文摘

提出一个exergoeconomic分析方法,考虑环境成本,以弥补缺乏的描述环境成本在传统的矩阵模型exergoeconomic分析方法。该方法跟踪产品成本的形成过程通过生命周期,使有用的探索揭示系统产品的真实成本。根据实际需要,环境排放的原则建设提出的产品,和详细的exergoeconomic分析模型建立了以铁冶炼系统为例。通过计算和分析,单位exergoeconomic成本的形成过程和变化规律的产品系统中显示。特别是考虑到exergoeconomic碳排放成本,结果表明,烧结三个最有影响力的物质,可乐,和颗粒。当二氧化碳排放被认为是,总成本将增加165.3元/ t铁,和单位exergoeconomic成本逐渐增加与生产过程的进度。

1。介绍

目前,节能和环境保护问题已经备受关注。中国工业的快速发展对环境有很大的影响。行业的快速发展消耗了大量的能源,和产生的二氧化碳是不容忽视的1]。钢铁行业的二氧化碳占家庭总数的10%。除了电力和建筑行业,钢铁行业的第三大工业二氧化碳排放量(2]。绿色发展的概念更有利于促进行业节约资源和保护环境3- - - - - -6]。一些学者对公司进行了研究2减排措施(7- - - - - -9],[减排成本10,11,在钢铁行业排放预测。这些研究产生深远影响钢铁行业节能环保,但大多数人只专注于工业排放,和一些具体研究关注企业排放。因此,如何合理地评估炼铁系统的碳排放是很有意义的产品成本炼铁系统。节约能源,一些学者从火用的角度进行研究。

热力学定律的基础上,一些学者试图利用火用方法(12- - - - - -16)研究如何减少能源消耗和环境影响的高炉炼铁17- - - - - -23]。Szargut [24早些时候在冶金用(火用)。秋山和八木17)使用相同的方法来研究高炉的能源使用。Ziebik和斯坦内克19)提高了现有机制模型实验的基础上,提出高炉性能的计算方法。他们不仅获得了主要参数影响高炉的性能还指出,压缩和废热过程的火用损失最大。Ziebik和斯坦内克20.)通过使用能源和(火用)分析,发现可口可乐的数量严重影响高炉的性能。张(21)还分析了高炉通过火用方法的性能,发现高炉的低效率的原因。此外,效率可以通过增加温度和提高高炉煤比。郭et al。22)建立了高炉焦炉注入和(火用)分析模型分析其影响。此外,王(23)显示,考虑到注射后的焦炉煤气,(火用)和热力学性能显著提高。

虽然火用方法可以反映出水平和系统的热效率的原因,它仍然具有缺点在反映系统的内部成本。exergoeconomic分析结合能源和经济能够反映内部成本和弥补不足的火用方法(25]。此外,布隆伯格等人的研究。26)表明,它非常有利于降低multiproduct系统的成本。Uysal et al。27]exergoeconomic分析方法用于分析燃煤锅炉。王等人。28)进行了一次exergoeconomic分析评价热电联产。霍夫曼et al。29日]exergoeconomic方法应用于共和人民党(CHP)工厂,进行了有益的探索共和人民党(CHP)的内部成本。

环境影响分析包括很多因素。一些学者首先简化公司的环境影响2排放,然后用火用经济方法进行研究,取得了一些结果模型中(29日,30.]。Holmberg et al。29日]研究不仅热电联产电厂的燃料成本分布,热电联产的二氧化碳排放量和使用火用方法和市场分析和比较的方法。

上述研究分析了炼铁系统的性能从火用的角度或exergoeconomics,但公司的影响2排放的exergoeconomics炼铁系统并没有考虑。的这部分成本是不容忽视的。本文由五个部分组成。部分2显示了炼铁系统的一般描述和其主要输入和输出材料。部分3建立了exergoeconomic和环境成本模型考虑有限公司2排放。绩效评估结果和主要影响物质部分所示4。结论在第五节给出。

2。系统描述

图1炼铁过程的显示了一个示意图,它定义了边界的研究。钢铁制造业包括烧结、炼焦、炼铁、炼钢和滚动。烧结过程的能源主要是燃料和电力。在烧结过程中,各种含铁原料与适量的混合燃料和溶剂,添加适量的水导致一系列的物理和化学反应生产烧结矿。控制点火温度,改变物质状态,和优化混合物的比例可以降低烧结过程的能源消耗(10,31日]。在炼焦过程中,煤是受到高温干馏生产可口可乐,和其他化工产品如焦炉煤气和焦油恢复。在炼铁过程中,烧结矿、焦炭、和溶剂从炉的顶部,热空气吹从风口在高炉下部,和燃料,如石油、煤或天然气的注入。氧气与可口可乐在高温下燃烧。一氧化碳是通过高炉生产和向上流动。碳和一氧化碳降低铁矿石获得铁。高炉将产生的气体回收和重用在炼焦和轧制等过程。发送到转炉铁水,高压和高纯度氧气注入炉。氧气与铁反应去除碳在铁获得粗钢。转炉煤气回收和重用(32]。在此,本文着重于炼铁过程,图中描述的主要设备和材料1。


图1
钢铁生产的简化方案路线和过程。

因为有很多物理和化学反应在炼铁过程中,为了获得更好的结果,需要做出一些合理的假设,当建立一个分析模型如下。(1)在整个生产过程中物理和化学反应平衡。(2)物质参与反应被认为是理想的混合物。(3)原材料进入高炉的温度被认为是环境温度,这是298 K,其余的参数是由实际生产情况决定的。

3所示。方法

3.1。Exergoeconomic分析

应该首先完成了(火用)分析,这两种新分析是必要的。这是(火用)的一般表达式。火用方法包括热力学第一和第二定律。热力学第一定律和热力学第二定律的(火用)的方法。这是一个很好的评价方法。一般的(火用)平衡是显示如下: ,“ ,”“ ,”“ ,”“ ,”和“ “(火用)的输入,(火用)输出,(火用)破坏,有用的(火用)输出,和(火用)损失,分别。

(火用)分析文献[详细描述16]。

质量平衡以下公式所示:

一般的能量平衡是下列公式所示: 在哪里问热传递的速度,W工作的速度,米质量流率,h是焓。

热力学第一定律效率给出如下:

热力学第二定律和(火用)平衡表示如下: 在哪里问是通过边界传热率的温度 和下标0表示属性在死的状态 和T0。方程(8)显示(火用)流与微不足道的动能和势能:

(火用)破坏表示如下: 在哪里 的比例是熵的一代。

热力学第二定律的效率表达式如下公式所示:

系统设计师或运营商获得能源效率通过能量分析,获得系统的经济分布通过经济分析,虽然火用经济分析可以获得能量消耗,这不是可以通过能源和经济分析。这是非常重要的对于系统设计和操作的评估。方便透露如何使用资源更有效地节约资源。

当执行系统的经济分析,整个系统需要提供的支出。燃料成本、操作和维护都是基本的数据,而在整个运行期间,设备的成本变化。因此,相当于年值法一般用于系统的经济分析(26]。 在哪里一个平均成本, 是投资的现值,j资本折旧率,CRF的采收率,n投资期内,我是利率。

评估工厂的流的支出有助于理解成本形成过程从输入资源的最终产品(33]。在这个方法中有三个步骤。第一步是识别(火用)。在第二步中,燃料和产品设备在系统中定义。第三步是配置成本平衡,如下所示。

3.2。(火用)流的定义

的单位消耗电力和向外辐射热量,其资产所示下列方程(34]:

3.3。Exergoeconomic分析有限公司2

铁的生产过程是一个典型的铁和煤的化学过程。碳的输入,即公司的来源2的排放,主要来自燃料的燃烧和分解的石灰石。假设所有含碳原材料和燃料最终以二氧化碳的形式释放。其他形式的碳排放,比如有限公司2烷烃,最终氧化成二氧化碳,所以所有的碳释放都可以算作二氧化碳排放。如果烧结、炼焦和高炉炼铁过程作为一个平衡系统,那么所有原材料的碳输入识别和定义,以及二氧化碳排放边界内的固定碳当量和所有产品的碳排放计算。图2显示了炼铁系统的碳排放模型。模型的碳输入包括一些碳能源、物质(如溶剂),二氧化碳排放和碳排放量,包括从流程和固定产品和辅助产品的碳含量。


图2
碳排放模型的边界的炼铁系统。

我们计算排放因素根据中国的“综合能源计算”的总体原则,力求符合中国实际的碳排放量。碳排放因素定义如下: 在哪里问材料或产品的热值, 或 ,和C转化率, 。

公式计算二氧化碳排放量为每一个过程和炼铁系统给出如下: 在哪里 二氧化碳排放总量,t; 碳质材料的消耗; 是产品和辅助产品的输出; 是含碳原料燃料的直接碳排放因子; 间接碳排放;和 是产品的碳抵消(副产品)。

结合上述两个公式获得 在哪里 , ,和 转换因素输入碳质材料、无碳材料,和输出产品(副产品),分别; , , 转换因子的热值输入碳质材料、无碳材料、和输出产品(副产品)。

火用方法可以评估环境因素在经济分析,因为它可以跟踪过程中消耗的能量输入(35]。EXENEC分析使用参数” ”(美元/时间)的决心。这个参数给公司的价格信息2排放在给定时间如下:

4所示。结果与讨论

4.1。Exergoeconomic分析高炉

以某炼铁系统为研究目标,使用上面建立的exergoeconomic模型,计算和分析高炉的(火用)经济成本。

内部系统的(火用)分为18个流,其中12个是进口从外面和6输出的系统。通过exergoeconomic方程建立了MATLAB得到平衡和解决每个流的成本如表所示1。

表1
Exergoeconomic炼铁系统的成本。

Exergoeconomic成本分析表明,烧结影响最大,其次是可口可乐和颗粒,是炼铁的主要组件产品成本。其中,烧结矿占46.15%的投入成本,可口可乐占25.74%,颗粒占17.56%。

4.2。Exergoeconomic分析有限公司2的高炉

模型使用原始燃料消耗生产一吨铁水的计量单位,并确定每个材料的消耗和热收入和支出的基础上,物质和能量平衡。的主要化学成分原料燃料用于描述的计算表2和3。焦炉煤气的宪法是在桌子上4(35]。

表2
原材料的主要化学成分。
表3
燃料的主要化学成分。
表4
焦炉煤气成分。

关于系统的环境成本,为了简化,我们只考虑有限公司2排放。根据前面的模型,含碳的含量和热值计算原材料和non-carbon-containing原材料。目前,二氧化碳帐单仍在讨论中。我们认为二氧化碳是140元/ t [36]。根据上面的方程,每个流的单位环境成本计算系统的炼铁系统的设计和结果列在表5。

表5
Exergoeconomic成本和有限公司2炼铁系统。

Exergoeconomic分析和Exergoeconomic分析考虑二氧化碳排放应用于炼铁系统。exergoeconomic分析的结果,不考虑有限公司2和exergoeconomic分析考虑二氧化碳排放量中所描述的表1和5。与此同时,两种不同的分析方法的比较结果为炼铁系统如图所示3。exergoeconomic成本最高的烧结矿,这是306.95元,紧随其后的是可乐,这是449.86元,第三个影响是球,306.95元。当二氧化碳排放被认为是,每个流的exergoeconomic成本变化如图3。主要的变化是可口可乐、煤粉和电力。可口可乐的热经济成本是535.96元,增加87.1元,其次是煤粉,这增加了46.284元,最后,电力成本增加了28元。


图3
每个流的成本。

定量分析后,流动成本在总成本中所占的比例如图4(一)。为了简化环境的考虑,有限公司2只是作为一种污染物,其对总成本的影响比率并不明显。然而,如果我们把每股占流动成本的差异,如图4 (b)可以看出,二氧化碳对成本的影响是不同的。考虑到二氧化碳排放,炼铁系统的总生产成本变得更高的支出与二氧化碳的影响也将增加,如增加2.33%焦炭和煤粉增加2.11%。

(一)
(一)
(b)
(b)
图4
(一)成本每个流的百分比。(b)成本比率的差异。

部分的成本和更少的二氧化碳影响相应减少,颗粒减少1.28%和烧结矿等降低4%。值得注意的是,尽管电力的成本增加了,增加的成本是负的比例(0.17%)。这是因为电力成本的增长率小于总成本的增加速度。

通过上面的图表,我们可以直观地获得exergoeconomic成本和exergoeconomic环境成本在炼铁系统的生产过程,从而揭示了exergoeconomic炼铁系统和环境特征。

5。结论

基于传统thermoeconomic分析,本文认为碳排放污染物的环境因素和建立了炼铁系统的(火用)经济模型。主要结论如下:(1)通过一个实际的exergoeconomic分析炼铁系统,单位exergoeconomic成本和单位环境成本的操作进行了分析和计算,发现成本的形成过程,并从热力学系统全面分析,经济和环境因素。(2)基于exergoeconomic炼铁系统的分析,这三个最高exergoeconomic成本烧结,可乐,和球团,分别占46.15%、25.74%和17.56%。当考虑二氧化碳排放,exergoeconomic成本是42.16%,28.07%,和16.28%,分别。考虑到二氧化碳排放后,总成本将增加165.3元/ t铁。

本文考虑污染物是二氧化碳的简化分析的炼铁系统,但本文的方法可以扩展到其他环境因素,也可以应用于其他能源系统。虽然考虑二氧化碳的方式仍在讨论和其他污染物对生态环境的影响是不包括在企业成本中,他们造成了一定的经济影响,这在未来将进一步考虑。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(61803174)和山东省自然科学基金(ZR2019BF024)。