本發(fā)明涉及生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多目標(biāo)高爐冶煉工序碳排放優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國粗鋼產(chǎn)量年均增長率達(dá)到15.52%，2012年為7.17億噸，約占當(dāng)年世界粗鋼產(chǎn)量的46.3%。中國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展帶來了資源、能源和環(huán)境等一系列問題。在CO₂排放方面，2012年中國鋼鐵工業(yè)CO₂排放量占全國總排放量的16.9%，減排形勢嚴(yán)峻。《鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出，“十二五”期間，鋼鐵工業(yè)CO₂排放量要降低18%，這對未來中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，減少鋼鐵企業(yè)CO₂排放量、降低生產(chǎn)成本對中國鋼鐵企業(yè)今后的生存和發(fā)展具有非常重要的意義。

鋼鐵制造業(yè)是CO₂排放的主要來源，成為我國第三大CO₂排放行業(yè)。中國又是世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)國，鋼鐵工業(yè)占總能源消耗的15.2﹪，鋼鐵工業(yè)的CO₂排放中，能源（燃料）消耗所排放的CO₂量約占鋼鐵工業(yè)CO₂排放總量的95%以上。我國鋼鐵工業(yè)依賴度主要能源是煤炭資源。如何降低企業(yè)煤炭能耗，減少生產(chǎn)成本，降低鋼鐵工業(yè)CO₂排放量，使企業(yè)由粗放型經(jīng)營轉(zhuǎn)向集約型經(jīng)營，發(fā)展新型工業(yè)化模式，成為許多專家、學(xué)者研究的課題。在鋼鐵生產(chǎn)中，高爐煉鐵所排放的CO₂ 占整個(gè)生產(chǎn)過程的絕大部分，降低高爐煉鐵能源消耗，減少CO₂排放量，采用新型清潔能源代替化石燃料、優(yōu)化高爐設(shè)備等是未來節(jié)能減排的重要措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要針對煉鐵系統(tǒng)中與物質(zhì)流生產(chǎn)緊密相關(guān)的燒結(jié)工序和高爐工序建立工序碳排放優(yōu)化模型，同時(shí)建立煉鐵系統(tǒng)碳排放優(yōu)化模型，從不同層面上進(jìn)行優(yōu)化分析。

為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：采用Lingo9.0軟件建立單目標(biāo)和多目標(biāo)優(yōu)化模型，從整體出發(fā)使各工序的生產(chǎn)相互配合，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化模型的目標(biāo)最優(yōu)；多目標(biāo)優(yōu)化能使成本和CO₂排放量相對達(dá)到最優(yōu)。

附圖說明

圖1爐料成本對鐵水成本和CO₂排放量的影響。

圖2礦石品位對鐵水成本和CO₂排放量的影響。

圖3 排放因子對CO₂排放量的影響。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對本發(fā)明減少高爐冶煉工序中C素流的技術(shù)方案改進(jìn)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

高爐是一個(gè)大型的逆流反應(yīng)器，鐵礦石、焦炭等原料從高爐上部裝入，經(jīng)過預(yù)熱的空氣（常常伴有煤粉、富氧等噴吹物）從下部的風(fēng)口鼓入，在爐料下降的過程中，礦石逐漸被直接或是間接還原成本生鐵，同時(shí)生成高爐爐渣和高爐煤氣。由于高爐內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜，因此，在建立高爐工序優(yōu)化模型時(shí)將高爐視為一個(gè)黑箱模型，而不是模擬高爐內(nèi)所有重要的反應(yīng)。

案例1：高爐入爐配料的成本變化對噸鐵成本和CO₂排放量的影響。

如圖1所示，將高爐入爐配料（x₁~x₁₁）的成本降低一個(gè)單位時(shí)，噸鐵成本的變化較為顯著，對噸鐵CO₂排放量的影響量并不大。其中燒結(jié)礦（x₁）的成本降低一個(gè)單位降低成本3.96%、減小CO₂排放量1.04%，影響程度最大。其次是焦炭（x₁₀）。因此，降低燒結(jié)礦成本、降低高爐焦比，增加噴煤比是降低噸鐵成本和CO₂排放量的有效途徑。

案例2：入爐礦石的品位對噸鐵成本和CO₂排放量的影響。

在高爐入爐礦石中，燒結(jié)礦的品位單位變化對噸鐵成本和CO₂排放量的影響最大，如圖2所示。當(dāng)高爐的入爐礦石（x₁~x₉）的品位提高一個(gè)單位時(shí)，僅燒結(jié)礦（x₁）品位的變化降低成本0.88%，減少噸鐵CO₂排放量0.34%。所以，提高高爐入爐燒結(jié)礦的品位能有效的降低高爐煉鐵成本和CO₂排放。

案例3：碳排放因子對噸鐵CO₂排放量的影響。

投入高爐的物質(zhì)和能源，以及高爐工序生產(chǎn)的產(chǎn)品、副產(chǎn)品等對高爐工序CO₂排放量都有一定的貢獻(xiàn)，下面主要研究投入高爐工序中各種爐料的碳排放潛力以及碳排放因子單位變化對噸鐵CO₂排放量和成本的影響程度。如圖3所示，高爐所使用的物質(zhì)及能源中，礦石（x₁~x₉）對噸鐵CO₂排放量的貢獻(xiàn)較小，能源對碳排放潛力較大，其中焦炭（x₁₀）、高爐鼓風(fēng)（x₁₅）、煤粉（x₁₁）和BFG消耗量（x₁₃）和BFG發(fā)生量（x₁₆）對噸鐵CO₂排放量貢獻(xiàn)最為突出，當(dāng)碳排放因子的值降低一個(gè)單位時(shí)，各優(yōu)化變量對噸鐵CO₂排放量的影響程度也各不相同。其中高爐鼓風(fēng)（x₁₅）對高爐工序的減排效果影響最大，其次是BFG、焦炭、高爐渣和煤粉。高爐減排要從“減少消耗”和“增加回收”兩個(gè)方面下功夫。