一种钢铁行业生产过程碳排放优化方法、系统、介质及设备与流程

本发明涉及能源低碳，特别涉及一种钢铁行业生产过程碳排放优化方法、系统、介质及设备。

背景技术：

1、电力、钢铁、水泥、石化、化工、建材、有色、造纸和民航等八大行业碳排放总量大，钢铁行业具有产品种类多，工艺流程长，碳排环节多，排放强度大等特征，钢铁行业生产过程节能降碳已经成为绿色低碳转型的必然选择。

2、钢铁行业生产过程碳减排关键在于将节能减排落实到生产的每个过程，从生产制造或加工，到设备使用的材料，再到机械设备的运输等。当前钢铁行业碳减排优化大多只针对某个环节做优化，大部分只考虑电所产生的碳排放，没有考虑多目标协调下的最优优化路径，最后的生产过程碳优化仅变成某一环节的节能降耗。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种钢铁行业生产过程碳排放优化方法、系统、介质及设备，通过对钢铁行业的构成特性分析，确定碳排放的影响因素，然后建模量化，考虑成本和碳排多目标对生产过程进行优化，通过遗传算法进行求解，在减少碳排的同时也最大化减少了成本。

2、为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供一种钢铁行业生产过程碳排放优化方法，包括：

4、分析钢铁行业生产过程碳排放构成，并定量计算生产过程碳排放；

5、根据上述分析和计算结果，建立多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型；

6、利用遗传算法，求解所述多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型的目标函数最优解，得到优化后的钢铁行业生产过程碳排放方案。

7、可选的，所述分析钢铁行业生产过程碳排放构成包括：

8、确定钢铁行业生产过程碳排放的边界和生产过程全生命周期，建立钢铁行业生产过程碳排放构成清单；

9、所述钢铁行业生产过程碳排放的边界以各工序的原料、能源及耗能介质的输入为起点，以工序的产品和副产品的输出为终点；

10、所述生产过程全生命周期包括焦化阶段、烧结阶段、球团阶段、炼铁阶段、炼钢阶段、轧钢阶段、石灰窑阶段和发电阶段。

11、可选的，所述定量计算生产过程碳排放包括：

12、根据所述钢铁行业生产过程碳排放构成清单，确定生产过程碳排放的关键影响因素，得到碳排放因子；

13、根据所述碳排放因子，对生产过程碳排放进行分摊和集成，建立碳排放定量计算模型；

14、所述碳排放因子包括生产过程全生命周期中涉及到的燃料碳排放因子和电力碳排放因子；

15、所述碳排放定量计算模型的数学表达式如下：

16、

17、其中，表示生产过程的碳排放总量，表示生产过程各工序碳排放量。

18、可选的，所述建立多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型包括：

19、设置成本和碳排放综合最小的目标函数如下所示：

20、

21、其中，，表示生产过程的总成本，表示生产过程各工序成本，表示生产过程的碳排放总量；

22、将所述碳排放因子作为需要优化的变量，确定优化约束条件，建立相应约束函数如下：

23、

24、其中，表示轧钢的轧制时间，表示轧制的长度，表示轧制的速度,  表示轧辊的工作直径， 表示轧辊的转速，表示最终轧制的温度，表示烧结过程烧结生产温度，表示烧结料层高度，表示烧结机漏风率，表示烧结脱硫入口处烟气中氧含量，表示烧结机篦条下部烟气中的氧含量，表示大气中的含氧量，表示石灰窑预热器推头数量，表示石灰回转窑筒体公称直径，表示回转窑的长度，表示回转窑的倾角，表示回转窑的摩擦角，表示石灰窑煅烧活性度要求，表示石灰窑煅烧灼减；

25、所述生产过程各工序成本包括原材料费用、辅助材料费用、燃料费用、动力费用、制造费用、运维费用和人工耗费。

26、可选的，所述利用遗传算法，求解所述多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型的目标函数最优解，包括：

27、设定钢铁行业加工过程初始种群大小、交叉概率和变异概率；

28、根据所述多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型对钢铁行业加工过程进行编码，并初始化种群；

29、根据适应度函数，计算种群中所有个体的适应度；

30、根据计算得到的所有个体的适应度，选择高适应能力双亲，并执行交叉和变异操作，得到新一代种群；

31、根据适应度函数，计算新一代种群中所有个体的适应度；

32、重复上述根据计算得到的所有个体的适应度选择高适应能力双亲到计算新一代种群中所有个体的适应度的步骤，直至满足预设条件，得到最优解。

33、可选的，所述适应度函数的表达式如下：

34、

35、其中， 表示适应度，表示所有生产方案中的最小碳排放量方案，表示所有生产方案中的最小成本，表示碳排放权重系数。

36、第二方面，本发明提供一种钢铁行业生产过程碳排放优化系统，包括：

37、分析计算模块，用于：分分析钢铁行业生产过程碳排放构成，并定量计算生产过程碳排放；

38、模型建立模块，用于：根据上述分析和计算结果，建立多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型；

39、优化求解模块，用于：利用遗传算法，求解所述多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型的目标函数最优解，得到优化后的钢铁行业生产过程碳排放方案。

40、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时，实现第一方面中任一所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法的步骤。

41、第四方面，本发明提供一种计算机装置/设备/系统，包括：

42、存储器，用于存储计算机程序/指令；

43、处理器，用于执行所述计算机程序/指令以实现第一方面中任一项所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法的步骤。

44、第五方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现第一方面中任一项所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法的步骤。

45、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

46、1.本发明提供的钢铁行业生产过程碳排放优化方法，通过对钢铁行业的构成特性分析，确定碳排放的影响因素，建立钢铁行业生产过程目标优化模型，考虑过程全面，边界明确，通过遗传算法求解目标优化模型，得到更优的钢铁行业生产过程碳排放优化方法，给钢铁行业生产过程提供决策支持和低碳指导；

47、2.本发明提供的钢铁行业生产过程碳排放优化系统，通过设置分析计算模块、模型建立模块和优化求解模块，共同实现钢铁行业生产过程碳排放优化，有现实意义和良好的应用前景；

48、3. 本发明提供的计算机可读存储介质、计算机装置/设备/系统和计算机程序产品，可执行本发明提供的钢铁行业生产过程碳排放优化方法的步骤。

技术特征：

1.一种钢铁行业生产过程碳排放优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法，其特征在于，所述分析钢铁行业生产过程碳排放构成包括：

3.根据权利要求2所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法，其特征在于，所述定量计算生产过程碳排放包括：

4.根据权利要求3所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法，其特征在于，所述建立多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型包括：

5.根据权利要求4所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法，其特征在于，所述利用遗传算法，求解所述多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型的目标函数最优解，包括：

6.根据权利要求5所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法，其特征在于，所述适应度函数的表达式如下：

7.一种钢铁行业生产过程碳排放优化系统，其特征在于，包括：

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时，实现权利要求1-6中任一所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法的步骤。

9.一种计算机装置/设备/系统，其特征在于，包括：

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的钢铁行业生产过程碳排放优化方法的步骤。

技术总结
本发明公开了能源低碳技术领域的一种钢铁行业生产过程碳排放优化方法、系统、介质及设备，旨在解决现有技术难以满足实际需求的问题。方法包括：分析钢铁行业生产过程碳排放构成，并定量计算生产过程碳排放；根据上述分析和计算结果，建立多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型；利用遗传算法，求解所述多目标钢铁行业生产过程碳排放优化模型的目标函数最优解，得到优化后的钢铁行业生产过程碳排放方案。本发明考虑过程全面，边界明确，通过遗传算法求解目标优化模型，得到更优的钢铁行业生产过程碳排放优化方法，给钢铁行业生产过程提供决策支持和低碳指导，有现实意义和良好的应用前景。

技术研发人员：邵恩泽,吴晨,王子涵,汤雷,张凡,方超,王灿,仲春林,邹磊,郑安宁,姜宇轩,王伟业,王忠维,刘述波,王国际
受保护的技术使用者：江苏方天电力技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23