專利名稱：一種高爐CO₂排放量的實時監(jiān)測系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高爐煉鐵在線監(jiān)測技術領域，特別是涉及一種高爐CO2排放量的實時監(jiān)測系統(tǒng)和方法。通過高爐運行中含碳輸入物質流和含碳轉移物質流實時運行狀態(tài)進行分析，通過計算結果和檢測結果綜合考慮得到較準確的高爐二氧化碳實時排放量。
背景技術：
國際鋼鐵協(xié)會(IISI)和國際能源署(IEA)發(fā)表聲明認為世界鋼鐵企業(yè)所有碳排放中約有51%是由中國排放的(韓穎，李廉水，孫寧.中國鋼鐵工業(yè)二氧化碳排放研究[J1.2011. I: 53-57.)，呼吁中國鋼鐵企業(yè)提高能源效率以減少碳排放。隨著國際和國內對于鋼鐵企業(yè)二氧化碳減排的形勢日益急迫，而高爐在鋼鐵企業(yè)整體二氧化碳中占到70%，所 以研究高爐系統(tǒng)關于二氧化碳排放量具有重要意義，也對于將來碳減排壓力下我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和參與國際談判十分重要。目前國內外關于高爐二氧化碳排放量的計算，存在幾個問題(I)、國際上政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的關于鋼鐵企業(yè)二氧化碳排放量的計算是基于國家層面的排放計算，主要依據(jù)《IPCC國家溫室氣體清單指南》(EgglestonH S，Buendia L, Miwa K. 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gasinventories [M]· Japan, (IGES)，2007.),根據(jù)鋼鐵工業(yè)的化石能源消耗來估算其CO2排放，通過企業(yè)整體物質流和相關物質碳排放因子的計算得到企業(yè)排放估算值。該方法對于企業(yè)二氧化碳排放過于籠統(tǒng)而難以應用到具體生產中高爐的二氧化碳排放實時監(jiān)測(上官方欽，張春霞，酈秀萍，樊波，黃導.關于鋼鐵行業(yè)C0_2排放計算方法的探討[J]. 2011. 11:1-5.)。(2)、世界鋼鐵協(xié)會(WSA)的針對鋼鐵企業(yè)全流程二氧化碳排放量計算。世界鋼鐵協(xié)會(WSA)出臺了兩個版本的計算方法第一版《Climate Change Emissions CalculationTool User Guide》和第二版《C02 Emission Data Collection User Guide》，其第一版通過鋼鐵企業(yè)內部工序排放量來計算企業(yè)整體排放量,需要各個工序之間嚴格準確而且十分緊密的報表數(shù)據(jù)連接進行計算，單個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)錯誤，都可能造成整體的計算失敗，實際適用難度較大；第二版則是基于企業(yè)整體，從企業(yè)層面上進行二氧化碳排放量的計算；(3)、IPCC和WSA的鋼鐵企業(yè)二氧化碳排放量計算方法都僅僅用于計算較長周期內(多為年度)高爐系統(tǒng)二氧化碳排放量，用于長周期內高爐二氧化碳排放量的總量統(tǒng)計，而不能獲取短期內高爐系統(tǒng)二氧化碳排放量，監(jiān)測結果實時性較差，也無法獲取和利用當前測量值對高爐生產做出針對二氧化碳排放的操作調整；(4)、目前國際上關于鋼鐵企業(yè)二氧化碳排放量的主要計算方法均將間接排放，如外購電等動力介質，和副產品排放抵扣，如焦油、粗笨等，也折算至鋼鐵企業(yè)的全流程排放計算中，但由于各國的能源結構不同，能源的碳排放折算也存在較大差異，由美國等國家主導的國家二氧化碳排放算法難以準確反映出中國鋼鐵企業(yè)二氧化碳排放的實際情況，所以建立一套基于中國鋼鐵企業(yè)生產實際情況的二氧化碳直接排放監(jiān)測系統(tǒng)可以為企業(yè)的排放評估提供較準確的數(shù)據(jù)支持；(4)、目前國內仍沒有針對高爐二氧化碳排放量進行實時監(jiān)測的系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種高爐CO2排放量的實時監(jiān)測系統(tǒng)和方法，解決了目前高爐二氧化碳排放量監(jiān)測系統(tǒng)非實時和誤差較大等問題，實現(xiàn)了實時性好、數(shù)據(jù)準確、可實現(xiàn)性好的高爐二氧化碳排放量實時監(jiān)測，可以為高爐生產的二氧化碳排放提供重要的監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)和生產計劃參考。本發(fā)明的高爐二氧化碳排放量的實時監(jiān)測系統(tǒng)(如圖2所示)，包括監(jiān)測顯示設備
I、數(shù)據(jù)服務中心2、分析檢測檢驗機構終端3、數(shù)據(jù)收集裝置4及現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集儀表5。現(xiàn) 場數(shù)據(jù)采集儀表5通過模擬信號線或數(shù)字信號線同現(xiàn)場的數(shù)據(jù)收集裝置4相連；數(shù)據(jù)收集裝置4和成分分析檢驗機構終端3通過以太網與數(shù)據(jù)服務中心2相連接；同時，數(shù)據(jù)服務中心2也通過以太網與監(jiān)測顯示設備I相連接；通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置4可以實時獲取現(xiàn)場所檢測物流的信息，化驗分析檢驗機構終端3可及時提供采樣的輸入輸出含碳物質的成分檢測數(shù)據(jù)(如圖3所示)；系統(tǒng)中成分檢測的周期的設定是綜合考慮系統(tǒng)監(jiān)測實時性和系統(tǒng)成本，由固定時間周期和基于原料變化情況的可調整周期共同組成；數(shù)據(jù)服務中心2可以及時獲取所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)控顯示設備I計算并輸出顯示高爐系統(tǒng)二氧化碳實時排放量。實時監(jiān)測系統(tǒng)是以系統(tǒng)設定的單位時間為時間周期運行，通過實時監(jiān)測和計算單位時間內系統(tǒng)二氧化碳排放量來實現(xiàn)系統(tǒng)實時二氧化碳排放數(shù)據(jù)的監(jiān)測，這要求系統(tǒng)檢測和采樣分析數(shù)據(jù)在單位時間內同步傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務中心。實時監(jiān)測系統(tǒng)通過對高爐現(xiàn)場多種同二氧化碳排放相關的物質流進行實時數(shù)據(jù)采集，對單位時間內的系統(tǒng)二氧化碳排放量計算初值和系統(tǒng)二氧化碳監(jiān)測排放量進行加權和計算，得到更為準確的單位時間系統(tǒng)二氧化碳排放量計算終值。實時監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場檢測儀表5與數(shù)據(jù)收集裝置4的連接為現(xiàn)場總線技術連接方式，數(shù)據(jù)收集裝置4、化驗分析檢測機構終端3、系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務中心2及監(jiān)測顯示設備I之間的連接是通過工業(yè)以太網實現(xiàn)的。本發(fā)明的高爐二氧化碳排放量監(jiān)測方法(如圖4所示)具體步驟為I、通過相應的檢測儀表檢測的物質流量計算出所有含碳輸入物質流的單位周期Time內的含碳物質輸入量，結合相應的二氧化碳排放系數(shù)輸入到二氧化碳輸入計算模塊8，利用公式(I)計算出系統(tǒng)整體的二氧化碳輸入量Mm2，系統(tǒng)含碳輸入物質的二氧化碳排放系數(shù)見表I ;Mco2=Flowcoke*Time*Tcoke+Flowoeygen_rich*Time*Toxygen_rich+Flowcoal*Time*Tcoal+Flowcoke_gas*Time*Tcoke_gas(I)公式中Mco2——系統(tǒng)二氧化碳單位時間輸入量；Time——系統(tǒng)設定周期；Flowcoke——焦炭單位時間輸入質量； Trake——焦炭的二氧化碳排放系數(shù)；Flowoeygen_rich——富氧單位時間輸入流量；TMygen_,ic;h——富氧的二氧化碳排放系數(shù)；Flowcoal——煤粉單位時間輸入流量； Traal——煤粉的二氧化碳排放系數(shù)；
Flowcoke_gas——焦爐煤氣單位時間輸入流量；Trake_gas——焦爐煤氣的二氧化碳排放系數(shù)；2、同時通過相應的檢測儀表檢測的物質流量計算出所有含碳轉移物質流的單位時間轉移量，結合相應的二氧化碳排放系數(shù)輸入到二氧化碳轉移模塊9，利用公式(2)計算出系統(tǒng)整體的二氧化碳轉移量Ρμ2。Pco2=Flowgas*Time*Tgas+Miron_
water *T iron—water+MsIag 串 Tsi+Mf Ugi tive—emissi0ns*Tf Ugitiv —(2)公式中Pco2——系統(tǒng)二氧化碳單位時間轉移量；Flowgas——高爐煤氣單位時間轉移流量；Tgas——高爐煤氣的二氧化碳排放系數(shù)；Mirmater——鐵水單位時間轉移質量；Tiron_watOT——鐵水的二氧化碳排放系數(shù)；Mslag——爐渣單位時間轉移質量；Tslag——爐渣的二氧化碳排放系數(shù)；Mdust——爐塵單位時間轉移質量；Tdust——爐塵的二氧化碳排放系數(shù)；Mfugitive_emissions——系統(tǒng)無組織排放單位時間轉移質量；Tfugitive_emissions——系統(tǒng)無組織排放的二氧化碳排放系數(shù)；3、最后根據(jù)系統(tǒng)二氧化碳輸入量和系統(tǒng)二氧化碳轉移量輸入到二氧化碳排放量計算初算模塊10，利用公式(3)計算得到系統(tǒng)二氧化碳排放量計算初值EC。?！盓Cco2=Mco2-Pco2(3)公式中ECco2——單位時間二氧化碳排放量計算初值；4、通過相應的檢測儀表檢測含碳排放物質流的單位時間排放量，得到系統(tǒng)二氧化碳實時監(jiān)測排放原始量Fm2，將Fm2和熱風爐單位時間輸入的二氧化碳量輸入到二氧化碳排放監(jiān)測量計算模塊11，用以抵消熱風爐中輸入空氣所包含的二氧化碳，最后利用公式(4)獲得系統(tǒng)二氧化碳排放量監(jiān)測值EDm2。EDco2=Fco2-Flowhot_air*Time*Thot_air(4)公式中EDco2——單位時間二氧化碳排放量監(jiān)測值；Flowhot_air-熱空氣單位時間輸入流量；Thot_air——熱空氣的二氧化碳排放系數(shù)；5、最后，對系統(tǒng)二氧化碳排放量計算初值與系統(tǒng)二氧化碳單位時間監(jiān)測排放量分別配以權重因子輸入到二氧化碳排放量計算終算模塊12，考慮到實際系統(tǒng)運行中對于爐渣、鐵水中及爐氣中粉塵碳元素攜帶監(jiān)控困難等因素造成部分碳元素無監(jiān)控轉移和排放，造成系統(tǒng)二氧化碳排放量計算初值略大于真實值；而煙道監(jiān)測到的二氧化碳排放量不包含爐體泄漏、無組織排放等二氧化碳直接量，造成二氧化碳實時監(jiān)測排放量略小于真實值，所以，根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)場狀態(tài)對計算初值和監(jiān)測值進行加權計算，利用公式(5)得到更為準確的系統(tǒng)二氧化碳排放量計算終值Em2。Eco2=ECco2*Pc_EDco2*Pd(5)
對于權重因子參數(shù)的取值范圍定義為0〈PC〈=1，0〈PD〈=1，Pd+ Pc=I ；當P。=1，Pd =0時，只取計算值作為最終輸出值；當P。=0，Pd =1時，只取監(jiān)測值作為最終輸出值；而且,參數(shù)滿足計算條件EDM2〈=EM2〈=ECra2
公式中ECco2——單位時間二氧化碳排放量計算初值；Pc—二氧化碳排放量計算初值權值因子；EDco2——單位時間二氧化碳排放量監(jiān)測值；Pd—二氧化碳排放量計算監(jiān)測權值因子；Eco2——單位時間二氧化碳排放量計算終值；監(jiān)測計算方法中所述現(xiàn)場檢測裝置5對于系統(tǒng)范圍內所有的含碳輸入物質流、含碳轉移物質流和含碳排放物質流都進行了實時監(jiān)測。對于含碳輸入物質流和含碳轉移物質流的計算方法中，各類物質的排放系數(shù)是可以根據(jù)實際系統(tǒng)運行時的采樣化驗分析數(shù)據(jù)進行適當調整的。對于系統(tǒng)二氧化碳排放量計算初值和系統(tǒng)二氧化碳監(jiān)測排放量進行加權和的計算中，權值因子是可以根據(jù)實際系統(tǒng)運行狀況進行適當調整的。與現(xiàn)有的高爐二氧化碳排放計算方法相比，本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點I、本發(fā)明設計了一種結合二氧化碳排放量計算初值和二氧化碳排放監(jiān)測量進行綜合考慮，計算獲得最終二氧化碳排放量計算終值的方法，提高了系統(tǒng)監(jiān)測精度；2、本發(fā)明實現(xiàn)對系統(tǒng)二氧化碳排放量的連續(xù)監(jiān)測，通過計算和分析得到系統(tǒng)二氧化碳排放量的短周期實時性數(shù)據(jù)。本發(fā)明在二氧化碳排放量計算方面具有幾點優(yōu)點I、數(shù)據(jù)準確性高。利用高爐系統(tǒng)的二氧化碳排放計算模型與主要排放源的實際監(jiān)測值相結合，得到更加準確的監(jiān)測結果數(shù)據(jù)；2、數(shù)據(jù)實時性好。相比于其他方法長周期(年度時間)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算得到的結果，本發(fā)明中設置的最小單位時間(時間設置最小單位為小時)較小，具有較好的實時性；3、系統(tǒng)周期可選擇范圍大，可以根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測需求設置系統(tǒng)監(jiān)測周期，包括最小周期為小時在內的小時、班次、天、周、月等可選擇周期，具有較好的監(jiān)測周期多樣性；4、系統(tǒng)具有排放預測功能，系統(tǒng)可實現(xiàn)基于生產計劃數(shù)據(jù)和歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行二氧化碳計劃排放量的估算，具有排放預測功能。本發(fā)明中高爐二氧化碳排放實時監(jiān)測系統(tǒng)具有實施方面的優(yōu)點I、系統(tǒng)可實現(xiàn)性好。系統(tǒng)中要求實現(xiàn)監(jiān)測的主要的含碳物質流，已經在目前大部分高爐系統(tǒng)中均得以實現(xiàn)監(jiān)測，可以直接從相關系統(tǒng)中獲取監(jiān)測結果數(shù)據(jù)，可以減少很大部分的設備投入和施工費用，一定程度上降低了系統(tǒng)的成本投入和實施復雜度。2、可移植性好。高爐二氧化碳排放實時監(jiān)測系統(tǒng)中排放量計算涉及的中主要參數(shù)可以根據(jù)不同企業(yè)現(xiàn)場實際情況的不同進行調整，監(jiān)測物質流種類也可以根據(jù)現(xiàn)場進行調整，所以系統(tǒng)可以很方便的移植于其他高爐系統(tǒng)，值得在鋼鐵企業(yè)中采用和推廣。


圖I為高爐二氧化碳排放量實時監(jiān)測系統(tǒng)計算原理圖。圖2為高爐二氧化碳排放量實時監(jiān)測系統(tǒng)架構圖。其中，監(jiān)控顯示設備I、數(shù)據(jù)服務中心2、成分分析檢驗機構終端3、現(xiàn)場一級PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集裝置4、現(xiàn)場檢測儀表5。圖3為系統(tǒng)成分分析檢驗部門功能圖。圖4為高爐二氧化碳排放量監(jiān)測方法計算原理框圖。圖5為高爐系統(tǒng)實例圖。圖6是高爐系統(tǒng)實例各層設備接線圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步詳細描述。本高爐二氧化碳排放實時監(jiān)測系統(tǒng)涉及到高爐系統(tǒng)的現(xiàn)場大量碳素物質流數(shù)據(jù)，包括實時物質流量和物質成分分析化驗數(shù)據(jù)。所涉及到的物料種類及監(jiān)測設備如圖5中所標出的物質流與監(jiān)測設備，主要分布如下高爐頂部加料口處安裝有進行用于稱量入爐焦炭和物料稱量的焦炭料斗秤和爐料料斗秤；在高爐中下部爐腹位置處的鼓風口處，鼓入的物質包括熱風空氣、富氧和煤粉，在熱風空氣是來源于現(xiàn)場四座熱風爐的交替供風，所以在四座熱風爐的出口管道位置安裝有四只熱風空氣流量計；富氧管道上安裝有富氧流量計；而煤粉通常伴隨其他非含碳氣體一起吹入高爐，所以對于煤粉的監(jiān)測是在煤粉混合氣體入爐前的氣體管道處安裝煤粉濃度監(jiān)測儀進行輸入煤粉流量的測量；在高爐底部是高爐爐渣出口和鐵水的出鐵口，爐渣排除后會直接運送到指定堆積地點并進行稱重，爐渣的含碳量十分低，所以有時候并不能進行十分準確的稱重；高爐鐵水量的測量是通過位于鐵水魚雷車處的鐵水稱重裝置實現(xiàn)的；熱風爐內部高爐煤氣燃燒后產生的熱風爐廢氣通過煙囪排放到大氣，在排煙管道內安裝用于測量熱風爐廢氣內部二氧化碳含量的在線濃度監(jiān)測儀；從高爐頂部排出的高爐煤氣先經過除塵和洗滌，除去氣體中帶出的高爐粉塵,對于過濾的高爐粉塵量測量通過粉塵稱重器實現(xiàn)；經過洗滌后的高爐煤氣分為兩部分，一部分輸送到熱風爐作為燃料利用，另一部分進入高爐煤氣管網向外輸送，該部分高爐煤氣的流量檢測是通過進入高爐煤氣管網前的煤氣管道位置安裝高爐煤氣流量計實現(xiàn)。實時監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)場的接線連接圖如圖6所示，現(xiàn)場儀表經過模擬或數(shù)字信號線連接到現(xiàn)場遠程IO柜的IO端子上，將監(jiān)測信號傳入端子?，F(xiàn)場遠程IO柜通過現(xiàn)場總線連接至現(xiàn)場一級數(shù)據(jù)收集設備上，對于具體遠程IO柜的選擇可以根據(jù)現(xiàn)場儀表位置及連接難度來連接遠程IO柜。鑒于目前現(xiàn)場高爐控制系統(tǒng)對本系統(tǒng)所要求監(jiān)測的大部分數(shù)據(jù)都已經實施監(jiān)測，所以現(xiàn)場設備連接可以在現(xiàn)場已有控制系統(tǒng)的基礎上加以利用，所以本系統(tǒng)中的現(xiàn)場一級數(shù)據(jù)收集設備并未限定某種具體類型設備，可以為目前行業(yè)應用較多的PLC設備，或者DCS控制設備，或者其他控制設備，可以根據(jù)現(xiàn)場實際進行選擇。對于系統(tǒng)上層設備連接如圖所示，主要是基于工業(yè)以太網實現(xiàn)連接?，F(xiàn)場一級數(shù)據(jù)收集設備將現(xiàn)場儀表設備上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務中心發(fā)送，而同時化驗分析檢測機構會將指定物質的化驗分析檢測結果通過終端傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務中心，系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務中心收集到完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測設備，監(jiān)測設備根據(jù)設定獲取所需要的數(shù)據(jù)進行二氧化碳排放量的計算，并作為最終二氧化碳排放量結果輸出，同時該結果也被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務中心進行歷史數(shù)據(jù)存儲；用戶可以根據(jù)實時和歷史數(shù)據(jù)進行關于生產和排放的預測分析與和管理優(yōu)化工作。需要說明的是，對于系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇，并無特殊要求，如現(xiàn)場儀表的連接選擇可以是如圖中基于總線的連接方式，包括多種常見的總線類型，也可在滿足傳輸速率的條件下選擇無線傳輸方式，如Wifi、ZigBee、WIA等方式,在實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效傳輸?shù)幕A上，數(shù)據(jù)的傳輸方式并無特殊限定。而上層數(shù)據(jù)網考慮到傳輸速率和數(shù)據(jù)安全，主要是基于工業(yè)以太網進行傳輸，用戶也可以根據(jù)需求選擇其他類型的傳輸方式。設該高爐為2000m3級的煉鐵高爐，日產鐵為4800噸，設定連續(xù)生產中監(jiān)測周期為I小時，周期內產鐵量為200噸，輸入含碳物質原料量及二氧化碳排放系數(shù)為焦炭質量76034kg，排放系數(shù)3. 117 ;煤質量30638kg，排放系數(shù)2. 933 ;輸入物質還包含焦爐煤氣1796kg，排放系數(shù)O. 776 ;輸出含碳產品量為鐵水200000kg，排放系數(shù)O. 147 ;粉塵 灰3000kg，排放系數(shù)I. I ;高爐煤氣200902m3，排放系數(shù)O. 346。系統(tǒng)CO2排放量監(jiān)測值為214744kg。實際系統(tǒng)中關于富氧中碳含量、無組織排放量、爐渣等物質碳含量需要根據(jù)現(xiàn)場情況確定，并且其含量較小，所以本次計算中忽略其影響，所以系統(tǒng)計算結果也非精確結果O系統(tǒng)監(jiān)測結果的計算輸出流程可以描述為以下幾個步第一步，根據(jù)含碳輸入物質監(jiān)測流量，結合二氧化碳排放系數(shù)計算輸入物質的二氧化碳量，;輸入物質二氧化碳量=76034*3.117+30638*2. 933+1796*0. 776=328259. 162kg第二步，根據(jù)含碳轉移物質監(jiān)測流量，結合二氧化碳排放系數(shù)計算轉移物質的二氧化碳量；轉移物質二氧化碳量=200000*0.147+3000*1. 1+200902*0. 346=102212. 092kg第三步，根據(jù)前面計算獲得的輸入物質二氧化碳量和轉移物質二氧化碳量，計算獲得系統(tǒng)二氧化碳排放量計算初值。二氧化碳排放量計算初值=輸入物質二氧化碳量-轉移物質二氧化碳量=328259. 162-102212. 092=226047.07kg第四步，集合二氧化碳排放量計算初值和二氧化碳監(jiān)測值進行加權計算，獲得系統(tǒng)最終二氧化碳排放量監(jiān)測結果。設定二氧化碳排放量計算初值的權值因子為O. 48，二氧化碳監(jiān)測值的權值因子為O. 52，計算系統(tǒng)的二氧化碳排放量計算終值。二氧化碳排放量計算終值=二氧化碳排放量計算初值*0. 48+ 二氧化碳監(jiān)測值*0. 52=226047. 07*0. 48+214744*0. 52=220169. 474kg第五步，系統(tǒng)最終輸出為I小時周期內二氧化碳排放量計算終值結果為220169. 474kg。管理操作人員可以基于系統(tǒng)獲得監(jiān)測周期為I小時的二氧化碳排放量數(shù)據(jù)，結合生產計劃安排預測出系統(tǒng)的計劃排放量，進行生產計劃調整。管理生產人員可以對排放監(jiān)測數(shù)據(jù)進行研究分析，對系統(tǒng)提出優(yōu)化建議，以減少系統(tǒng)二氧化碳排放。通過對本發(fā)明可以實現(xiàn)高爐二氧化碳排放量的實時監(jiān)測，可以獲得高爐二氧化碳排放的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而可以據(jù)此數(shù)據(jù)進行分析，對企業(yè)生產計劃和二氧化碳排放監(jiān)測和減排做出更為科學的認識和管理安排。意義I提供精確分析數(shù)據(jù)實現(xiàn)二氧化排放量精確化計算，可以實現(xiàn)高爐二氧化碳排放的準確評估，為鋼鐵企業(yè)二氧化碳排放量管理提供更加準確的數(shù)據(jù)依據(jù)，為鋼鐵行業(yè)排放評估及排放管理策略提供更加客觀、有效的科學依據(jù)。意義2提高排放監(jiān)管水平實現(xiàn)高爐系統(tǒng)的二氧化碳排放實時監(jiān)測、生產計劃排放量預測和減排優(yōu)化分析，可以幫助企業(yè)提高高爐系統(tǒng)二氧化碳排放的計算監(jiān)測與排放管理水平。意義3增強鋼鐵企業(yè)管理及操作人員的二氧化碳減排意識通過高爐二氧化碳排放實時監(jiān)測系統(tǒng)的實施，可以加強企業(yè)管理及操作人員的二氧化碳減排意識，企業(yè)可以據(jù)此評估和實施企業(yè)二氧化碳排放優(yōu)化改造項目，引導并加強企業(yè)內部、行業(yè)及整體社會的二氧化碳減排風氣。表I主要含碳物質二氧化碳排放計算參數(shù)表
權利要求
1.一種高爐二氧化碳排放量的實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)測顯示設備、數(shù)據(jù)服務中心、成分分析檢驗機構終端、數(shù)據(jù)收集裝置以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集儀表；其特征在于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集儀表(5)通過模擬信號線或數(shù)字信號線同現(xiàn)場的數(shù)據(jù)收集裝置(4)相連；數(shù)據(jù)收集裝置(4)和分析檢測檢驗機構終端(3)通過以太網與數(shù)據(jù)服務中心(2)相連接；同時，數(shù)據(jù)服務中心(2)也通過以太網與監(jiān)測顯示設備(I)相連接；通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置(4)實時獲取現(xiàn)場所檢測物流的信息，成分分析檢驗機構終端(3)及時提供采樣分析物質的檢測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務中心(2)及時獲取所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)控顯示設備(I)計算并輸出顯示高爐系統(tǒng)二氧化碳實時排放量。
2.根據(jù)權利要求I所述的實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的實時監(jiān)測系統(tǒng)是以系統(tǒng)設定的單位時間為時間周期運行，通過實時監(jiān)測和計算單位時間內系統(tǒng)二氧化碳排放量來實現(xiàn)系統(tǒng)實時二氧化碳排放數(shù)據(jù)的監(jiān)測，這要求系統(tǒng)檢測和采樣分析數(shù)據(jù)在單位時間內同步傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務中心。
3.根據(jù)權利要求I所述的實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的高爐二氧化碳排放量實時監(jiān)測系統(tǒng)通過對高爐現(xiàn)場多種同二氧化碳排放相關的物質流進行實時數(shù)據(jù)采集，對單位時間內的系統(tǒng)二氧化碳排放量計算初值和系統(tǒng)二氧化碳監(jiān)測排放量進行加權和計算，得到更為準確的單位時間系統(tǒng)二氧化碳排放量計算終值。
4.一種采用權利要求I所述系統(tǒng)高爐二氧化碳排放量的實時監(jiān)測方法，其特征在于，具體步驟為 a、通過相應的檢測儀表檢測的物質流量計算出所有含碳輸入物質流的單位周期Time內的含碳物質輸入量，結合相應的二氧化碳排放系數(shù)利用公式(I)計算出系統(tǒng)整體的二氧化碳輸入量Μμ2，系統(tǒng)中涉及的物質流的二氧化碳排放系數(shù)根據(jù)各企業(yè)生產物質實測值確定；高爐生產的含碳輸入物質及二氧化碳排放系數(shù)參考值如下焦炭，二氧化碳排放系數(shù)參考值為3. 17533 3. 07267，熔劑，二氧化碳排放系數(shù)參考值為O. 0007+0. 4763/(Κ5/θ+1)，其中Κ5/θ是石灰石與白云石的質量比；富氧，二氧化碳排放系數(shù)參考值為O. 00058*(1+u/(O. 21-w))，其中u是富氧率，w是氧氣純度；煤粉，二氧化碳排放系數(shù)參考值為3. 0635 ;焦爐煤氣，二氧化碳排放系數(shù)參考值為O. 776 ； Mco2=F I owcoke*T ime*Tcoke+F I owoeygen_rich*T ime*Toxygen_rich+F I owcoal*T ime*Tcoa+F I ow⑶ ke_gas*T ime*Tcoke_gas (I) 公式中 Mco2——系統(tǒng)二氧化碳單位時間輸入量；Time—系統(tǒng)設定時間周期； Flowcoke——焦炭單位時間輸入質量； T。-——焦炭的二氧化碳排放系數(shù)； Flowoeygen_rich——富氧單位時間輸入流量；Traygm_Hc;h——富氧的二氧化碳排放系數(shù)； Flowcoal一一煤粉單位時間輸入流量； TMal——煤粉的二氧化碳排放系數(shù)； Flowcoke_gas——焦爐煤氣單位時間輸入流量；Trake_gas——焦爐煤氣的二氧化碳排放系數(shù)； b、通過相應的檢測儀表檢測的物質流量計算出所有含碳轉移物質流的單位時間轉移量，結合相應的二氧化碳排放系數(shù)利用公式(2)計算出系統(tǒng)整體的二氧化碳轉移量Pco2 ；高爐生產的含碳轉移物質及二氧化碳排放系數(shù)參考值如下高爐煤氣，二氧化碳排放系數(shù)參考值為O. 48846 O. 60308 ;鐵水，二氧化碳排放系數(shù)參考值為O. 09167 O. 165 ;爐渣，現(xiàn)場實際測量值；爐塵，現(xiàn)場實際測量值；無組織排放的根據(jù)現(xiàn)場設備狀況估計參數(shù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的監(jiān)測計算方法中所屬現(xiàn)場檢測裝置(5)對于系統(tǒng)范圍內所有的含碳輸入物質流、含碳轉移物質流和含碳排放物質流都進行實時監(jiān)測。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的對于含碳輸入物質流和含碳轉移物質流的計算方法中，各類物質的排放系數(shù)是根據(jù)實際系統(tǒng)運行時的采樣化驗分析數(shù)據(jù)進行調整。
7.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的對于系統(tǒng)二氧化碳排放量計算初值和系統(tǒng)二氧化碳監(jiān)測排放量進行加權和的計算中，權值因子是根據(jù)實際系統(tǒng)運行狀況進行調整的。
全文摘要
一種高爐CO2排放量的實時監(jiān)測系統(tǒng)和方法，屬于高爐煉鐵在線監(jiān)測技術領域，該系統(tǒng)包括監(jiān)測顯示設備、數(shù)據(jù)服務中心、成分分析檢驗機構終端、數(shù)據(jù)收集裝置及現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集儀表?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集儀表通過模擬信號線或數(shù)字信號線同現(xiàn)場的數(shù)據(jù)收集裝置相連；數(shù)據(jù)收集裝置和分析檢測檢驗機構終端通過以太網與數(shù)據(jù)服務中心相連接；同時，數(shù)據(jù)服務中心也通過以太網與監(jiān)測顯示設備相連接；通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置可以實時獲取現(xiàn)場所檢測物流的信息，成分分析檢驗機構終端可及時提供采樣的輸入輸出含碳物質的成分檢測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)服務中心可以及時獲取所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)控顯示設備計算并輸出顯示高爐系統(tǒng)二氧化碳實時排放量。優(yōu)點在于，可實施性強、實用性好、監(jiān)測結果準確。
文檔編號C21B7/00GK102690916SQ20121020822
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權日2012年6月19日
發(fā)明者于立業(yè), 吳少波, 孫彥廣, 張云貴, 李潘, 楊小軍 申請人:冶金自動化研究設計院