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Título: Otimização e controle preditivo na distribuição de combustíveis siderúrgicos
Autor(es): Oliveira Junior, Valter Barbosa de
Orientador: Salles, José Leandro Félix
Palavras-chave: Multi-period optimization
Mixed integer linear programming
Hybrid systems
Fuel distribution
Gas holder
Energy saving
Steel plant
Data do documento: 3-Out-2016
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Citação: OLIVEIRA JUNIOR, Valter Barbosa de. Otimização e controle preditivo na distribuição de combustíveis siderúrgicos. 2016. 222 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico.
Resumo: Em uma usina siderúrgica integrada, os gases, subprodutos dos processos de produção do aço, podem ser recuperados como combustíveis na própria planta, por exemplo, para uso em fornos industriais, geração de vapor em caldeiras e geração de energia elétrica em centrais termelétricas. Para aproveitamento eficiente desses combustíveis, diferentes classes de problemas precisam ser resolvidos em diferentes níveis da hierarquia de controle de processo. No nível de otimização, faz-se necessária a determinação de soluções para a distribuição eficiente dos combustíveis siderúrgicos, que possuem diferentes características entre os perfis de produção e consumo, vários tipos de consumidores, capacidade limitada de armazenamento (em gasômetros) e restrições para o aproveitamento nas centrais termelétricas. O nível de controle avançado deve lidar com o comportamento dinâmico híbrido das caldeiras das centrais termelétricas (determinado por instrumentos e elementos de controle com características discretas e contínuas, sujeitos a uma série de regras lógicas para operação).Esta tese aborda o desenvolvimento de uma solução para o problema de distribuição de combustíveis siderúrgicos, que inclui um modelo de programação linear inteira mista (MILP) e uma estratégia de controle preditivo baseado em modelo (MPC) aplicado a sistemas híbridos, para integração do nível de otimização com o controle regulatório do processo. Contribuições originais são realizadas, dentre as quais se destacam: (1ª) melhorias no modelo MILP em relação a abordagens precedentes; (2ª) desenvolvimento de procedimento heurístico para determinação de valores apropriados para penalidades aplicadas na função objetivo do modelo MILP; (3ª) modelagem dos sistemas de queimadores de uma caldeira industrial por meio da teoria de sistemas híbridos; (4ª) integração entre nível de otimização e nível de controle avançado para solução do problema da distribuição de combustíveis siderúrgicos.
In an integrated steel mill, the gases, byproducts of steel production processes can be recovered as fuel in the plant itself, for example, for use in industrial furnaces, steam generation in boilers and electric power generation in thermal power plants. For efficient use of these fuels, different classes of problems need to be solved at different levels of process control hierarchy. In the optimization level, it is necessary to determine solutions for the efficient distribution of byproduct fuels, which have different characteristics between the production and consumption profiles, with various types of consumers, limited storage capacity (in gas holders) and restrictions on their use in thermoelectric plants. The level of advanced control must be able to handle the hybrid dynamic behavior of the thermal power plant boilers (determined by instruments and control elements with discrete and continuous characteristics, subject to a series of logical rules for operation).This thesis deals with the development of a solution to the problem of byproduct fuel distribution in integrated steel mills, which includes a mixed integer linear programming model (MILP) for maximizing energy efficiency of the process and a model based predictive control (MPC) strategy applied to hybrid systems, for integration of the optimization level with the regulatory control level. Original contributions are carried out, among which stand out: (1st) improvements in MILP model compared to previous approaches; (2nd) development of a heuristic procedure to determine appropriate values for penalties applied in the objective function of the MILP model; (3rd) modeling of a burner management system (BMS) of an industrial boiler by means of the theory of hybrid systems; (4th) integration between the optimization level and the advanced control level to solve the problem of fuel distribution system at integrated steel plants.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9686
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