鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣資源合理利用及優(yōu)化分配研究.pdf

1、鋼鐵生產(chǎn)過程是復(fù)雜的鐵-煤化工過程，洗精煤、高爐噴吹用煤等含碳能源經(jīng)過轉(zhuǎn)換、回收、使用等環(huán)節(jié)直到最終二氧化碳排放形成能量流，推動鐵素流從天然資源到鋼鐵產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換，其中，碳素流是能量流的主體。煤氣是碳素流的主要組成部分，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中重要的二次能源，占企業(yè)能源消耗總量的30％左右。所以，正確地認識鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中煤氣供需關(guān)系的變化規(guī)律，科學(xué)地規(guī)劃、實施煤氣的生產(chǎn)、儲存、分配和利用，特別是富余煤氣的緩沖使用策略，對優(yōu)化利用鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的煤氣

2、資源，降低噸鋼能耗、減少二氧化碳排放都有十分重要的意義。論文系統(tǒng)地研究了鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣的生產(chǎn)與利用及煤氣的供需關(guān)系變化規(guī)律；建立了煤氣資源在若干用能設(shè)備上的優(yōu)化分配以及富余煤氣在煤氣柜與自備電廠鍋爐等緩沖用戶的動態(tài)優(yōu)化分配數(shù)學(xué)模型，為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣合理利用、優(yōu)化分配提供理論依據(jù)和分析工具。主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)根據(jù)典型高爐-轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)流程碳素流的輸入、轉(zhuǎn)換、耗散和排放過程，剖析了煉鐵、煉焦和煉鋼等生產(chǎn)工藝及高爐煤氣、

3、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的回收與利用。從原燃料條件、熱工操作、回收工藝及空氣（煤氣）預(yù)熱、物料熱裝熱送等方面分析了影響煤氣回收與利用的各種因素。論述了鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣富余的原因以及富余煤氣的發(fā)電方式，分析了熱電聯(lián)產(chǎn)的節(jié)能效果，提出富余煤氣利用的基本原則，并展望了焦?fàn)t煤氣制氫、生產(chǎn)甲醇和直接還原鐵等再資源化途徑。
　　 (2)建立了鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣供需預(yù)測模型，對回收量、需求量和富余量的預(yù)測表明，影響企業(yè)噸鋼煤氣產(chǎn)率、噸鋼煤氣燃耗及煤氣

4、富余量的因素主要是各工序的單位煤氣產(chǎn)率、單位煤氣燃耗和鋼比系數(shù)。研究了鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣供需關(guān)系變化規(guī)律，提出煤氣回收與利用水平的評價指標(biāo)，主要有煤氣回收率、煤氣在用能設(shè)備的熱能轉(zhuǎn)換效率、煤氣熱電轉(zhuǎn)換效率和煤氣綜合利用率；分析了煤氣回收與利用對噸鋼綜合能耗的影響，研究結(jié)果表明，降低企業(yè)噸鋼綜合能耗的措施主要有：①采用蓄熱式燃燒、空氣（煤氣）預(yù)熱等技術(shù)提高煤氣的利用效率，降低用能設(shè)備單位煤氣消耗；②采用干法除塵等技術(shù)完善回收工藝，增加煤氣回

5、收率；③采用燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組高效利用富余煤氣，提高煤氣熱電轉(zhuǎn)換效率；④建設(shè)能源管理中心，提高煤氣管理水平，減少或消除煤氣放散損失。分析了鋼鐵聯(lián)合企業(yè)富余煤氣利用與“只買煤不買電”能源模式的相互關(guān)系，探討了不同規(guī)模鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的煤氣利用和“只買煤不買電”模式的實現(xiàn)方案。
　　 (3)研究了鋼鐵聯(lián)合企業(yè)用能設(shè)備煤氣的互換性和合理熱值問題，根據(jù)煤氣在不同設(shè)備上使用效率存在差異，用燃料利用系數(shù)與用能設(shè)備燃料改變前后的單位燃耗為

6、基本參數(shù)，以用能設(shè)備能源需求、工藝要求、能源介質(zhì)平衡等為約束條件建立了鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣優(yōu)化分配模型，旨在對企業(yè)自產(chǎn)煤氣進行最優(yōu)分配，使能源消耗量最小。研究表明，煤氣的替換不能簡單按照不同煤氣等價熱量進行，而應(yīng)該綜合考慮煤氣的數(shù)量和質(zhì)量；合理熱值的確定將煤氣與用能設(shè)備的熱工操作參數(shù)緊密結(jié)合，降低了加熱過程中的傳熱火用損失；單品種煤氣應(yīng)優(yōu)先使用，余量再并網(wǎng)，以減少高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣混合過程的火用損失及管道、混合加壓設(shè)備的投資費用。本文提出的

7、煤氣優(yōu)化分配模型為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)制定長、中、短期煤氣規(guī)劃，確定最佳煤氣使用方案，進行計劃預(yù)測和系統(tǒng)分析提供了有利工具。
　　 (4)引入懲罰函數(shù)方法，建立了富余煤氣在煤氣柜與自備電廠等緩沖用戶的動態(tài)優(yōu)化分配模型。該模型充分發(fā)揮了煤氣柜、自備電廠鍋爐對富余煤氣的緩沖作用，提高煤氣發(fā)電效率，使企業(yè)煤氣放散或不足量最小。同時，改變了以往煤氣柜只起保安作用、富余煤氣利用以犧牲發(fā)電設(shè)備的效率為代價的做法。研究結(jié)果表明：根據(jù)自備電廠鍋爐的容量

8、、效率和使用燃料的種類，使煤氣在若干效率不同的鍋爐間得到合理分配且煤氣柜的柜位在安全范圍內(nèi)；過?；虿蛔愕拿簹饬客ㄟ^改變煤氣柜、自備電廠鍋爐等緩沖用戶的緩沖量得到調(diào)整，充分、高效地利用了鋼鐵生產(chǎn)中的富余煤氣資源并減少了煤氣放散。
　　 (5)針對鞍鋼和遷鋼的實際生產(chǎn)情況和煤氣資源供需狀況，分別應(yīng)用煤氣優(yōu)化分配模型和富余煤氣在緩沖用戶的動態(tài)優(yōu)化分配模型。根據(jù)鞍鋼不同的生產(chǎn)工況、部分工序設(shè)備改造后的煤氣資源供需變化，給出了煤氣資源優(yōu)化

9、分配、高效利用的指導(dǎo)方案。結(jié)果表明：鞍鋼應(yīng)用優(yōu)化分配模型后，降低了各工序用能設(shè)備的煤氣發(fā)熱值和單位產(chǎn)品煤氣消耗；同時，假設(shè)富余煤氣全部用于發(fā)電，且熱電效率為37％，可降低噸鋼綜合能耗37.59kgce/t鋼；針對新1＃3200m3高爐休風(fēng)、1780熱軋生產(chǎn)線檢修、新四煉焦一座6m焦?fàn)t檢修等生產(chǎn)工況下煤氣的優(yōu)化分配表明，鞍鋼煤氣系統(tǒng)節(jié)能還有很大潛力，在滿足生產(chǎn)要求和自備電廠煤氣緩沖的范圍內(nèi)，尚有8.32萬m3/h的焦?fàn)t煤氣外供；對遷鋼富余