不同生产负荷下副产煤气调度建模和仿真

钢铁企业不同的生产负荷会影响副产煤气的产生量和消耗量,为了获得更大的经济效益,需要针对钢铁企业不同的生产负荷,对缓冲设备的副产煤气消耗进行优化分配。基于线性规划,以系统运行成本最小为目标函数,建立钢铁企业不同生产负荷下的副产煤气调度模型。利用Visual Studio 2013平台开发了副产煤气调度仿真系统,通过对高炉在不同生产负荷下的生产实例仿真,验证了模型的有效性。     

宝钢副产煤气利用及减排技术的开发与实践

副产煤气是钢铁工业宝贵的二次能源,其充分利用是企业节能减排的首选。宝钢结合投产后多年的生产运行管理实践、现有条件和技术水平,形成了煤气回收与使用、系统监控与调节、经济运行与决策的技术路线。通过技术开发与集成,取得了一系列成果,如建立现代化的能源中心、创立转炉煤气双柜运行系统、建成燃用高炉煤气的CCPP机组、开发能源管理数据仓库等,使副产煤气综合利用水平居国内领先并达到国际先进,节能减排效益显著。     

低碳炼铁技术发展方向

1低碳炼铁技术近期发展方向由于在短期内我国钢铁行业还很难改变以煤为主的能源结构和废钢资源不足的现状。当前CO2的减排主要依赖于在淘汰落后装备和技术的前提下,采用技术改造和不断优化生产流程,提高对副产煤气和余热、余能的回收利用率,进一步降低能源消耗,实现节能减排。     

行业间生态链接协同减排模式与节能效果分析

随着钢铁企业节能环保工作深入推进,钢铁生产流程自身节能减排的潜力已十分有限。而且随着环保要求越来越严格,钢铁企业环保成本压力也越来越大,因此钢铁生产流程排放物资源化、高值化利用的多联产过程协同减排研究越来越受到重视。以钢铁生产流程为核心,以其过程排放物——渣、副产煤气及环保副产物的高值化利用为切入点,构建典型的钢铁-化产-建材多联产过程,分析多联产过程的节能减排效果,为钢铁企业节能减排提供新思路。     

热风炉煤气消耗量中期预测模型

在钢铁生产过程中,副产煤气占钢铁企业总能耗的40%,因此,准确预测副产煤气的消耗量可以为钢铁企业煤气系统的优化调度提供科学的指导。热风炉是副产煤气系统的最大用户之一,由于工作周期频繁调整导致副产煤气消耗量波动剧烈,预测难度较大。针对现有预测模型预测提前量较短的问题,建立了基于时间序列的BP神经网络预测模型,在保证较高的预测精度的前提下将预测提前量延长至30 min。以现场采集的热风炉煤气数据作为数据样本进行实例分析,发现训练样本为2 000组、预测样本为30组时预测效果最好,平均误差绝对值可达4.04%。此外,还对不同预测模型进行对比,结果表明本模型最适合热风炉煤气消耗量的中期预测。     

考虑管网约束的钢铁企业煤气多周期优化调度模型(待续)

在已有钢铁企业煤气优化调度模型的基础上,引入参数矩阵表征设备间的连接关系,以此构建煤气网络拓扑;针对混合煤气用户,建立了比较接近实际的煤气系统优化调度模型。某钢铁企业的简化煤气管网系统计算结果表明,所建模型可以比较全面地反映煤气产生、分配、混合与消耗等环节,能同时对多种煤气在多个调度周期内进行优化调度,保障生产用户能量供应和热值要求,避免混合煤气用户的热值波动,充分利用缓冲用户的缓冲能力,减小煤气放散。     

考虑管网约束的钢铁企业煤气多周期优化调度模型(续完)

在已有钢铁企业煤气优化调度模型的基础上,引入参数矩阵表征设备间的连接关系,以此构建煤气网络拓扑;针对混合煤气用户,建立了比较接近实际的煤气系统优化调度模型。某钢铁企业的简化煤气管网系统计算结果表明,所建模型可以比较全面地反映煤气产生、分配、混合与消耗等环节,能同时对多种煤气在多个调度周期内进行优化调度,保障生产用户能量供应和热值要求,避免混合煤气用户的热值波动,充分利用缓冲用户的缓冲能力,减小煤气放散。     

钢铁企业副产煤气短周期优化调度模型

 在钢铁生产过程中,消耗的煤炭大约34%会转化为副产煤气。为了提高副产煤气能源利用率,以钢铁企业副产煤气系统为研究对象,利用混合整数线性规划法（mixed integer linear programming,MILP）,以操作成本最小化为目标函数,以物料平衡、能量平衡、设备操作参数限制等为约束条件建立富余煤气优化调度模型。与前人的模型相比,对锅炉模型进行改进,不仅提高锅炉模型的调节精度,而且更接近实际情况。此外,为了研究煤气柜和锅炉稳定性,引入煤气柜总标准偏移量（sum of standard deviation volume,[SSDV）]惩罚因子和锅炉总改变量（sum of switching percentage,[SSP）]惩罚因子,并用帕雷托最优法理论确定出最佳的[SSDV]和[SSP。]结果表明,新的优化模型能很好地降低煤气柜和锅炉的波动,维持煤气系统的平稳运行。     

钢铁厂高能效利用副产煤气的可行途径

钢铁厂在生产过程中,副产了大量可燃煤气。副产煤气热值范围在3～20MJ/Nm3,所含的热量可被利用,如:电厂、焦炉、热风炉、热轧厂等所需燃料,可用副产煤气部分替代天然气,减少煤气放散,降低公司的能耗成本和环境污染。使用副产煤气虽能得益却也面临难题。副产煤气的产量和成分取决于生产和工艺状况,煤气用户必须随之调整其操作。用气设备的启停操作改变了煤气用量,造成煤气管网压力波动,副产煤气成分变化则会引起热值波动,一旦管网压力波动或成分改变,将对管网上用气单元的燃烧过程产生不利影响。针对副产煤气利用的复杂情况,AMB、AMEH和BFI公司开发了高能效利用副产煤气的途径,应用于部分钢铁厂,如:改善煤气管网压力和流量分布的技术,具备供需分布显示和预报功能的煤气管理系统。介绍了煤气管网压力波动控制以及副产煤气利用的结果和经验。     

中国钢铁工业流程结构、能耗和排放长期情景预测

为了准确预报我国钢铁工业未来生产结构、能耗和排放情况,构建了钢铁生产、加工、消费、折旧的全生命周期模型和基于人均钢铁存储量的产量预测模型,结合工序能耗和排放特征,针对基准、折旧寿命延长、废钢回收率提升、能源效率提高及综合等五种情景进行了情景预测.中国钢铁产量、能耗和排放会历经一个峰值后下降,电炉短流程会逐渐替代高炉长流程成为主流.流程结构转变是未来中国钢铁行业节能减排的关键"红利",而节能技术的作用在后期越发凸显.中国钢铁行业要达到2050年减排一半的目标,需结合综合情景实施生产结构调整、废钢回收、节能减排技术推广等相应措施.      

中国钢化联产发展现状与前景展望

中国是一个钢铁生产大国,也是一个油气资源相对不足、煤炭资源相对丰富的国家。基于中国能源结构的实际情况,结合钢铁行业和化工行业的发展现状,讨论了钢铁生产各个工序煤气的发生与使用情况,并对钢铁流程副产煤气合成化工产品的现状与潜力进行了分析,指出了存在的问题。结合分析结果,提出了未来可再生能源廉价制氢发展达到一定阶段,钢铁联合企业可以通过“以氢固碳”实现钢铁生产大规模减少CO₂排放的目标,提升其清洁能源转化与高附加值化工产品生产的社会功能。最后,对未来中国钢化联产的发展提出了建议。     

中国低碳炼铁技术的发展路径与关键技术问题

“碳达峰”和“碳中和”是中国钢铁工业未来发展的总体规划,降低碳排放是钢铁企业需要共同攻克的技术难题。从源头减碳、过程节碳和末端用碳3个层面分析了中国低碳炼铁技术的发展路径,提出了实现“碳中和”需要解决的关键技术问题。分析表明废钢电炉短流程炼钢将是中国钢铁行业实现“碳中和”的主要途径,氢气竖炉直接还原将是中国钢铁行业实现“碳中和”的重要补充。高炉喷吹富氢气体、氧气高炉和全氧熔融还原炼铁等技术可以减少碳排放,但碳排放的减少量有限,必须要与末端CO₂吸附、储存和利用相结合,才能够实现“碳中和”。为了按期实现钢铁工业的“碳中和”,需要解决的关键技术问题有低成本氢气制备技术、煤气高温加热技术、炉顶煤气CO₂低成本脱除技术和CO₂的储存与利用技术。     

高炉煤气循环耦合富氢对中国炼铁低碳发展的意义

中国钢铁工业规模巨大，主要由高炉 转炉长流程生产，其能源结构中90%为煤炭，是国家兑现2030年降低碳排放强度承诺的主战场之一。基于当前低碳炼铁技术的研发进展、中国面临的碳减排任务、中国钢铁工业的生产模式、中国钢铁工业碳排放现状等基本事实，提出了以高炉为主体、以炉顶煤气循环耦合富氢还原为技术特征的钢铁工业低碳发展的可行路径，分析了该工艺研发所面临的关键问题，以期引起钢铁行业的重视，为中国钢铁工业进一步深度降低碳排放提供参考。     

双碳目标下的钢铁节能理念创新与能源结构重塑探讨

在“碳达峰”“碳中和”背景下,中国钢铁必须走脱碳化发展道路,提高能效是当前最为行之有效的举措之一。通过分析钢铁行业存在的较大节能潜力及拥有丰富二次能源的用能特点,在热力学定律、系统最小外部损失、最佳推动力、能源梯级利用等几项基本原则的基础上,提出钢铁行业多能互补与储能相结合的创新理念,包括钢铁二次能源与可再生能源的互补、钢铁不同高低品位能源的互补、储能系统的创新应用等。从中长期看,需以更高的站位,走能源资源环境、高效清洁低碳一体化协同创新道路,构建化工-能源-生态一体化用能系统,进行合理优化与集成,实现能效提升及协同碳减排。     

全氧燃烧在120 t钢包烘烤器上的应用

随着钢铁行业能源环保压力日益加重,节能减排是钢铁企业高质量发展的必然选择。主要阐述了全氧燃烧技术节能减排原理以及在某厂钢包烘烤上的应用实践。采用工业试验对比的方式,对全氧燃烧在该厂120 t钢包烘烤器上的应用效果进行分析,结果表明,全氧燃烧技术的应用可以有效提高钢包烘烤效果,减少烘烤过程中烟气和NO_x排放,降低煤气消耗约43.79%,提高钢包烘烤终点内衬温度约223 ℃,降低转炉出钢过程钢水温降约9.10 ℃,降低吨钢精炼成本约4.77元。     

钢铁企业轧制计划与能源调度协同优化

钢铁企业物质流网络与能量流网络的协同优化是实现钢铁行业高层次系统节能的关键。钢铁企业在不同工况下煤气的富余量以及蒸汽和电力需求量不同，轧制工序(含加热炉)作为电力和煤气消耗大户，轧制计划的改变会影响能量流网络中能源介质的分配和调度。提出了钢铁流程物质流与能量流协同优化方法，在分时电价的条件下，利用启发式规则调度方法对一天内的轧制单元进行合理的排程，然后用线性规划方法以系统运行能源成本最小为目标函数，建立钢铁企业煤气 蒸汽 电力系统不同工况下的耦合优化调度模型。通过LINGO求解出模型的最优解，得到了轧制单元的最优排程以及不同工况下煤气、蒸汽、电力的最优实时生产调度方案，用于指导实际生产。利用S钢厂实际数据进行实例分析，得出的调度方案可实现煤气 蒸汽 电力系统的最优化分配，系统运行的能源成本降低8.54%，验证了模型的有效性。     

钢铁行业碳减排技术应用与展望

论述了中国钢铁行业推行碳减排技术的重要意义,从多角度阐述了钢铁行业各类高效碳减排技术在国内外的应用情况及效果。首先分析了短流程炼钢工艺电弧炉炉容大型化趋势、烟气余热回收技术、废钢预热工艺和废钢供应情况;然后分别剖析了高炉富氢冶炼、富氢-气基竖炉和纯氢-气基竖炉工艺3个主要的氢冶炼工艺;之后介绍了碳捕集、利用与封存技术。最后,结合中国钢铁企业现状,展望了钢铁行业在大力推进直接还原铁技术和短流程炼钢生产工艺的情况下,未来高品质钢材低碳化、绿色化冶炼的发展之路。     

中国重点区域钢铁产业能耗和CO2排放趋势分析

钢铁产业是区域工业发展的重点,也是区域协调发展的重要因素。采用自下而上的方法建立了重点区域钢铁产业能耗和CO₂排放模型,分析区域特征对钢铁产业节能减排的影响。模型以2015年为基准年,基于粗钢产量预测结果,设置了与节能减排技术普及和生产结构调整相关的4个情景,用于分析2015—2030年国内重点区域钢铁产业的能耗和CO₂排放。结果表明,降低钢产量是区域钢铁产业节能和CO₂减排的根本措施。随着重点区域的粗钢产量进入峰值区,技术普及因素的节能贡献力将持续减少,生产结构调整的节能减排贡献力则逐渐增强,成为重点区域钢铁产业节能减排的关键红利来源。同时还可得出,对重点区域钢铁产业发展影响最大的区域特征是市场需求,经济产业政策和环保要求对钢铁产业发展的影响程度逐渐增强。未来重点区域钢铁产业的发展仍以市场需求为导向,新增产能更倾向于布局在水资源丰富、交通便利的地区。     

钢铁工业实现“碳达峰”探讨及减碳建议

钢铁工业作为制造业中的碳排放大户,面临“碳达峰”和“碳中和”的严峻挑战,这也是低碳转型高质量发展的良好契机。根据国家统计局黑色金属冶炼及压延加工业的能源消耗数据,估算中国钢铁工业二氧化碳排放情况,并对中国钢铁工业实现“碳达峰”路径进行探讨,即在中国10亿t级的粗钢规模及当前流程结构、能源结构和工艺技术应用基础上,通过挖掘节能降碳潜力实现“碳达峰”空间有限,必须采取以控产量调结构为核心的减碳工作,争取在“碳达峰”“碳中和”目标内率先实现“碳达峰”。钢铁企业作为行业发展的主体,在“碳达峰”和“碳中和”目标的指引下,需尽快开展绿色低碳转型及深度减碳工作,共同推进钢铁工业“碳达峰”目标提前实现,并为最终实现“碳中和”奠定良好的基础。     

基于CSC方法的钢铁行业节能减排技术潜力分析

为了研究中国钢铁行业的节能减排潜力，以35项钢铁行业先进节能减排技术为研究对象，建立节能供应曲线(Conservation Supply Curve，简称CSC)模型，分析影响钢铁行业的节能减排收益、成本效益以及钢铁生产流程工序层面的节能减排潜力因素。结果表明，这35项技术全部应用可实现3.01 GJ/t的节能量以及398.22 kg/t的CO2减排量。将结果与第十三个五年计划推广技术作对比，在当前情况下，约有50%的推广技术并不符合成本效益；运用CSC模型进行了钢铁生产流程工序层面的节能减排潜力研究，得到各个工序的节能量和减排量，并据此分析了各项技术未来的发展趋势和应用前景。