[发明专利]高炉CO2排放智能优化控制系统

说明书

技术领域

本发明属于高炉节能减排控制技术领域。特别涉及一种高炉CO₂排放智能优化控制系统。

技术背景

钢铁企业是对温室气体排放控制影响最大的产业，其温室气体排放主要以CO₂排放为主。我国钢铁工业的碳排放中，95%以上的碳排放都来自于能源消耗。利用节能减排技术降低CO₂排放，最可行也最有效的减排措施是降低工序能耗。高炉炼铁工序作为钢铁生产工序中能耗最高的工序，其能耗比重占全部能耗的50%以上，因此实现钢铁企业温室气体减排的关键在于高炉炼铁工序的节能减排。目前，高炉炼铁实际生产过程中，能耗程度大大高于其设计能耗，其主要原因在于高炉控制系统的控制只局限于维持生产的正常运行，而没有发挥出优化控制的作用。高炉CO₂排放涉及的因素比较多，并且没有合理的数学模型，因此在实际生产中也很少把CO₂排放指标直接作为控制变量结合在控制方案中。

中国专利局2003年公布的《智能控制高炉冶炼的系统》（CN02137569.0）、《一种利用智能控制系统控制高炉冶炼的方法》（CN02137568.1），可以看出目前高炉的优化控制主要是针对能耗、产量和产品质量进行的多目标优化，通过对不同的优化目标建立优化模型，利用计算机进行优化求解并帮助加强高炉的运行管理与控制，实现生产过程中的低耗、高产和优质。但是这些技术文件都没有从优化CO₂排放的角度建立高炉生产过程CO₂排放优化模型，也就无法实现高炉生产过程的CO₂排放的控制。

目前研究高炉CO₂排放的计算方法主要有两类，一类是基于高炉生产过程中碳素平衡，利用高炉的碳素输入量减去固定碳含量来计算高炉产生的CO₂排放量，这种计算方式在计算过程中没有考虑固定C损失、高炉煤气回收利用的因素以及产品碳折扣，因此结果偏高。一类是通过计算高炉生产过程中能量消耗，利用高炉能量消耗转化为标准煤消耗，然后利用单位标准煤燃烧的CO₂量来计算整体高炉生产过程的CO₂排放量，在实际生产过程中，不同钢厂能源结构不同，并且二次能源利用率也不相同，这样导致高炉吨铁的能耗与CO₂排放存在变化不一致的情况，因此计算结果并不能真实反映CO₂排放。这些计算方式实际上脱离了高炉实际生产过程，因此无法实现高炉CO₂排放的优化。目前针对高炉生产过程CO₂排放的优化建模，主要采取的是过程集成方法。文献[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]和文献[张琦,姚彤辉,蔡九菊,沈峰满.高炉炼铁过程多目标优化模型的研究及应用.东北大学学报（自然科学版）.Vo1.32,No.2,2011]均提到了采用过程集成的方法实现高炉生产过程CO₂排放的优化，通过模型的优化求解，可以得出高炉生产过程中最小CO₂排放时的最优化原料组成和产品质量。由于这些文献在建立CO₂排放优化的模型中，只考虑了输入、输出物质和能量对CO₂排放的影响，因此优化结果只是理想的生产原料组成和生产产品参数，无法对高炉生产过程的控制系统提供CO₂排放优化控制参考。因此要想实现高炉CO₂排放的准确计算和优化控制，必须要结合高炉生产工艺，考虑影响高炉炼铁生产过程CO₂排放的各种影响参数，建立高炉生产过程CO₂排放优化模型，针对CO₂排放最小的优化求解，给出高炉生产过程的优化控制参数。

发明内容