CN103399535A - 一种短流程钢铁企业co2排放量的监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种短流程钢铁企业CO₂排放量的监测系统及方法，属于钢铁企业在线监测技术领域。通过两种数据的综合而最终得到更合理的企业总体和各工序的CO₂排放数据，这两种数据分别是基于各工序烟气排放口CO₂检测设备的CO₂排放数据，和基于各工序含碳物质流流转计算的CO₂排放数据。优点在于，用以解决目前国内短流程钢铁企业在CO₂排放量测方面存在的评价方法不完备的问题，有利于企业CO₂排放的评价和管控。

Description

一种短流程钢铁企业CO2排放量的监测系统及方法

技术领域

本发明属于钢铁企业在线监测技术领域，特别是涉及一种短流程钢铁企业CO₂排放量的监测系统及方法。

背景技术

钢铁工业是主要温室气体排放行业之一，钢铁工业排放的CO₂占全球温室气体总排放量4%～5%（国际能源组织IEA发布），而我国钢铁工业占全国排放总量12%。《联合国气候变化框架公约》缔约国签订的《京都议定书》于2012年正式生效，我国政府承诺到2020年，单位GDP的CO₂排放量比2005年下降40%～45%，其中钢铁企业减少CO₂减排占据重要地位。但目前关于钢铁企业CO₂排放量监测方面的研究还远远不能满足要求，国际上常用到的几种CO₂排放计算方式都有存在其局限性，难以适应我国钢铁企业的实际情况，所以研究钢铁企业关于CO₂排放量监测系统与方法具有重要意义。

目前国内外关于钢铁企业CO₂排放量的计算，存在一些不足：

（1）、国际上政府间气候变化专门委员会（IPCC）的关于钢铁企业CO₂排放量的计算是基于国家层面的排放计算，主要依据《IPCC国家温室气体清单指南》(Eggleston H S,Buendia L,Miwa K.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories[M].Japan,(IGES),2007.)，根据钢铁工业的化石能源消耗来估算其CO₂排放，通过企业整体物质流和相关物质碳排放因子的计算得到企业排放估算值，难以提供各个工序流程的排放数据，而且现有各方法缺乏工序排放口的CO₂在线检测数据做合理的补充(上官方钦,张春霞,郦秀萍,樊波,黄导. 关于钢铁行业CO₂排放计算方法的探讨[J].2011.11:1-5； 盛刚.钢铁联合企业生产工序碳排放流模型建构与CO2排放分析[D].冶金自动化研究设计院.硕士学位论文.2011)。

（2）、世界钢铁协会（WSA）的针对钢铁企业CO₂排放量计算。世界钢铁协会（WSA）出台了两个版本的计算方法：第一版《Climate Change Emissions Calculation Tool User Guide》和第二版《CO₂Emission Data Collection User Guide》，其第一版通过钢铁企业内部工序排放量来计算企业整体排放量，需要各个工序之间严格准确而且十分紧密的报表数据连接，实际适用难度较大；第二版则是基于企业整体，从企业层面上进行CO₂排放量的计算，难以反映出具体的工序排放情况。

（3）、目前国际上关于钢铁企业CO₂排放量的主要算法是将排放分为直接排放和间接排放,其中间接排放将企业外购电也折算至钢铁企业生产排放量中，但各国的电力行业能源结构不同，能源的碳排放折算也存在很大差异，其制定的CO₂排放折算系数也存在很大差异，国外的折算算法均难以准确反映出中国钢铁企业CO₂排放的实际情况，所以建立一套基于中国钢铁企业生产实际情况的CO₂直接排放监测系统可以为企业提供较准确的排放数据支持，也为国际间CO₂排放谈判与合作提供准确的数据依据；

因此国内，需要合理的针对钢铁企业CO₂排放量进行监测的系统和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种短流程钢铁企业CO₂排放量的实时监测系统及方法，用以解决目前国内短流程钢铁企业在CO₂排放量监测方面存在的非实时和误差较大等问题。通过两种数据的综合而最终得到更合理的企业总体和各工序的CO₂排放数据，这两种数据分别是基于各工序烟气排放口CO₂检测设备的CO₂排放数据，和基于各工序含碳物质流流转计算的CO₂排放数据。

本发明的短流程钢铁企业CO₂排放量实时监测系统（如图1所示）涉及工序有：电炉炼钢、热轧、冷轧三个工序；该系统包括钢铁企业CO₂排放监测系统终端计算机、钢铁企业CO₂排放监测系统服务器、电炉炼钢工序终端计算机、电炉炼钢工序CO₂排放监测服务器、电炉炼钢工序过程控制单元、电炉炼钢工序现场检测装置、热轧工序终端计算机、热轧工序CO₂排放监测服务器、热轧工序过程控制单元、热轧工序现场检测装置、冷轧工序终端计算机、冷轧工序CO₂排放监测服务器、冷轧工序过程控制单元、冷轧工序现场检测装置；

钢铁企业CO₂排放监测系统终端计算机和钢铁企业CO₂排放监测系统服务器通过以太网连接组成，共同用于钢铁企业整体的CO₂实时监控与管理；钢铁企业CO₂排放监测系统服务器与电炉炼钢工序CO₂排放监测服务器、热轧工序CO₂排放监测服务器、冷轧工序CO₂排放监测服务器通过光纤网络连接，实现各个工序CO₂排放数据向系统服务器的汇总传输；电炉炼钢工序CO₂排放监测服务器同电炉炼钢工序终端计算机通过以太网络连接，终端计算机提供电炉炼钢工序CO₂排放监测统计数据的输出，电炉炼钢工序CO₂排放监测服务器同电炉炼钢工序过程控制单元通过以太网连接，从过程控制单元获取现场实时检测数据；电炉炼钢工序过程控制单元同电炉炼钢工序现场检测装置通过现场总线连接，获取现场装置仪表的实时检测数据；

热轧工序CO₂排放监测服务器同热轧工序终端计算机通过以太网络连接，终端计算机提供热轧工序CO₂排放监测统计数据的输出，热轧工序CO₂排放监测服务器同热轧工序过程控制单元通过以太网连接，从过程控制单元获取现场实时检测数据，热轧工序过程控制单元同热轧工序现场检测装置通过现场总线连接，获取现场装置仪表的实时检测数据；

冷轧工序CO₂排放监测服务器同冷轧工序终端计算机通过以太网络连接，终端计算机提供冷轧工序CO₂排放监测统计数据的输出，冷轧工序CO₂排放监测服务器同冷轧工序过程控制单元通过以太网连接，从过程控制单元获取现场实时检测数据，冷轧工序过程控制单元同冷轧工序现场检测装置通过现场总线连接，获取现场装置仪表的实时检测数据；

钢铁企业CO₂排放监测系统服务器中的软件功能模块（如图5）主要包含：系统通讯接口模块、系统数据库、系统CO₂排放量计算模块及系统CO₂排放数据统计模块，其特征在于系统通讯接口模块与系统数据库相连接，用于将各工序的CO₂排放数据存储于系统数据库中，系统数据库与系统CO₂排放量计算模块相连接，系统CO₂排放量计算模块用于计算出钢铁企业CO₂排放量，系统CO₂排放量计算模块与系统CO₂排放数据统计模块相连接，系统CO₂排放数据统计模块用于输出钢铁企业CO₂排放数据的统计信息；

工序i（i=1～3）的CO₂排放监测服务器中的软件功能模块（如图6）主要包含：工序i通讯接口模块、工序i数据库、工序i CO₂排放量计算模块及工序i CO₂排放数据统计模块，工序i通讯接口模块与工序i数据库相连接，用于将通讯传输获得的数据存储于工序i数据库中，工序i数据库与工序i CO₂排放量计算模块相连接，工序i CO₂排放量计算模块用于根据实时数据库的数据计算出本工序CO₂排放量，工序i CO₂排放量计算模块与工序i CO₂排放数据统计模块相连接，工序i CO₂排放数据统计模块用于输出本工序CO₂排放数据的统计信息以及本工序CO₂排放累计值；其中工序1指炼钢工序，工序2指热轧工序，工序3指冷轧工序。

电炉炼钢工序现场检测装置（如图2）由电炉炼钢远程IO柜、铁水单位时间量检测装置、电炉煤气流量仪表组成。

热轧工序现场检测装置（如图3）由热轧远程IO柜、混合煤气流量检测装置、加热炉废气CO₂流量检测装置组成。

冷轧工序现场检测装置（如图4）由冷轧远程IO柜、高炉煤气流量检测装置、加热炉废气CO₂流量检测装置组成。

本发明所述的短流程钢铁企业CO₂排放量监测方法是：

运行短流程钢铁企业CO₂排放量监测装置，其中系统CO₂排放量计算模块和工序i CO₂排放量计算模块的计算方法分别如1和2所述：

1 系统CO₂排放量计算公式为

M_系统排放=Σ_i(ν_iM_{工序i排放})

其中：

M_系统排放——系统排放值；

M_{工序i排放}——工序i CO₂排放值；

ν_i——工序i CO₂排放值权值因子；

2 工序i CO₂排放计算公式为

M_{工序i排放} =α_iM_{工序i排放口检测}+β_iM_{工序i机理计算}

其中

M_{工序i排放}——工序i CO₂排放值；

M_{工序i排放口监测}——工序i CO₂排放口检测值；

M_{工序i机理计算}是工序i CO₂排放机理计算值；

α_i——工序i CO₂排放口检测值权值因子；

β_i——工序i CO₂排放机理计算权值因子；

M_{工序i排放口监测}是工序i CO₂排放口检测值，如果工序i有多个排放口，则该值是这些排放口的检测值的和。

M_{工序i机理计算}的计算方法采用文献“钢铁联合企业生产工序碳排放流模型建构与CO2排放分析”的方法（盛刚. 钢铁联合企业生产工序碳排放流模型建构与CO2排放分析[D]. 北京：冶金自动化研究设计院，2011）

短流程钢铁企业CO₂排放量的计算方法中，各权值因子是可以根据实际企业工序组成结构及各工序运行实际情况进行适当调整的。

附图说明

图1是短流程的钢铁企业CO₂排放量实时监测系统硬件结构图。

图2是电炉炼钢工序现场监测装置组成结构图。

图3是热轧工序现场监测装置组成结构图。

图4是冷轧工序现场监测装置组成结构图。

图5是钢铁企业CO₂排放监测系统服务器的软件功能模块结构图。

图6是各工序监测服务器的软件功能模块结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步详细描述。

设企业B 电炉炼钢工序两条生产线，其中一条日生产9753.42吨；另一条日生产为7506.85吨。热轧工序包括一条日生产4197.7808吨一炼轧轧钢线，一条日生产5260.274吨棒材线和一条日生产5342.4658吨2250mm热轧板线。冷轧工序日生产冷轧板2821.92吨，其中镀锌板卷684.93吨，冷轧板卷1643.84吨，冷轧硬卷602.75吨。

按发明内容所述组建好短流程钢铁企业CO₂排放量监测装置，并按发明内容所述短流程钢铁企业CO₂排放量监测方法来运行此短流程钢铁企业CO₂排放量监测装置。系统和各工序的CO₂以年为周期进行监测。

各工序排放口CO₂排放检测安置点是：

炼钢：电炉废气烟囱；

热轧：加热炉废气烟囱；

冷轧：加热炉废气烟囱

各工序的年CO₂排放口检测值（单位：万吨）为

M_{工序1排放口检测}=15.2

M_{工序2排放口检测}=8.3

M_{工序3排放口检测}=2.3

各工序排放口的年CO₂排放机理计算值（单位：万吨）为

M_{工序1机理计算}=-103.0942

M_{工序2机理计算}=247.8520

M_{工序3机理计算}=41.4117

设α_i=β_i=1 (i=1~3)，则各工序CO₂排放值（单位：万吨）分别为

M_{工序4排放}=M_{工序1排放口检测}+M_{工序1机理计算}=-87.8942

M_{工序5排放}=M_{工序2排放口检测}+M_{工序2机理计算}=256.1520

M_{工序6排放}=M_{工序3排放口检测}+M_{工序3机理计算}=43.7117

设ν_i=1(i=1~3)，则钢铁企业总CO₂排放为M_系统排放=Σ_i(ν_iM_{工序i排放})=211.9695万吨。

Claims (5)

1.一种短流程钢铁企业CO₂排放量的监测系统，涉及工序有：电炉炼钢、热轧、冷轧三个工序；其特征在于，该系统包括钢铁企业CO₂排放监测系统终端计算机、钢铁企业CO₂排放监测系统服务器、电炉炼钢工序终端计算机、电炉炼钢工序CO₂排放监测服务器、电炉炼钢工序过程控制单元、电炉炼钢工序现场检测装置、热轧工序终端计算机、热轧工序CO₂排放监测服务器、热轧工序过程控制单元、热轧工序现场检测装置、冷轧工序终端计算机、冷轧工序CO₂排放监测服务器、冷轧工序过程控制单元、冷轧工序现场检测装置；

钢铁企业CO₂排放监测系统终端计算机和钢铁企业CO₂排放监测系统服务器通过以太网连接组成，共同用于钢铁企业整体的CO₂实时监控与管理；钢铁企业CO₂排放监测系统服务器与电炉炼钢工序CO₂排放监测服务器、热轧工序CO₂排放监测服务器、冷轧工序CO₂排放监测服务器通过光纤网络连接，实现各个工序CO₂排放数据向系统服务器的汇总传输；电炉炼钢工序CO₂排放监测服务器同电炉炼钢工序终端计算机通过以太网络连接，终端计算机提供电炉炼钢工序CO₂排放监测统计数据的输出，电炉炼钢工序CO₂排放监测服务器同电炉炼钢工序过程控制单元通过以太网连接，从过程控制单元获取现场实时检测数据；电炉炼钢工序过程控制单元同电炉炼钢工序现场检测装置通过现场总线连接，获取现场装置仪表的实时检测数据；

热轧工序CO₂排放监测服务器同热轧工序终端计算机通过以太网络连接，终端计算机提供热轧工序CO₂排放监测统计数据的输出，热轧工序CO₂排放监测服务器同热轧工序过程控制单元通过以太网连接，从过程控制单元获取现场实时检测数据，热轧工序过程控制单元同热轧工序现场检测装置通过现场总线连接，获取现场装置仪表的实时检测数据；

冷轧工序CO₂排放监测服务器同冷轧工序终端计算机通过以太网络连接，终端计算机提供冷轧工序CO₂排放监测统计数据的输出，冷轧工序CO₂排放监测服务器同冷轧工序过程控制单元通过以太网连接，从过程控制单元获取现场实时检测数据，冷轧工序过程控制单元同冷轧工序现场检测装置通过现场总线连接，获取现场装置仪表的实时检测数据；

钢铁企业CO₂排放监测系统服务器中的软件功能模块包含：系统通讯接口模块、系统数据库、系统CO₂排放量计算模块及系统CO₂排放数据统计模块，其特征在于系统通讯接口模块与系统数据库相连接，用于将各工序的CO₂排放数据存储于系统数据库中，系统数据库与系统CO₂排放量计算模块相连接，系统CO₂排放量计算模块用于计算出钢铁企业CO₂排放量，系统CO₂排放量计算模块与系统CO₂排放数据统计模块相连接，系统CO₂排放数据统计模块用于输出钢铁企业CO₂排放数据的统计信息；

工序i的CO₂排放监测服务器中的软件功能模块包含：工序i通讯接口模块、工序i数据库、工序i CO₂排放量计算模块及工序i CO₂排放数据统计模块，工序i通讯接口模块与工序i数据库相连接，用于将通讯传输获得的数据存储于工序i数据库中，工序i数据库与工序i CO₂排放量计算模块相连接，工序i CO₂排放量计算模块用于根据实时数据库的数据计算出本工序CO₂排放量，工序i CO₂排放量计算模块与工序i CO₂排放数据统计模块相连接，工序i CO₂排放数据统计模块用于输出本工序CO₂排放数据的统计信息以及本工序CO₂排放累计值。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，电炉炼钢工序现场检测装置由电炉炼钢远程IO柜、铁水单位时间量检测装置、电炉煤气流量仪表组成。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，热轧工序现场检测装置由热轧远程IO柜、混合煤气流量检测装置、加热炉废气CO₂流量检测装置组成。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，冷轧工序现场检测装置由冷轧远程IO柜、高炉煤气流量检测装置、加热炉废气CO₂流量检测装置组成。

5.一种采用权利要求1所述的系统监测短流程钢铁企业CO₂排放量方法其特征在于，

运行短流程钢铁企业CO₂排放量监测装置，其中系统CO₂排放量计算模块和工序i CO₂排放量计算模块的计算方法如下：

系统CO₂排放量计算公式为

M_系统排放=Σ_i(ν_iM_{工序i排放})

其中：

M_系统排放——系统排放值；

M_{工序i排放}——工序i CO₂排放值；

ν_i——工序i CO₂排放值权值因子；

工序i CO₂排放计算公式为

M_{工序i排放} =α_iM_{工序i排放口检测}+β_iM_{工序i机理计算}

其中

M_{工序i排放}——工序i CO₂排放值；

M_{工序i排放口监测}——工序i CO₂排放口检测值；

M_{工序i机理计算}是工序i CO₂排放机理计算值；

α_i——工序i CO₂排放口检测值权值因子；

β_i——工序i CO₂排放机理计算权值因子；

M_{工序i排放口监测}是工序i CO₂排放口检测值，如果工序i有多个排放口，则该值是这些排放口的检测值的和。

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