01idproduct.

用焙烧损失这股物流为例来说明计算步骤。%=

0.010

5t(见图3),对工序l和2,南6=如=85.63%;

对工序3和4,‰=加=14.37%;对工序5和6,加=

100%。根据式(7)可计算出物流%对综合能耗的影响△E:

缸=;|;陪‰脚卜85∞%×(詈+寸

‰川研%×(詈+詈]+,s(詈+刳一o.狮

之冬:而黑_7.3

一=一=,’

那么,%的单位增量对综合能耗的影响为

lV_J,K世

1。

000y6

1000×0.0105

M№

采用相同的计算过程可计算出表2中其它数值。各道工序的损失均使吨氧化铝能耗增加,且越是

后序工序,能耗越大。

可见,采用本研究所建立的分析模型分析复合流程中各股物流对折合比、工序能耗、最终产品的综合能耗的影响。

3结论

1)以基准物流图研究法为基础,构建复合流程的基准物流图,建立一种能够分析复合流程工业中物流对能耗的影响分析模型。采用该模型可清楚地分析复合流程中偏离基准物流图的各股物流对折合比、工序能耗、最终产品综合能耗的影响。

2)作为具体的应用实例,以某氧化铝厂1999年生产数据为依据,用该模型定量分析该厂拜耳法生产氧化铝的复合流程中,各股物流对折合比、工序能耗、吨氧化铝综合能耗的影响。

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(编辑李艳红)

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