本發明屬于冶金工藝流程碳體系，具體涉及一種基于冶金工藝的鋼鐵企業碳跡追蹤方法。

背景技術：

1、鋼鐵企業流程復雜，由燒結、球團、焦化、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋等工序組成，又分為長流程和短流程，且每一道工序都相當于一個企業產品生產的完整流程。同時，鋼鐵企業還包含氧氮氬等工業氣體制備、煤氣提純甲烷、電力及蒸汽生產，各類氣、固、液、危廢處理及部分的循環利用等。此外，鋼鐵企業的物料供應包括各類煤炭、各類鐵礦石、各類合金、各類輔料等，采購地點也遍布世界各地；動力消耗包括煤炭、電力、天然氣、蒸汽、水、氧氮氬等；生產過程還包含大量化學反應及物理加工過程。所以，鋼鐵企業與其他類型企業的碳工作完全不同，如果僅算出碳排放總量和強度值，對于鋼鐵企業而言是遠遠不夠的，將會導致難以追蹤企業過程碳的情況，更無法追蹤碳產生區域、過程環節及節點等，從而無法實現碳管理的過程管控和過程優化。

2、鋼鐵企業雙碳工作任務繁重，對于如此龐大的碳參數和碳結果體系，管理人員只能識別碳計算結果，難以找到鋼鐵企業具體對應位置，無法實現對于問題碳數據的快速位置鎖定、以實施管理。因此，需要企業碳體系具備強大的碳跡追蹤能力，而系統各點位碳排放量的實際追蹤一直是困擾企業的難題。故有必要對現有的鋼鐵企業碳跡追蹤方式進行改進。

技術實現思路

1、本發明就是針對上述問題，提供一種基于冶金工藝及碳體系規律，建立一種鋼鐵企業碳跡追蹤方法，實施碳數據全覆蓋，幫助企業實施碳跡追蹤，搜索出問題碳數據及問題碳發生區域位置，支撐鋼鐵企業實施碳過程管理。

2、本發明所采用的技術方案是：該基于冶金工藝的鋼鐵企業碳跡追蹤方法包括如下步驟：

3、步驟一、鋼鐵企業碳體系關聯性分析；以鋼鐵企業工藝流程為依托，基礎是物料、能源、產品及固廢，上層表現是碳排放量；

4、步驟二、碳體系的碳跡命名；對于一個鋼鐵企業，碳體系命名規則分為五個維度，分別為企業、工序、設備、排放源和碳名；其中，企業和工序代表一個明確的區域，需要對鋼鐵企業劃分清晰合理的邊界范圍；設備代表一個明確的、相對集中的位置；排放源代表導致碳排放的具體物料能源種類；碳名代表具體碳數值的含義；

5、步驟三、建立碳體系的碳跡追蹤模型；實施碳跡追蹤，具體來講從兩方面開展工作：一是排放碳追蹤，二是問題碳追蹤；排放碳追蹤是指企業級、工序級、設備級生產過程碳排放量的追蹤，實施碳信息全覆蓋；問題碳追蹤是指鋼鐵企業的碳排放量計算結果失真或超出合理范圍時，找到工藝區域和排放源節點問題出處；

6、步驟四、鋼鐵企業碳體系的排放碳跡追蹤；采取企業級、工序級、設備級形式的逐層追蹤，保證層次清晰、追蹤邏輯不混亂；

7、①企業級排放碳追蹤到工序層，清晰溯源到各個工序的排放碳情況；

8、②工序級排放碳追蹤到設備層，溯源到各個設備層的排放碳情況；

9、③設備級排放碳追蹤進一步準確細化到原料、能源、固碳物料能源層；

10、通過上述三步流程，依次從企業層→工序層→設備層→物料能源層的順序，逐層追蹤鋼鐵企業碳跡；清晰、準確追蹤到排放碳對應的路徑，以及對應具體節點、具體物料能源類別；

11、步驟五、鋼鐵企業碳體系的問題碳跡追蹤；當鋼鐵企業的碳排放量結果失真或超出合理范圍時，找到對應的工藝和排放源節點問題出處，幫助鋼鐵企業實施碳數據的過程管理；依據步驟二和步驟三中的碳體系的碳跡命名規則及碳跡追蹤模型，設計問題碳跡追蹤實施流程；問題碳過程管理通過兩步解決，一是找出問題碳數據，二是找出問題碳位置。

12、所述步驟一，鋼鐵企業工藝流程，由一系列主工序構成鋼鐵企業主生產流程，此外還包括輔助生產工序和附屬生產工序；這一系列工序構成了鋼鐵企業碳體系運行底座的流程框架；鋼鐵企業各類系統運行、物料能源及產品生產都是基于該流程框架運行，是碳體系的載體；

13、鋼鐵企業物料、能源體系，是碳體系的基礎；工序的產品為鋼鐵企業工藝流程的中間產品，物料能源包括外購物料類、外購能源類、企業自產二次能源類以及回收能源類，此外還包括本工序產生的需要處理的廢棄物；

14、鋼鐵企業碳體系，包含企業級碳、各工序級碳、設備級碳及各類物料排放源。

15、所述步驟二，碳體系標準名稱：企業名+工序名+設備名+排放源名+碳名，這五個命名維度可以根據實際情況進行取舍和組合；例如：

16、企業名：a鋼鐵廠

17、工序名：煉鐵工序

18、設備名：1#高爐

19、排放源名：消耗煤氣

20、碳名：碳排放量

21、所以，該位置的碳體系名稱為“a鋼鐵廠+煉鐵工序+1#高爐+消耗煤氣+碳排放量”；碳體系名稱的第一、二部分表示工藝流程的明確區域位置，第三部分表示一個具體設備點位置，第四個部分表示排放源名稱，第五部分表示碳數據的具體種類。

22、所述步驟三，鋼鐵企業碳體系的設備級碳模型；該處的設備級是指鋼鐵企業每個生產工序中最主要的窯爐設備，包括焦爐、燒結機、高爐、轉爐、電爐、加熱爐及鍋爐；

23、設備級碳的輸入輸出各項名稱如下：

24、名稱1：設備i-投入物料j-碳元素量；

25、名稱2：設備i-投入能源j-碳元素量；

26、名稱3：設備i-輸出氣體j-碳元素量；

27、名稱4：設備i-輸出液體j-碳元素量；

28、名稱5：設備i-輸出固體j-碳元素量；

29、名稱6：設備i-外排的碳量；

30、利用碳平衡建立計算公式如下：

31、名稱1：c1-i-j＝m1-i-j×[c]1-i-j

32、式中，c1-i-j表示設備i-投入物料j-碳元素量；

33、m1-i-j表示設備i投入物料j的實物量；

34、[c]1-i-j表示設備i投入物料j的碳元素含量；

35、名稱2：c2-i-j＝m2-i-j×[c]2-i-j

36、式中，c2-i-j表示設備i-投入能源j-碳元素量；

37、m2-i-j表示設備i投入能源j的實物量；

38、[c]2-i-j表示設備i投入能源j的碳元素含量；

39、名稱3：c3-i-j＝m3-i-j×[c]3-i-j

40、式中，c3-i-j表示設備i-輸出氣體j-碳元素量；

41、m3-i-j表示設備i輸出氣體j的實物量；

42、[c]3-i-j表示設備i輸出氣體j的碳元素含量；

43、名稱4：c4-i-j＝m4-i-j×[c]4-i-j

44、式中，c4-i-j表示設備i-輸出液體j-碳元素量；

45、m4-i-j表示設備i輸出液體j的實物量；

46、[c]4-i-j表示設備i輸出液體j的碳元素含量；

47、名稱5：c5-i-j＝m5-i-j×[c]5-i-j

48、式中，c5-i-j表示設備i-輸出固體j-碳元素量；

49、m5-i-j表示設備i輸出固體j的實物量；

50、[c]5-i-j表示設備i輸出固體j的碳元素含量；

51、名稱6：c6-i＝c1-i-j+c2-i-j-c3-i-j-c4-i-j-c5-i-j

52、式中，c6-i表示設備i外排的碳量；

53、設備i的二氧化碳外排：

54、式中，表示設備i二氧化碳外排量。

55、所述步驟三，鋼鐵企業碳體系的工序級碳模型；鋼鐵企業包含燒結工序、球團工序、焦化工序、煉鐵工序、轉爐工序、電爐工序、精煉工序、連鑄工序、鋼壓延加工工序、石灰工序、發電工序；

56、鋼鐵企業碳體系的工序級碳排放計算模型為：

57、

58、式中，表示工序級二氧化碳排放量，g表示工序的序號；

59、此外，該工序還有相當一部分碳以氣體形態碳元素、液體形態碳元素和固體形態碳元素的形式進入到鋼鐵企業的其它環節。

60、所述步驟三，鋼鐵企業碳體系的企業級碳模型；企業級碳排放量包括各個工序碳排放量及輔助生產系統、附屬生產系統的碳排放量總和；

61、鋼鐵企業碳體系的企業級碳排放計算模型為：

62、

63、式中，表示企業級碳排放量；

64、表示鋼鐵企業輔助生產系統的碳排放量；

65、表示鋼鐵企業附屬生產系統的碳排放量；

66、與工序層同樣，企業級碳也有相當一部分碳以氣體形態碳元素、液體形態碳元素和固體形態碳元素的形式從鋼鐵企業向外輸出。

67、所述步驟五，找出問題碳數據；

68、碳體系的碳足跡追蹤數學模型的以下三類參數：

69、設備i二氧化碳外排量，

70、工序g二氧化碳排放量，

71、企業級二氧化碳排放量，

72、引入碳排放強度概念，用小寫字母p表示；計算如下：

73、

74、式中，表示設備i的碳強度，即該設備單位產出的二氧化碳排放量；

75、mi表示設備i的產出量，如高爐鐵水產量、機組發電量；

76、

77、式中，表示工序g的碳強度，即該工序單位產出的二氧化碳排放量；

78、mg表示工序g的產出量，如煉鐵工序鐵水產量、焦化工序焦炭產量；

79、

80、式中，表示鋼鐵企業的碳強度，即該企業的噸鋼二氧化碳排放量；

81、m企業表示鋼鐵企業的粗鋼產量。

82、進一步地，根據企業實際情況，賦予上述碳排放強度的下限、上限，以上角標min、max表示；

83、當企業碳數據、工序碳數據和設備碳數據滿足判定條件時，即：說明鋼鐵企業碳數據合理，可以直接使用；當不滿足判定條件時，需要進一步實施問題碳數據追蹤，幫助企業實施碳數據過程管理。

84、所述步驟五，溯源問題碳數據；

85、找出問題碳數據之后，實施追蹤問題碳數據并找出問題碳出處，分為以下幾步驟執行：

86、①設備級問題碳追蹤

87、當設備級出現問題碳數據時，需要對相關的物料、能源、固碳參數實施核查，判斷參數信號是否中斷且數據超標，以保證碳基礎數據存在且合理；通過該核查流程，能夠直接追蹤到出現問題碳情況的投入物料j、投入能源j、輸出氣體j、輸出液體j或輸出固體j，然后集中輸出問題碳發生源出錯提示，保證設備級問題碳數據及時發現、及時處理；

88、②工序級問題碳追蹤

89、當工序級出現問題時，需要對本工序內各個設備情況進行檢查；通過指標碳強度對各設備碳數據合理性進行判斷；同時，對于設備級問題碳數據追蹤，直接調用上一過程的問題碳數據追蹤流程即可；

90、③企業級問題碳追蹤

91、當企業級問題碳出現時，說明企業級碳總量結果不合理；企業級問題碳追蹤需要通過工序級、設備級逐級實施分析追蹤；企業級問題碳數據除需要檢查各主工序外，還需要對輔助工序、附屬工序實施檢查，直至找到碳數據問題發生源為止。

92、本發明的有益效果：該基于冶金工藝的鋼鐵企業碳跡追蹤方法通過實施鋼鐵企業碳體系關聯、建立碳體系關聯模型，實施企業級排放碳追蹤、工序級排放碳追蹤、設備級排放碳追蹤；并進一步建立企業級、工序級、設備級的問題碳數據溯源模型，實施問題碳數據全覆蓋，從而解決鋼鐵企業問題碳的發生區域排放源搜索難題，保障鋼鐵企業碳數據的有效過程管理。