摘要：钢铁产量是一个国家工业水平和综合国力的重要标志之一，文章聚焦于钢铁企业余能回收系统的协同优化，旨在深入探索提升效能的路径。通过对钢铁生产中余热、余压等余能资源的产生环节和分布特征进行分析，并结合现有余能回收技术的优势与局限性，从而构建多系统的优化模型。文章研究结果表明，通过协同优化路径的实施，钢铁企业余能回收率能得到显著提升，并且能源综合利用率也得到了大幅提高，为钢铁企业节能减排和可持续发展提供了新的参考和思路。

　　关键词：钢铁企业；余能回收；能效提升

　　钢铁工业作为国民经济的支柱产业，具有高能耗、高排放的显著特征，面临着能源与环境问题的双重挑战，成为工业领域实现“碳达峰、碳中和”目标的关键攻坚对象。从能源流视角来看，钢铁生产全流程伴随着大量余热和余压等资源的产生，此类余能资源若无法通过科学高效的技术手段实现回收与梯级利用，不仅会造成资源的严重浪费，还将进一步加剧企业的能源消耗强度与环境排放压力。虽然当前钢铁企业已逐步构建了余热回收锅炉和余热发电装置等余能回收设施，但由于各系统之间缺乏有效的协同与整合，导致余能回收不足，资源利用率不合理，从而严重限制了余能的回收及整体性能的有效提升。所以，深入开展对钢铁企业余能回收系统协同优化路径的研究，能有效提升钢铁企业能源利用率，从而更好地推动钢铁企业向着绿色可持续道路发展。

　　1余能回收系统协同优化的模型构建

　　1.1模型构建的目标与原则

　　在构建钢铁企业余能回收系统协同优化模型时，核心目标应聚焦于实现三大突破。一是通过系统性设计显著提升余能回收效率，确保原本被浪费的余热、余压等能源能够被高效回收和再利用。二是通过优化能源分配策略，减少企业对传统化石燃料的依赖[1]。三是通过工艺改进降低污染物排放，为钢铁行业的绿色转型提供技术支撑。

　　在模型设计过程中，需遵循以下原则，首先，需以系统性思维统筹规划，全面分析余能回收各环节与生产系统之间的动态关联。其次，强调子系统间的协同配合，避免局部优化导致整体效益下降，再次，需在技术可行性和经济性之间取得平衡，确保优化方案在投入产出比上具有实际价值。最后，模型设计必须贴合企业实际生产场景，在设备兼容性、操作便捷性和成本可控性等方面具备可实施性。通过这种多维度的综合考量，才能构建出既符合行业发展趋势又具备落地能力的优化模型。

　　1.2协同优化模型的总体框架

　　在钢铁企业余能回收系统的协同优化建模中，构建科学合理的框架体系是实现系统价值的前提，该模型架构由数据采集层、智能分析层和决策输出层构成，各层级功能相互衔接形成闭环。数据采集层作为系统基础，通过多源数据采集模块整合生产现场的关键信息，包括余能资源的时空分布特性、能源转换设备的实时运行参数，以及各工序的动态能源需求曲线。这些数据经标准化处理后，可为系统分析提供精准的输入依据。而智能分析层作为模型的核心决策中枢，采用多目标优化算法与工业系统理论相结合的方法。通过建立能量流网络模型，重点解决三方面问题，一是基于热力学定律的梯级利用匹配，二是考虑设备负荷特性的动态调度，三是评估不同回收路径的经济性差异[2]。尤其是在协同控制方面，引入动态规划方法处理余热锅炉、TRT发电装置与蒸汽管网之间的耦合关系，实现系统全局最优。决策输出层则通过可视化交互平台呈现优化成果，除常规的能源回收率提升指标外，系统还可输出设备改造优先级建议、不同工况下的操作参数调整方案等。该层级特别设置了动态预警功能，当实际运行数据偏离优化模型阈值时，可自动触发异常诊断机制，为管理人员提供包含备选方案的技术支持包。

　　1.3子系统模型建立

　　在钢铁企业余能回收系统的协同优化建模中，构建子系统模型是实现系统集成的关键步骤。该过程需结合不同能源回收路径的技术特性，分别建立针对性的数学描述框架，并通过量化关联性实现整体协同。

　　1.3.1余热回收子系统建模

　　在余热回收环节，需重点刻画热能传递与设备运行的动态耦合关系，以高炉烟气余热回收为例，可通过建立能量平衡方程描述热源与工作介质之间的传热过程。首先，具体模型需包含以下要素：

　　（1）能量流动方程。根据传热学原理计算换热器中热量传递速率，其公式可表示为式（1）：

　　Q=αA（T烟气-T介质）（1）
       式中：α为传热系数；A为换热面积；T为温度差。

　　（2）相变过程建模。针对蒸汽发生器等涉及汽化/冷凝的设备，需引入潜热计算项（如Q=rm，r为汽化潜热，m为相变质量）。

　　（3）设备的特性参数。整合循环泵扬程-流量曲线、换热器效率随负荷变化的函数关系等实测数据，形成动态运行模型。

　　1.3.2余压回收子系统建模

　　在余压回收子系统建模时，以高炉炉顶压力能回收为例，需建立压力能转化为机械能的转换模型。核心要素包括：

　　在子系统耦合关系建模中，基于系统集成层面，需通过以下方式实现协同优化：

　　（1）能量交互建模。建立蒸汽管网压力-余热锅炉负荷的反馈关系：P管网=f（Q余热）。

　　（2）物质流动关联。量化煤气用量对余压回收设备入口压力的影响：P入口=P0-k·m煤气。

　　（3）动态调度策略。采用混合整数非线性规划（MINLP）方法，以最小化总成本为目标函数，约束条件包括设备容量限制、能源供需平衡等。并通过遗传算法与内点法混合求解，确保模型兼顾全局最优与局部可行性。

　　1.4协同优化模型的求解方法

　　在钢铁企业余能回收系统协同优化模型构建中，求解方法的选择关系到优化效果。适用于该协同优化模型的求解算法多样，如遗传算法，模拟生物进化过程，通过选择、交叉和变异操作来搜索最优解，粒子群算法借鉴行为，让粒子在解空间中追随最优粒子进行搜索，模拟退火算法则源于固体退火原理，并以一定概率接受率避免陷入局部最优[3]。选择这些算法的依据在于，协同优化问题复杂，存在多变量、多约束和非线性特征，上述算法具有较强的全局搜索能力，能有效应对。参数设置方面，如遗传算法的种群规模、交叉概率和变异概率，粒子群算法的学习因子和惯性权重等，需根据问题规模和特点调整。求解步骤大致为先初始化算法参数和种群，接着进行迭代计算，在每次迭代中依据算法规则更新解，通过适应度函数评估解的优劣，直至满足终止条件，输出最优解，指导余能回收系统协同优化。

　　2余能回收系统协同优化的策略与措施

　　2.1设备层面的优化策略

　　钢铁企业余能回收系统的协同优化过程中，针对设备改造升级时，对余热回收装置方面，建议优先淘汰落后产能的换热设备，改用新型高效换热器。这类设备具备更大的换热面积和优化的传热结构设计，能够有效提升余热捕集效率。同时在余压回收方面，可引入新一代透平发电机组，结合流体力学优化设计与能量转换技术，实现压力能向电能的高效转化。针对煤气储存系统，需对传统煤气柜实施技术改造，重点提升储气容量和供气调节能力。在设备运行管理方面，应根据余能特性及实际生产需求，动态调整余热回收系统的温度参数，既要保证热量最大限度回收，又要避免设备过载损耗。对余压回收装置需科学设置压力参数，确保能量转换过程稳定高效[4]。通过设备更新与参数调控相结合的方式，全面提升系统运行效能，从而实现余能回收体系的整体优化升级，这种改造方案既注重硬件设施的现代化，又强调运行管理的精细化，能够有效解决传统系统中存在的能效瓶颈问题。

　　2.2系统层面的优化策略

　　钢铁企业余能回收系统的协同优化需从系统集成角度着手，针对余热、余压及能源利用等子系统间的耦合关系，应建立统一的管控平台，打破各环节间的数据孤岛。通过构建集中式监控系统，可实现余能品质的分级识别与动态调配，按照“高能级优先、逐级递减”的利用原则，将高温烟气优先用于发电等高品位能源需求场景，低温余热则用于厂区供热等低品位用途，形成能量逐级提取的利用链条。在系统集成方面，需重点建立余能回收装置与生产工序的实时响应机制，通过部署分布式传感网络和自动化调节系统，可精准捕捉炼钢、轧钢等主工艺线的能耗波动。当监测到冶炼强度提升导致能耗增加时，系统应自动触发余能回收参数调整程序，动态优化透平发电机组出力曲线，同步协调余热锅炉负荷分配，确保回收能量与生产需求实现精准匹配。这种基于实时工况的动态调控模式，既能提升余能回收效率，又能保障主体生产工序的稳定运行，最终实现能源利用效率的整体跃升。

　　2.3管理层面的优化措施

　　建立健全余能回收管理体系作为基础性工作，可通过制定覆盖设备运维、参数调控、能源计量等全流程的操作规范，明确工艺、设备、能源管理部门在余热回收、余压利用等环节的职责边界，解决传统管理中权责不清、协调不畅的问题。在此基础上，应建立多维度的绩效评估体系，将余能利用率、单位产品能耗降低幅度、余能发电量等核心指标纳入部门考核范畴。可探索实施“基础指标+动态调节”的考核模式，既设定年度目标值，又根据生产波动情况设置弹性考核区间，通过经济杠杆激励各部门协同推进节能工作。运行监管方面需构建“线上+线下”的双重管控机制，一方面部署智能化监测平台，对余热锅炉排烟温度、透平机入口压力等关键参数进行24小时实时追踪[5]。另一方面建立三级巡检制度，由操作班组每日自查、技术组周度核查、管理部门月度评估，形成“问题发现-整改-验证”的闭环管理。针对设备异常工况，可设置分级预警机制，当监测数据偏离阈值时自动触发应急处置流程。此外，在人员能力建设方面，应开展分层次培训体系，对操作人员重点强化DCS系统操作、设备启停规范等实操技能，定期组织故障模拟演练。对管理人员则侧重培养系统思维和数据分析能力，通过案例研讨提升能源调度决策水平。同时可通过设立节能标兵评选、技术创新奖励等激励机制，将节能意识融入企业文化建设，促使员工在日常工作中主动关注能源利用效率。

　　2.4技术创新与推广应用

　　钢铁企业余能回收系统的持续优化升级，必须依靠技术创新的驱动，在技术研发方面，企业应构建多层次创新体系，设立专项资金池支持关键技术攻关，重点突破余热捕集效率提升、余压能量转换损耗控制等核心难题。而产学研协同创新是加速技术落地的关键路径，建议建立校企联合实验室，围绕余能回收系统开展定向技术攻关[6]。高校可承担理论建模与仿真验证工作，企业则负责中试装置搭建和工业场景测试，科研机构则聚焦工艺参数优化与标准体系构建。通过建立“基础研究-技术开发-工程应用”的全链条创新机制，缩短技术转化周期。在技术推广层面，应构建“示范引领-标准规范-市场驱动”的推广体系，优先在重点产线建设余能回收示范工程，形成可复制的技术解决方案。参与制定行业技术标准，规范设备能效评价体系，通过节能服务公司等市场化主体，探索合同能源管理等商业模式。这种“技术研发-工程示范-标准推广-商业转化”的良性循环，能有效推动余能回收技术从单点突破向行业普及转变，最终形成具有自主知识产权的技术集群和产业生态。

　　3结束语

　　对于钢铁企业而言，做好余能回收，不仅能有效缓解行业面临的能源压力，还能减少环境污染问题。因此，在深入探究钢铁企业余能回收系统时，提出了协同优化能效的策略，旨在为企业优化余能回收提供必要的参考借鉴。而随着科技水平的不断进步，未来钢铁企业还应进一步加强对余能回收系统的协同优化与创新，结合大数据、人工智能等先进技术，能有效推动钢铁企业能源利用率迈向更高水平，从而助力于钢铁行业实现绿色低碳转型和高质量目标的发展。

参考文献

　　［1］冯俊小，温俊云，刘江，等.转炉烟气余能回收利用技术发展现状与展望［J］.科学技术与工程，2023，23（17）：7183-7193.

　　［2］孙文龙.钢铁企业余热余能回收利用措施研究［J］.皮革制作与环保科技，2022，3（2）：157-158+164.

　　［3］陈海，刘良平，文红.基于能量流网络图浅析炼焦厂余热余能回收利用［J］.冶金能源，2021，40（5）：17-20+64.

　　［4］田颖，孙磊，王雨，等.钢铁企业余热余能回收利用措施研究［J］.包钢科技，2021，47（1）：1-4.

　　［5］王明月，张永杰，陈国军.钢铁能源效率提升技术方向及潜力分析［J］.钢铁，2024，59（9）：215-225+248.

　　［6］陈丽云，周继程，上官方钦，等.某钢铁企业能源利用效率探讨［J］.冶金能源，2020，39（2）：3-7+26.