毕业论文（设计）基于能耗、碳排放和成本最小的炼铁系统配矿分析与优化

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1、基于能耗、碳排放和成本最小的炼铁系统配矿分析与优化基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号：2012CB720405);海军工程大学自然科学基金引导项目(批准号：HGDYDJJ-13002)．摘要：建立了以能耗、碳排放和成本最小为目标，从铁矿石配矿到高炉炼铁工序的整个炼铁系统的优化模型，该模型包含44个约束条件、10个矿石质量优化变量和7个炉料配比及操作优化变量，根据具体生产实践对部分约束进行优化设置，并采用线性规划和非线性规划相结合的方法进行求解，得到了相应参数设定下的烧结配矿优化方案，在此基

2、础上得到了分别以炼铁系统能耗最小、碳排放最小和成本最小为目标时的优化结果。进一步分析了烧结矿品位TFe、碱度R等因素对最优目标下的系统能耗、碳排放、成本以及高炉焦比的影响。系统优化后，以能耗/碳排放、成本最小为目标所得到的系统能耗/碳排放分别降低约2.03%和1.89%，系统成本降低约17.88%和18.13%；提高烧结矿碱度R有利于系统节能减排，反之，降低烧结矿碱度R则能够节约系统成本；提高矿石品位TFe、增加块矿配用量、高炉喷煤量，提高鼓风温度，降低焦比是实现系统节能减排、降低成本的有效途径。关键词：烧结配

3、矿炼铁系统能耗碳排放成本配矿分析与优化1引言钢铁行业在过去的几十年中飞速发展，同时也面临着前所未有的挑战：铁矿石需求量不断增大，优质资源日渐稀少，导致烧结配矿种类繁杂，使得烧结和炼铁成本不断增加[1]。与此同时，国内外“绿色钢铁”的呼声越来越高，对钢铁行业降低成本、节能减排又提出了新的更高要求[2-5]。如何合理地搭配铁矿石，成为了烧结工序至关重要的一个环节。而且烧结配矿直接影响到成品烧结矿的品位、碱度以及化学成分，又会对后续炼铁工序炉料配比及操作参数产生较大影响，进而影响到整个炼铁系统的生产成本、能耗和碳排放

4、。很多学者基于机理研究和生产实践，探索了烧结配矿对烧结工序和后续炼铁工序的成本、能耗及碳排放的影响。Kawaguchihe和Yoshinaga[6]对烧结过程进行了综合模拟，得到了成品矿质量、单位能耗等性能参数。冯建生[7]采用神经网络与经验配矿相结合的方法，建立了烧结配矿过程专家系统，并能准确预测质量及相应的科学配矿方案。巴西CVRD公司采用人工神经网络的方法对配矿矿种微观结构对成品烧结矿性能的影响进行了模拟，通过对比分析达到优化配矿的目标[8]。袁晓丽等[9]针对烧结配矿的特点，分别建立了烧结矿的BP神经网

5、络质量模拟模型和遗传配矿优化模型，开发了烧结优化配矿软件。结果表明：烧结矿质量模拟预报准确率较高，遗传配矿优化效果较为明显。李信平和孔维桔[10]基于昆钢新区生产实践，以降低炼铁系统成本为目标，对烧结配矿、高炉炉料两大配矿结构进行了优化调整，得到了系统成本最小时的最佳烧结配矿结构、最佳烧结矿品位以及高炉的最佳煤比17范围等一系列工艺参数。唐钢集团[11,12]将烧结配矿计算与高炉配料计算相结合，通过软件实现给定参数下成品烧结矿成分、成本的计算，并进一步分析了烧结矿对高炉炉料结构及生铁成本的影响。使用数学模型化方

6、法研究高炉炼铁过程、工序和系统的可行性得到很多国内外学者的探索与验证[13-16]。一些学者基于高炉的物质流、能量流模型，采用线性规划法建立了不同优化目标下的高炉炼铁过程、工序、子系统乃至流程的优化模型，从而探索高炉炼铁系统节能减排的途径。Larsson等[17-20]利用混合整数线性规划模型，在划定生产过程的能耗及碳排放边界情况下对钢铁流程能耗进行了集成分析与优化，得到了工序、系统的最佳操作参数，并对流程所需的新型节能设备进行了优选分析。Ryman等[21,22]则进一步将夹点分析和数学规划方法相结合，分别对

7、钢铁流程的能耗、碳排放和企业利润三方面进行了分析。张琦等[23]运用过程集成的思想，建立了高炉节能减排模型，采用混合整数线性规划方法对炼铁系统的能耗、成本和CO2排放等目标进行了分析优化，得到了最佳配料和最佳操作参数，研究了煤比、焦比和烧结矿品位对高炉炼铁过程的影响，并基于此提出了高炉炼铁系统节能减排的方向。Mohanty等[24]将人工神经网络应用于回转窑炼铁过程，建立了多工艺约束下的输入-输出关联模型，采用遗传算法对操作参数进行了多目标优化，并给出了可能的改进措施。蔡红鑫等[25]将人工神经网络应用到高炉炼

8、铁工序中，计算和预测工序能耗随铁水含Si量、风温、风量等操作参数的变化关系。周继程等[26]在能质平衡的基础上，运用冶金流程工程学方法和输入-输出模型，对烧结、高炉两大工序的资源与能源利用情况进行了分析，并在此基础上针对唐钢南区从烧结配矿到高炉炼铁的CO2排放量计算。Zhang等[27]基于炼铁所用的辅料特点，建立了关联综合焦比与辅料的BP神经网络模型，开展了以高炉炼铁过程综合焦比最小