一种氢冶金反应器的物质能量耦合优化分析方法技术

本发明专利技术涉及一种氢冶金反应器的物质能量耦合优化分析方法。技术方案如下：包括如下步骤：(1)基于混合整数非线性的数学规划方法进行分析，建立混合整数非线性规划模型；混合整数非线性规划模型包含三个要素，即目标函数、变量与约束条件；(2)确定变量；以氢冶金反应器的工艺参数和氢气需求量做为变量；(3)建立约束条件；根据氢冶金反应器的热力学特性，建立物质平衡约束条件和能量平衡约束条件；(4)确立目标函数；以气体利用率最大或者以能源消耗最小为目标函数：(5)构成氢冶金反应器的混合整数非线性规划模型；(6)将实际生产数据代入上述混合整数非线性规划模型，进行模型验证和参数矫正，输出结果。本发明专利技术能够提高物质能量利用率、降低能源消耗。降低能源消耗。降低能源消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种氢冶金反应器的物质能量耦合优化分析方法


[0001]本专利技术属于冶金领域，具体涉及一种氢冶金反应器的物质能量耦合优化分析方法。

技术介绍

[0002]钢铁行业是基础行业和支柱性产业，在国民经济中具有重要地位。随着钢铁行业的迅速发展，传统的长流程高炉炼铁显露出了资源匮乏和环境破坏两大问题。钢铁行业这类高污染的行业必须进行结构性改革，我国钢铁行业碳排放量占总排放量的16％，同时我国焦煤资源贫乏，需要改变原有依赖于焦煤资源的高炉炼铁工艺方法。
[0003]氢冶金技术，对焦煤资源依赖小，适合短流程炼铁，能够有效解决长流程工艺的资源匮乏和环境破坏的两大问题。氢冶金反应过程依赖于气基直接还原法，其具有化学反应速率高、产品转化率高、能量损失率低等优点，但是氢冶金反应过程也需要大量的还原性气体以及能量，所以对氢冶金反应器进行物质能量耦合优化分析可以进一步降低氢冶金短流程的能源消耗，提升能源效率。
[0004]中国专利“CN107169599一种基于钢铁企业能源系统的多目标优化调度方法”提供了一种基于钢铁企业能源系统的多目标优化调度方法。此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢冶金反应器的物质能量耦合优化分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)基于混合整数非线性的数学规划方法进行分析，建立混合整数非线性规划模型；混合整数非线性规划模型包含三个要素，即目标函数、变量与约束条件；(2)确定变量；以氢冶金反应器的工艺参数和氢气需求量做为变量；(3)建立约束条件；根据氢冶金反应器的热力学特性，建立物质平衡约束条件和能量平衡约束条件；(4)确立目标函数；以气体利用率最大或者以能源消耗最小为目标函数：(5)上述目标函数、变量与约束条件构成氢冶金反应器的混合整数非线性规划模型；(6)将实际生产数据代入上述混合整数非线性规划模型，进行模型验证和参数矫正，输出结果。2.根据权利要求1所述的氢冶金反应器的物质能量耦合优化分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中氢冶金反应器的工艺参数包括物料出入口温度、气体出入口温度、金属化率。3.根据权利要求1所述的氢冶金反应器的物质能量耦合优化分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中氢气需求量的确定包括如下步骤：i)根据矿石成分含量，通过反应方程式：Fe2O3+3H2＝2Fe+3H20，利用反应热力学进行计算，得出第一氢气需求量V1；ii)按照氢冶金反应过程的动力学特性进行区域划分，分析各反应区域内反应速率限制环节，推导出动力学方程，确定反应过程中的温度约束条件；根据反应过程所需的热量，计算出第二氢气需求量V2；iii)选取第一氢气需求量V1、第二氢气需求量V2的最大值做为氢气最终使用量。4.根据权利要求1所述的氢冶金反应器的物质能量耦合优化分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中，物质平衡约束条件包括总体物质平衡约束条件和各个元素平衡约束条件；总体物质平衡约束条件为：其中，M
ore
，M
other
为反应器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜涛，岳强，邱梓洋，那洪明，孙竞超，袁喻兴，闫天一，车梓畅，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：