[发明专利]一种计及碳基能效最优的多目标节能降碳优化方法

说明书

本发明涉及一种计及碳基能效最优的多目标节能降碳优化方法，包括：获取高炉炼铁环节的工艺流程数据，构建高炉炼铁物理模型；根据高炉炼铁过程中的物质与能量守恒、以及高炉炉料结构理论，采用线性规划的方法，建立计及碳基能效最优的多目标节能降碳优化模型；基于NSGA‑II优化算法，对建立的多目标节能降碳优化模型进行求解，得到Pareto最优解集；根据Pareto最优解集，确定出面向高炉炼铁过程的多目标节能降碳优化策略，基于该优化策略确定出相应的原料配比，按照原料配比完成高炉炼铁过程。与现有技术相比，本发明将高炉上部间歇式布料控制和下部的连续式的喷煤鼓风等控制统一考虑，实现了高炉上下部协调优化控制，能够在实现高炉节能降碳的同时兼顾经济效益。

技术领域

本发明涉及高炉炼铁控制技术领域，尤其是涉及一种计及碳基能效最优的多目标节能降碳优化方法。

背景技术

高炉炼铁作为钢铁生产过程中的上游工序，是通过高炉中的一系列复杂反应，将铁矿石冶炼、还原成生铁的过程，具体是应用焦炭、含铁矿石(天然富块矿及烧结矿和球团矿)和熔剂(石灰石、白云石)在高炉内连续生产液态生铁。高炉炼铁的排放和能耗，分别占到了钢铁行业排放和能耗的90％和70％。因此，有必要对高炉炼铁过程进行控制优化和有效调节，以解决钢铁行业的能耗和二氧化碳排放问题。

为了解决钢铁行业中存在的产能过剩、高耗能高污染等问题，目前主要是在钢铁行业构建生产全过程碳排放统计核算、监测与评估体系，并提出节能降碳措施，比如炉顶装料过程中均压放散煤气回收、加压热风高炉烟道废气回收、煤气干法除尘等，然而高炉炼铁过程实际包含上部调节和下部调节两种控制，其中，“上部调节”是通过改变装料制度来调节炉况，即通过对炉料在高炉上部的分布状况的调节来保证顺行、煤气利用等炉况的正常；“下部调节”是通过改变送风制度来调节炉况，即通过对各送分参数和喷吹参数的变动来控制风口燃烧带状况和煤气流的初始分布，从而来调控炉况。

当前的节能降碳措施均无法实现高炉上部间歇式布料与下部连续式喷煤鼓风之间的协同控制，也难以兼顾钢铁企业的经济效益。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种计及碳基能效最优的多目标节能降碳优化方法，能够实现高炉上下部协同控制，并保证经济效益。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种计及碳基能效最优的多目标节能降碳优化方法，包括以下步骤：

S1、获取高炉炼铁环节的工艺流程数据，并构建高炉炼铁物理模型；

S2、根据高炉炼铁过程中的物质与能量守恒、以及高炉炉料结构理论，采用线性规划的方法，建立计及碳基能效最优的多目标节能降碳优化模型；

S3、基于NSGA-II优化算法，对步骤S2建立的多目标节能降碳优化模型进行求解，得到Pareto最优解集；

S4、根据Pareto最优解集，确定出面向高炉炼铁过程的多目标节能降碳优化策略，基于该优化策略确定出相应的原料配比，按照原料配比完成高炉炼铁过程。

进一步地，所述步骤S1中高炉炼铁环节的工艺流程数据包括高炉炉顶供料系统数据、高炉下部的鼓风和喷煤系统数据。

进一步地，所述步骤S2中建立的多目标降碳优化模型包括目标函数和约束条件，其中，目标函数包括高炉炼铁过程能耗、吨铁CO₂排放量和吨铁生产成本，约束条件包括工艺约束和平衡约束。

进一步地，所述目标函数具体为：

min F＝{f₁,f₂,f₃}