技術領域

本發明屬于高爐節能減排控制技術領域。特別涉及一種高爐CO₂排放智能優化控制系統。

技術背景

鋼鐵企業是對溫室氣體排放控制影響最大的產業，其溫室氣體排放主要以CO₂排放為主。我國鋼鐵工業的碳排放中，95%以上的碳排放都來自于能源消耗。利用節能減排技術降低CO₂排放，最可行也最有效的減排措施是降低工序能耗。高爐煉鐵工序作為鋼鐵生產工序中能耗最高的工序，其能耗比重占全部能耗的50%以上，因此實現鋼鐵企業溫室氣體減排的關鍵在于高爐煉鐵工序的節能減排。目前，高爐煉鐵實際生產過程中，能耗程度大大高于其設計能耗，其主要原因在于高爐控制系統的控制只局限于維持生產的正常運行，而沒有發揮出優化控制的作用。高爐CO₂排放涉及的因素比較多，并且沒有合理的數學模型，因此在實際生產中也很少把CO₂排放指標直接作為控制變量結合在控制方案中。

中國專利局2003年公布的《智能控制高爐冶煉的系統》（CN02137569.0）、《一種利用智能控制系統控制高爐冶煉的方法》（CN02137568.1），可以看出目前高爐的優化控制主要是針對能耗、產量和產品質量進行的多目標優化，通過對不同的優化目標建立優化模型，利用計算機進行優化求解并幫助加強高爐的運行管理與控制，實現生產過程中的低耗、高產和優質。但是這些技術文件都沒有從優化CO₂排放的角度建立高爐生產過程CO₂排放優化模型，也就無法實現高爐生產過程的CO₂排放的控制。

目前研究高爐CO₂排放的計算方法主要有兩類，一類是基于高爐生產過程中碳素平衡，利用高爐的碳素輸入量減去固定碳含量來計算高爐產生的CO₂排放量，這種計算方式在計算過程中沒有考慮固定C損失、高爐煤氣回收利用的因素以及產品碳折扣，因此結果偏高。一類是通過計算高爐生產過程中能量消耗，利用高爐能量消耗轉化為標準煤消耗，然后利用單位標準煤燃燒的CO₂量來計算整體高爐生產過程的CO₂排放量，在實際生產過程中，不同鋼廠能源結構不同，并且二次能源利用率也不相同，這樣導致高爐噸鐵的能耗與CO₂排放存在變化不一致的情況，因此計算結果并不能真實反映CO₂排放。這些計算方式實際上脫離了高爐實際生產過程，因此無法實現高爐CO₂排放的優化。目前針對高爐生產過程CO₂排放的優化建模，主要采取的是過程集成方法。文獻[C.Wang,M.larsson,C.Ryman,et.A?model?on?CO₂?emission?reduction?in?integrated?steelmaking?by?optimization?methods?,Int.J.Energy?Res.2008;32:1092-1106]和文獻[張琦,姚彤輝,蔡九菊,沈峰滿.高爐煉鐵過程多目標優化模型的研究及應用.東北大學學報（自然科學版）.Vo1.32,No.2,2011]均提到了采用過程集成的方法實現高爐生產過程CO₂排放的優化，通過模型的優化求解，可以得出高爐生產過程中最小CO₂排放時的最優化原料組成和產品質量。由于這些文獻在建立CO₂排放優化的模型中，只考慮了輸入、輸出物質和能量對CO₂排放的影響，因此優化結果只是理想的生產原料組成和生產產品參數，無法對高爐生產過程的控制系統提供CO₂排放優化控制參考。因此要想實現高爐CO₂排放的準確計算和優化控制，必須要結合高爐生產工藝，考慮影響高爐煉鐵生產過程CO₂排放的各種影響參數，建立高爐生產過程CO₂排放優化模型，針對CO₂排放最小的優化求解，給出高爐生產過程的優化控制參數。

發明內容