某钢铁企业能源利用效率探讨

文章以某钢铁企业为例,分析计算了各主要生产工序的余热余能资源量及回收利用情况。全流程的余热余能产生量为560.55kgce/t,在现有技术条件下,若包含副产煤气,其二次能源回收利用率为59.47%;不同条件下,全流程的能源利用效率为43.73%～46.93%。最后指出,高效回收利用余热余能,构建合理的能量流网络和物质流网络协同优化的能源管控中心,是提高钢铁企业能源利用效率的重要手段。     

论钢厂制造过程中能量流行为和能量流网络的构建

 本文对钢厂制造流程动态运行过程的物理本质进行了概要的描述,并在此基础上进一步指出：在钢厂制造流程中,铁素物质流与碳素能量流的关系是相伴而行的,而碳素能量流与铁素物质流的关系则是时合时分的。在钢厂制造流程中,不仅存在着铁素物质流网络及相关的运行程序,而且也存在着与铁素物质流转换有关的能量流网络及其运行程序。本文强调在研究钢厂的能源转换功能的方法时指出,不能停留在物料平衡、热平衡的方法上,而应该以动态的输入-输出概念和能量流网络的概念来进一步推动钢厂节能减排工作。本文还讨论了钢厂能量流运行的动力学机制以及能源管控中心的设计原则。进而从铁素物质流系统和碳素能量流系统提出了一系列钢厂节能减排的着手环节。特别对钢厂“只买煤、不买电、不用燃料油”的内涵与煤气等含能介质“近零”排放作了解释。提出中国钢厂的节能减排应该进入以建立能量流网络——能源管控中心为主要标志的新阶段。     

钢铁流程煤基能量高效转换与钢-电联产模式

针对钢铁制造流程能源结构特点,在解析流程中能量转换过程的基础上,提出了钢铁制造流程煤基能量系统的概念,并对煤基能量及煤基能量系统进行了界定。通过定量与定性分析,研究了煤基能量在钢铁制造流程中的转化与耗散规律。在系统效率分析的基础上,指出钢铁制造流程能量流的核心是煤的转换与二次能源的回收利用问题,当前实现煤气资源与余热资源的高效回收利用是提升钢铁制造流程系统能源效率的关键。在"冶金流程工程学"等理论的指引下,提出了实现钢铁制造流程煤基能量系统集成优化及高效运行的主要原则,并通过开展建模与实践研究,探索了以系统优化方法优化能量流网络、构建高效钢-电联产运行模式的可行性。     

钢铁联合企业炼焦过程物质与能量流分析

 对不同炼焦工艺进行了比较，研究分析了钢铁联合企业炼焦过程物质流、能量流、硫素流流动规律，介绍了焦炉煤气综合利用途径。认为传统副产回收焦炉仍将是钢铁联合企业焦化的主流工艺；炼焦过程物质与能量流分析的核心问题是碳素流的转换与耗散，是在一定条件下焦炉煤气利用的合理优化和加热煤气热能的有效利用及余热回收。分析结果表明，焦炉加热用煤气消耗是焦化工序的主要能源消耗；干熄焦是具有显著节能效果的余热回收技术；焦炉煤气优化利用应综合考虑钢铁制造流程的优化和钢厂煤气平衡等多方面因素。     

钢铁制造流程能源转换功能的开发与利用

针对钢铁制造流程能源结构和能源转换特点,提出钢铁制造流程能量流优化的核心是煤的转换与煤气、余热等二次能源的回收利用问题。在《冶金流程工程学》等理论的指引下,提出钢铁制造流程煤基能量系统是一个复杂的大系统,具有功能涌现性,通过充分开发与利用其能源转换功能,并与其他行业及社会大系统进行耦合,可构建“钢铁、化工、燃气、氢气、电力、供热、供冷多联产系统”,将更有利于提高系统能源效率和价值,更好实现钢铁企业绿色、低碳转型发展。     

从开放系统、耗散结构到钢厂的能量流网络化集成

为了实现可持续发展和增强市场竞争力,钢铁工业在下一步技术转型中,应高度重视钢铁制造流程的能量流和能量流网络问题。本文在对比分析热力学孤立系统、封闭系统、开放系统和耗散结构基本特征的基础上,从充分发挥钢厂三个功能的视角,阐述了钢铁制造流程中铁素物质流和碳素能量流的行为规律,提出了应注重与铁素物质流相关的碳素能量流的输入/输出特点和能量流网络构建以及相应的信息化集成调控的观点,剖析了钢铁工业节能减排的潜力,指出了提高钢厂综合竞争力和多方位服务于可持续发展社会的可能性,探讨了相关理论的建立、技术开发和工程化实施的策略等。     

钢铁制造流程炼铁区段耗散结构的解析

为了研究钢铁制造流程耗散结构的本质及其特征,以高炉炼铁区段为对象,研究解析了多工序协同动态运行条件下的耗散结构优化问题.由料场、焦化、烧结、球团、高炉等工序所组成的炼铁区段,不仅是钢铁制造流程中重要的物质/能源转换中心,也是全流程动态有序、协同连续运行的关键和基础环节.炼铁区段的物理本质是铁素物质流在碳素能量流的驱动和...     

钢铁制造流程动态运行要素的认识与实践

 深入认识钢铁制造流程的动态运行特征是实现流程动态-有序、协同-连续运行状态管控的基础。基于对钢铁生产流程特征的分析,阐述了“流、流程网络与运行程序”作为钢铁制造流程动态运行3大要素的特征及其数学描述,明确了运行程序是进行物质流、能量流在以流程网络为基础的网络空间中运行优化的调控手段,以及构建铁素物质流及能量流在流程网络上的动态运行优化模型是实现钢铁制造流程高效优质低耗低成本运行的有效途径。对于钢铁制造企业,提出了以生产计划调度优化模型为核心的运行程序优化技术,通过优化模型形成的生产计划调度指令可引导制造流程运行状态的整体优化,实现生产资源的合理优化配置和能源利用效率提升。     

钢铁制造流程物质流与能量流协同优化研究进展

 钢铁企业具有流程长、能耗高、排放量大等特点,钢铁制造流程物质流与能量流的协同优化是实现高层次系统节能的关键。为此,对钢铁制造流程物质流和能量流优化的研究进展与应用进行了综述,在此基础上阐述了钢铁制造流程物质流与能量流协同优化的主要研究方向,即物质流与能量流的相互影响和协同规律研究、考虑能源约束的生产计划编制和物流与能流耦合调度。提出了解决协同优化模型构建和求解的关键在于科学的物质流与能量流协同表征方法、生产计划与能源计划时间粒度的统一和智能算法的优化。     

钢铁联合企业能源循环利用的分析研究

以全面分析生产热轧板材钢铁联合企业中的能量平衡为基础,详细讨论了该类钢铁企业内部的各种余热资源、二次能源的回收方法和回收率,分析了二次能源的转换效率.提出了该类钢铁联合企业实现能源循环利用的发展模式和今后应采取的主要节能措施.     

钢铁生产流程物质转化与能量转换评价指标

 为了量化描述钢铁生产制造流程的物质转化与能量转换效率,区分不同钢铁产品制造流程的物质转化与能量转换效果,基于对钢铁制造的炼铁-炼钢-连铸-热轧主流程及其主工序/装置的制造单元物质转化与能量转换特征的分析,提出了以流程物质转化率和流程能量耗散率、过程物质转化率和过程能量耗散率分别作为制造流程和制造单元评价指标的多尺度评价方法。采用某钢铁企业炼钢厂全流程的生产实绩数据,计算了制造流程的物质转化与能量转换效率,发现同类型钢种经过不同的流程其效率有所不同,同时不同制造单元之间衔接关系的紧密程度也会对流程物质转化与能量转换产生明显影响。该评价方法可为物质能量协同优化的生产管控提供指导。     

关于智能化钢厂的讨论——从物理系统一侧出发讨论钢厂智能化

 钢铁工业是典型的流程制造业,制造流程是其物理特征。通过对钢铁制造流程内在特征的研究,阐述了对钢厂智能化的认识,探讨了推进钢厂智能化的思路及其内涵,包括智能化设计、智能化物流、智能化物质流/能量流/信息流的组织与调控、智能化经营和服务等。指出流程型智能化制造的物理系统要以动态-有序、协同-连续运行为其网络结构及程序优化的导向,并以此物理系统（流程系统）为本体与智能化信息网络系统融合,实现全厂性动态运行、管理、服务等过程的自感知、自决策、自执行和自适应。智能化钢厂的建设,需要深刻理解制造流程动态运行过程的物理本质,构建起植根于流程运行要素及其优化的运行网络、运行程序的物理模型,进而构建全流程网络化、层次化信息流模型。钢厂智能化不只是数字信息系统,必须高度重视物理系统的研究,必须是有物理输入/输出的物质流网络、能量流网络和信息流网络“三网协同”的信息物理系统。钢厂智能化既要重视数字化信息网络系统的研发,更要重视制造流程（物理系统）中物质流网络、能量流网络的结构优化和运行程序优化,通过以制造流程物理系统结构优化和数字化信息系统相互融合来实现钢厂智能化。     

钢铁制造流程“界面”技术与界面能量损失分析

 从钢铁制造流程的特点出发,阐述了“界面”技术的必要性及“界面”技术的内涵,并指出炼铁-炼钢“界面”、炼钢-连铸“界面”和连铸-热轧“界面”的物质流运行优化及界面功能匹配集成对降低全流程能耗、物耗、降低成本和促进环保具有重要的作用,以期引起钢铁行业从业者尤其是管理者的重视。还针对年产290万t的棒线材流程企业,计算了该流程的余热余能资源量及热损失情况,并剖析了不同条件下工序之间“界面”过程的能量损失情况。最后指出优化炼铁-炼钢“界面”的铁水运输、炼钢-连铸“界面”的钢包周转和连铸-热轧“界面”的铸坯输送是减少流程热损失的工作重点,同时还应重视热轧结束时热轧材的余热回收利用技术开发。     

钢铁制造流程系统节能与能效提升

 提高制造流程系统能效,节约能源是降低生产成本和减少碳排放的重要措施。近年来,中国钢铁工业节能工作经历了单体设备节能、工序优化节能到系统节能,取得了显著进步。以中国钢铁工业节能进程为基础,阐述了系统节能的概念、内涵及研究进展并探讨了未来发展方向,主要从工序与界面协同匹配、物质流与能量流耦合和构建工业生态链接体系等方面展开。同时指出,在系统节能理论和冶金流程工程学理论指导下,中国钢铁工业节能减排工作将得到跃升发展,钢铁制造流程的系统能效将显著提升,钢铁工业绿色化与智能化协同和低碳转型发展指日可待。     

钢铁企业能源系统网络模型仿真及组态的研究与实现

以钢铁企业为研究对象,以各工序及设备间的物质流、能量流及其产消转换关系为基础,把整个钢铁企业划分为五个子系统：生产系统、能源转换系统、回收系统、库存系统、连接系统,分别建立了能源产消单元模型,接着建立了整个企业的能源系统网络模型,并定义了其形式化模型,然后设计开发了用于钢铁企业能源仿真的工厂组态软件。针对某钢铁企业能源系统的现状,利用所开发的组态软件,设计出能源系统的组态模型,通过仿真计算,对仿真模型和组态软件进行了验证,仿真数据与实际数据误差较小,能够反映企业能源产消现状。