钢铁企业物质流、能量流和污染物流研究

建立了钢铁企业物质流、能量流和污染物流的分析方法.提出了钢铁企业生产过程和能源转换过程的数学模型;给出了工序能耗、产品能值和吨钢能耗表达式;同时考虑钢铁生产过程中资源消耗、产品生产和污染物排放等问题,提出了工序、产品和吨钢环境负荷分析方法和计算公式;分析了钢铁生产过程中影响上述指标的各种因素,以及能量流、物质流和污染物流三者间的相互关系;应用建立的分析模型,研究和分析了我国钢铁工业吨钢能耗和环境负荷的变化与进步.     

钢铁制造流程的物质流和能量流协同优化

智能制造和绿色制造已成为制造业的发展趋势,钢铁企业具有资源和能源消耗大、排放高等特点而面临着严峻挑战。为此,运用冶金流程工程和系统工程的原理,对钢铁企业物质流和能量流的协同优化问题进行分析。通过对钢铁企业信息系统 ERP、MES 和 EMS 的分析,从信息流角度阐述了改善钢铁制造流程物质流和能量流的系统协调方法,探讨了基于信息流的物质流和能量流的协同优化机制及可能途径,为从设备单元的过程控制与流程整体生产以及能源管理的不同层面进行物质流和能量流的协同优化提供了思路。     

基于混合Petri网的钢铁企业能量流网络模型研究

针对当前钢铁联合企业节能任务艰巨及降耗途径亟需突破的情况,为实现钢铁企业能量流网络系统的高效运行,在分析钢铁企业运行中各种能量流网络系统特性的基础上,结合各系统连续和离散运行要求,利用混合Petri网建模元素和建模方法,构建了钢铁企业能量流网络系统混合Petri网模型,通过该模型可以实现对钢铁企业能量流网络系统的动态变化规律和行为机理的分析研究。基于某钢铁企业能量流网络系统历史数据,证明了该建模方法及所建模型的正确有效性,为企业能源系统的优化及进一步深入研究生产过程中物质流和能量流的耦合机制提供指导。     

典型钢铁企业全流程的氮素流及其含氮污染物减排潜力分析

针对钢铁生产全流程产生的NO_x造成的环境污染问题,依据NO_x生成机理及元素流分析方法,建立钢铁生产全流程氮素流分析模型。应用该模型,以某典型钢铁企业实际生产数据为样本,分析钢铁联合企业的氮元素流动特征,讨论钢铁生产全流程中排放的含氮污染物及废气NO_x的产生、脱硝及排放情况。研究结果表明,钢铁企业输入的氮素主要来源于高炉鼓风和各工序燃烧所需的空气(99.655%),输出的氮素主要以N₂形式(82.917%)排放至大气,全流程内的氮素主要以煤气和工序产品形式循环;钢铁企业排放的含氮污染物以废气NO_x(97.982%)为主,高炉炼铁工序废气NO_x排放量最高;钢铁企业产生的废气NO_x主要来源于焦炭(56.84%)和煤炭(28.91%),其中24.23%的NO_x经脱硝后转化为N₂排放至大气。对钢铁生产全流程氮素流及含氮污染物的排放、控制及相关政策开展研究,提出合理建议,对中国环境保护和钢铁行业的绿色发展具有重要意义。     

典型钢铁企业全流程的氮素流及其含氮污染物减排潜力分析

针对钢铁生产全流程产生的NO_x造成的环境污染问题,依据NO_x生成机理及元素流分析方法,建立钢铁生产全流程氮素流分析模型。应用该模型,以某典型钢铁企业实际生产数据为样本,分析钢铁联合企业的氮元素流动特征,讨论钢铁生产全流程中排放的含氮污染物及废气NO_x的产生、脱硝及排放情况。研究结果表明,钢铁企业输入的氮素主要来源于高炉鼓风和各工序燃烧所需的空气(99.655%),输出的氮素主要以N₂形式(82.917%)排放至大气,全流程内的氮素主要以煤气和工序产品形式循环;钢铁企业排放的含氮污染物以废气NO_x(97.982%)为主,高炉炼铁工序废气NO_x排放量最高;钢铁企业产生的废气NO_x主要来源于焦炭(56.84%)和煤炭(28.91%),其中24.23%的NO_x经脱硝后转化为N₂排放至大气。对钢铁生产全流程氮素流及含氮污染物的排放、控制及相关政策开展研究,提出合理建议,对中国环境保护和钢铁行业的绿色发展具有重要意义。     

钢铁智能制造背景下物质流和能量流协同方法

钢铁企业面临库存增加、产能过剩、盈利艰难等问题,迫切需要通过绿色化和智能化的发展来应对当前的严峻形势.基于钢铁企业制造流程特点,通过分析企业以铁素流为核心的物质流和相应能量流网络特征,针对企业现有信息化系统在物质流和能量流协同方面存在的问题,提出钢铁制造过程的物质流和能量流的协同方法,明确物质流和能量流的耦合应从钢铁制造的单元工位设备与整体流程网络两个层面进行规划、设计和实施,并且指出可从完善信息监控、进行计划协同和调度协同三个方面来实现协同优化.构想基于现有信息系统架构,通过增加相应企业资源计划系统、制造执行系统、能源管理系统等信息系统的功能,以及建立物质流和能量流协同优化信息子系统的方式,以钢铁制造过程的物质流和能量流相关信息的数字化及模型化为支撑,实现制造流程的物质流和能量流协同优化,达成生产优化、资源优化和能源优化的效果.      

钢铁制造流程能源转换机制与能源利用效率分析

 从钢铁制造流程的属性和动态运行过程的物理本质出发,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和钢铁制造流程的能源转换机制,得出能源转换过程必然伴随能量的耗散,因此应尽量减少能源转换次数,并指出在钢铁制造流程中,铁素物质流与碳素能量流相伴而行,而碳素能量流与铁素物质流则时合时分。还构建了一个年产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回收利用情况,并剖析了该流程的能源利用效率。最后指出高效回收利用余热余能和构建合理的物质流网络和能量流网络及两者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。     

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。     

钢铁企业能源中心的现状与发展趋势

钢铁企业能源中心在概念上包含管理思想、信息系统、管理系统三个层次,现已进入到全面建设阶段,并形成了新厂能源中心、老厂能源中心、生产与能源综合管控三种模式。当前能源中心建设的关键技术是安全保障、无人值守、能量流网络、数据融合、预测调度等技术,而未来能源中心建设应重点研究基于工作流驱动的标准化管理,物质流、能量流、排放流信息的融合,多介质协调调度模型,以及基于地理信息系统（GIS）的信息综合集成技术,充分挖掘能源中心的系统节能潜力。     

水口山炼铅法生产企业物质流与能量流耦合模型的研究

运用系统节能的理论和方法,结合水口山(SKS)炼铅法生产工艺,在对其生产工序的物质流和能量流定性分析的基础上,建立两者之间的耦合模型。并根据某SKS炼铅法企业的生产数据,具体分析了三种能量流变化对吨铅能耗的影响。该企业当年存在的节能潜力是117.42 kgce/t。为降低企业吨铅能耗,从物质流角度分析,应增大外加物质流,减小循环物质流,减小排放物质流;从能量流的角度分析,应使工序产品载有的能量尽量带入下一工序利用,及时合理地回收利用生产中的余热余能。     

Calculating Method for Influence of Material Flow on Energy Consumption in Steel Manufacturing Process

 From the viewpoint of systems energy conservation, the influences of material flow on its energy consumption in a steel manufacturing process is an important subject. The quantitative analysis of the relationship between material flow and the energy intensity is useful to save energy in steel industry. Based on the concept of standard material flow diagram, all possible situations of ferric material flow in steel manufacturing process are analyzed. The expressions of the influence of material flow deviated from standard material flow diagram on energy consumption are put forward.     

首钢京唐钢铁公司绿色低碳钢铁生产流程解析

 中国钢铁行业面临着资源能源短缺、市场盈利下降和生态环境制约三个方面的压力与挑战,在低碳循环经济成为当前社会发展主趋势的情况下,钢铁企业需要向低碳、绿色生产的方向转型升级。以京唐钢铁公司2015年上半年的生产调研为基础,计算京唐钢铁公司生产过程的能耗、CO2排放情况,并对钢铁生产过程能量流运行、废弃物处理与能源转换情况进行分析,为其他钢铁企业减少CO2排放、节约能源、保护环境提供一个参照。研究表明,京唐钢铁公司吨钢综合能耗为604.5 kg,吨钢CO2排放为2.165 t,与产品结构相类似的宝钢和武钢相比,能耗水平位于行业先进水平;基于钢铁生产的能量流分析表明,京唐钢铁公司通过采用干熄焦发电、煤气干法除尘、TRT余压发电等先进技术,实现吨钢余热余能回收136.26 kg,余热余能回收率为48.31%,高出全国平均水平10.89%;京唐钢铁公司基于循环理念,建立高效的煤气-电能转换中心和余热蒸汽回收利用中心,基本实现了煤气资源、固体废弃物资源、水资源的循环利用与废水零排放,生产过程中SO2、NO2、粉尘的全面达标排放。     

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。     

直接还原技术进展及其在中国的发展

近年来,全球直接还原铁(DRI/HBI)产量和需求逐年增加,表明直接还原技术是钢铁工业不可缺少的组成部分,有助于炼铁生产摆脱焦煤资源短缺的羁绊,降低钢铁生产能耗,提高钢铁产品质量和品质。气基竖炉生产规模不断增大,成为主要的生产工艺;竖炉直接还原铁热装热送技术的发展进一步降低了工序能耗。回转窑、隧道窑等工艺在特定地区迅速发展,但很难成为直接还原铁生产的主流。我国具备发展直接还原生产的资源条件和技术基础,煤制气—气基竖炉技术是可能的主要发展方向。     

2020—2030年中国废钢资源量预测

介绍了钢铁产品生命周期铁流图及自产废钢、加工废钢和折旧废钢资源量的计算方法,讨论了各个时期中国钢铁制品的平均使用寿命及3类废钢的实际收得率。在此基础上,采用该铁流图对未来中国粗钢产量走出峰值平台区后的废钢资源量进行了预测,并依此对未来的废钢资源供需状况作了分析。预测和分析结果表明,2025年以后中国的折旧废钢资源量将开始大增,导致中国废钢资源逐渐过剩,到2030年前后中国可能必须向境外出口废钢。最后,提出了扶持废钢回收产业发展、鼓励钢铁工业多吃废钢以及向发展中国家输出部分钢铁产能的政策建议。     

钢铁生产流程中物流对能耗和铁耗的影响

提出了钢铁生产流程的基准物流图,分析了偏离基准物流图的各股物流对吨材能耗和吨材铁耗的影响。以唐钢年均生产数据为例,分析了钢铁生产流程的物流对能耗和铁耗的影响。向中间工序输入废钢,可同时使吨材能耗和吨材铁耗降低;流程中途向外界输出含铁物料,可同时使吨材能耗和吨材铁耗上升;含铁物料在某一工序内部循环,或在工序之间循环,不影响吨材铁耗,但会使吨材能耗上升。     

钢铁生产的水能关系分析

从钢铁生产过程中水资源使用时的能耗角度研究了钢铁联合企业的水能关系,提出了水能强度的概念来评价企业生产过程中水资源利用的节能水平,建立了钢铁企业的水能关系模型。以中国某大型钢铁联合企业为例,计算并分析了该企业的水能关系。该企业总的水能量为55 709 kW·h/h,重复用水水能量占整个钢铁企业全部水能量的82%,补水水能量占16%,排水水能量占1%;各工序中热轧工序占比最大,其次是炼铁、炼钢工序,冷轧、烧结和炼焦工序较低。该企业的吨钢水能强度为0.208 kW·h/m3,炼铁工序的水能强度最高,热轧、炼钢工序次之,烧结、冷轧和炼焦工序较低。最后,从钢铁生产过程水资源利用的角度得到节能的方向及措施。