双碳背景下高炉混喷生物质软件的开发及应用

刘青凤，高艳宏，李 鑫，刘增昊，刘正勇

(重庆科技学院，重庆 401331)

“碳中和”和“碳达峰”双碳目标的提出，使低碳和环保成为节能减排的重中之重。钢铁企业是能耗和CO2排放量大户，CO2排放量约占全球总量的6.7%[1, 2]，其中高炉的CO2排放量和能耗分别占约76%和59.26%[3, 4]。因此，高炉炼铁工序的节能减排和低碳是整个钢铁行业实现“碳中和”的关键[5-7]。

生物质种类繁多，富含C、H、O等有益元素，且灰分较低，通过实验研究发现很多种类生物质可以改善煤粉燃烧效果，对高炉冶炼CO2减排具有潜在的应用价值，同时可实现生物质能源的高效利用[6,8-13]。虽然有研究者通过线性规划或编制程序等方式对高炉冶炼过程进行了模拟分析，从而优化冶炼过程[14-16]。但对于高炉混喷生物质的冶炼过程，目前多局限于现场直接试验，存在成本高、操作不稳定等缺点，通过建模分析的方法了解生物质混喷情况、优化冶炼过程的研究鲜有报道。本文以高炉冶炼过程为基础，采用MATLAB App Designer开发了高炉混喷生物质物能流分析软件，研究了生物质的种类、配比对高炉重要技术参数的影响，为高炉混喷生物质的生产过程提供重要参考。

1 原料与方法

1.1 原燃料成分

本研究所用原燃料成分见表1～表3，基础条件为煤比182 kg/t、焦比312 kg/t、铁的直接还原度0.4、富氧率3.5%、鼓风湿度1.1%、入炉矿石温度80 ℃、鼓风温度1250 ℃、炉顶煤气温度200 ℃，烧结矿：球团矿：块矿=62.4：25.7：11.9。

表1 矿石原料成分(%)

表2 焦炭和煤粉成分(%)

表3 生物质成分(%)

1.2 研究方法

MATLAB主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境，在数值计算方面首屈一指。……