基于煤气成份变化的高炉煤气发生量及其热值预测方法与流程

本发明涉及钢铁生产技术领域，特别涉及一种基于煤气成份变化的高炉煤气发生量及其热值预测方法。

背景技术

煤气是钢铁企业最为重要的二次能源，是钢铁企业赖以生存的“血液循环”系统，煤气利用效率的高低，直接决定了钢铁企业能源利用的水平，做到“零放散”是每个钢铁企业煤气管理的最终目标。实现煤气零放散的基础就是煤气的动态平衡调度，保证每个时段煤气的发生量与使用量相一致。煤气平衡调度的目的，就是对煤气在未来时段发生的煤气量及用户消耗量进行预测，通过调整煤气发生设备及使用设备(含缓冲设备)的操作参数，实现未来时段煤气的平衡。但由于影响煤气发生量的因素众多，且非常复杂，其预测结果难以达到煤气动态平衡调度所需的精度要求。

煤气预测一般采用两种方法。一是时间序列预测法，它是依据连续性原理，只有满足“过去是这样，将来也是这样”的假设条件，才能用历史数据预测它的未来，一旦这一假设条件不成立，其预测结果往往偏差较大。二是因果关系预测法，它是依据“因果关系”预测原理，只有“原因决定结果”的前题条件成立，才能通过建立相关变量间的确定性关系(函数关系)或非确定性关系(相关关系，如数据回归分析法、人工神经网络法)来预测它的未来；但由于高炉煤气发生量及其热值的预测影响因素众多(比如：入炉焦比、喷煤比、焦丁比、热风温度、鼓风量、富氧率、高炉操作等)，且相关关系不清晰、采集数据不全、数据不准确等，造成预测精度很难满足生产实际需要。两种预测方法均存在欠缺，有待于深入研究解决。本发明专利采用以“因果”关系预测为主，兼顾时间序列，抓住高炉煤气成分及其高炉鼓风量、富氧率三大影响因素，建立高炉煤气发生量及其热值预测模型，可高精度预测未来高炉煤气发生量及其热值，为实现工业应用奠定技术基础。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种基于煤气成份变化的高炉煤气发生量及其热值预测方法，以高炉煤气成份和高炉鼓风量、富氧量为主要变量，以高炉鼓风与煤气中n2平衡计算值为基准，提前预测炼铁生产过程中产生的高炉煤气发生量及其煤气热值，为实现钢铁企业动态煤气优化调度提供技术支撑。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于煤气成份变化的高炉煤气发生量及其热值预测方法，包括如下步骤：

步骤一、在高炉煤气重力除尘器或布袋除尘装置后设置煤气成分分析仪，通过对高炉生产过程中的高炉炉顶煤气成份进行在线分析，包括分析煤气中的n2、co、h2、ch4气体的体积百分含量，其中n2百分含量nm；

步骤二、确定高炉鼓风量vg、富氧量vo2及高炉喷煤量mf；

步骤三、煤气发生量预测模型计算：

(1)单座高炉煤气发生量预测模型为：

vf(t)＝[ng(t)/nm(t)]×[kvg(t)+vo2(t)+vn2(t)]t∈生产状态时刻

vf(t)＝0t∈休风或停炉状态时刻

其中：vn2(t)＝mf(t)/a

式中：vf(t)为t时刻高炉生产或休风工况下的高炉煤气发生量(m³/min)；

ng(t)为t时刻高炉生产工况条件下高炉鼓风中的氮气百分含量；

nm(t)为t时刻高炉煤气中的氮气百分含量；

k为高炉不同生产工况条件下的高炉鼓风量修正系数，其中k＝(0.7～1.0)；

vg(t)为t时刻高炉生产工况条件下的鼓风量(m³/min)；

vo2(t)为t时刻高炉生产工况条件下的富氧量(m³/min)；

vn2(t)为t时刻高炉喷煤载气所携带的氮气量(m³/min)；

mf(t)为t时刻高炉喷煤量(kg/min)；

a为t时刻高炉喷煤输送固气比(30～40kg/m³)；

其中：ng(t)＝[0.79×vg(t)+vn2(t)]/[vg(t)+vo2(t)+vn2(t)]；

(2)n座高炉煤气发生量预测模型为：

式中：vfz(t)为t时刻n座高炉总煤气发生量(m³/min)；

vf(t)i为t时刻第i座高炉煤气发生量(m³/min)；

步骤四、高炉煤气热值预测模型计算包括：

(1)单座高炉煤气热值预测模型为：

qd(t)＝126.44vco(t)+107.94vh2(t)+359.06vch4(t)

式中：qd(t)为t时刻高炉煤气热值(kj/nm³)；

vco(t)、vh2(t)、vch4(t)分别为t时刻高炉煤气中co、h2、ch4气体体积百分含量(％)；

(2)n座高炉煤气并网混合后热值预测模型为：

式中：qh(t)为n座高炉煤气并网混合后热值(kj/nm³)；

vf(t)i为t时刻第i座高炉煤气发生量(m³/min)；

vfz(t)为t时刻n座高炉总煤气发生量(m³/min)；

qd(t)i为t时刻第i座高炉煤气热值(kj/nm³)。

所述的预测方法包括长期预测和短期预测；

(1)所述的长期预测为根据预测期内高炉的生产计划、设备检修计划、确定高炉生产工况并依据前24小时的高炉鼓风量及煤气成分进行初步预测，此时，所述的步骤二中的高炉鼓风量vg、富氧量vo2及高炉喷煤量mf(由固气比推算携带的n2量vn2)根据高炉的生产计划表给出；

(2)所述的短期预测为根据实时在线检测的高炉鼓风量vg、富氧量vo2及高炉喷煤量mf得出的预测结果；由固气比推算携带的n2量vn2；

(3)根据短期预测中前一周期(t-1,t时段)所采集到高炉鼓风量、富氧量、煤气成分的数据对长期预测值进行动态修正，形成下一预测周期(t,t+1时段)的最终预测。

基于对高炉不同工况、高炉鼓风量及其煤气成份变化的历史数据标定，确定所述的高炉生产工况条件下的高炉鼓风量修正系数k，高炉不同工况包括：正常工况及热风炉换炉、减风、复风、休风工况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本专利提供了一种高炉煤气发生量及其煤气热值的计算及预测方法。以高炉煤气成份和高炉鼓风量、富氧量为主要变量，以高炉鼓风与煤气中n2平衡计算值为基准，通过该方法可高精度(≥95％)预测高炉煤气发生量及其煤气热值，为实现企业煤气动态优化调度及下游高炉煤气用户对煤气热值的检测与应用奠定了技术基础；对实现企业煤气零放散，下游煤气用户在线调控空燃比具有重要作用。

2、修正采集高炉煤气实际发生量的流量孔板补偿系数，使高炉煤气发生量模型计算值与实际检测值相一致。

附图说明

图1是本发明的高炉系统结构图。

图中：1-高炉、2-煤气下降管、3-重力除尘器、4-布袋除尘装置、5-煤气成分分析仪、6-trt发电机组、7-旁通阀组、8-总煤气流量孔板、9-煤气管网流量孔板、10-高炉煤气流量孔板、11-高炉煤气管网、12-煤气调节阀、13-热风炉、14-助燃风机、15-空气调节阀、16-烟道阀、17-烟囱、18-电动鼓风机、19-空气流量孔板、20-氧气管网、21-氧气流量孔板、22-冷风阀、23-热风阀、24-冷风充气阀、25-冷风流量孔板、26-冷风大闸、27-煤气切断阀1、28-气切断阀2、29-炉顶放散阀、30-鼓风机放散阀、31-排气阀、32-排灰阀1、33-排灰阀2、34-喷煤流量计。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，高炉(1)发生的高炉煤气，经荒煤气下降管(2)进入重力除尘器(3)，经布袋除尘器(4)精除尘后，经过煤气成分分析仪(5)，进入trt发电机组(6)或旁通阀组(7)，经过总煤气流量孔板(8)后，分别经过煤气流量孔板(9)送往高炉煤气管网(11)和经过煤气流量孔板(10)，经过煤气调节阀(12)，将高炉煤气送入热风炉(13)；在燃烧期，空气由助燃风机(14)经空气调节阀(15)送入热风炉(13)，燃烧废气经烟道阀(16)进入烟囱(17)；在送风期，电动鼓风机(18)产生的冷空气，经空气流量孔板(19)，与氧气管网(20)送入的氧气经氧气流量孔板(21)后混合，经冷风阀(22)送入热风炉(13)，预热后的热风经热风阀(23)送入高炉(1)；在换炉期(从燃烧期转为送风期)打开冷风充气阀(24)，充气冷风经流量孔板(25)对热风炉(13)进行充气，当炉内压力与规定风压平衡时，再关闭冷风充气阀(24)，打开冷风阀(22)进入送风期。

一种基于煤气成份变化的高炉煤气发生量及其热值预测方法，包括如下步骤：

步骤一、在高炉煤气重力除尘器或布袋除尘装置后设置煤气成分分析仪，通过对高炉生产过程中的高炉炉顶煤气成份进行在线分析，包括分析煤气中的n2、co、h2、ch4气体的体积百分含量，其中n2百分含量nm；

步骤二、确定高炉鼓风量vg、富氧量vo2及高炉喷煤量mf；

步骤三、煤气发生量预测模型计算：

(1)单座高炉煤气发生量预测模型为：

vf(t)＝[ng(t)/nm(t)]×[kvg(t)+vo2(t)+vn2(t)]t∈生产状态时刻

vf(t)＝0t∈休风或停炉状态时刻

其中：vn2(t)＝mf(t)/a

式中：vf(t)为t时刻高炉生产或休风工况下的高炉煤气发生量(m³/min)；

ng(t)为t时刻高炉生产工况条件下高炉鼓风中的氮气百分含量；

nm(t)为t时刻高炉煤气中的氮气百分含量；

k为高炉不同生产工况条件下的高炉鼓风量修正系数，其中k＝(0.7～1.0)；

vg(t)为t时刻高炉生产工况条件下的鼓风量(m³/min)；

vo2(t)为t时刻高炉生产工况条件下的富氧量(m³/min)；

vn2(t)为t时刻高炉喷煤载气所携带的氮气量(m³/min)；

mf(t)为t时刻高炉喷煤量(kg/min)；

a为t时刻高炉喷煤输送固气比(30～40kg/m³)；

其中：ng(t)＝[0.79×vg(t)+vn2(t)]/[vg(t)+vo2(t)+vn2(t)]；

(2)n座高炉煤气发生量预测模型为：

式中：vfz(t)为t时刻n座高炉总煤气发生量(m³/min)；

vf(t)i为t时刻第i座高炉煤气发生量(m³/min)；

步骤四、高炉煤气热值预测模型计算包括：

(1)单座高炉煤气热值预测模型为：

qd(t)＝126.44vco(t)+107.94vh2(t)+359.06vch4(t)

式中：qd(t)为t时刻高炉煤气热值(kj/nm³)；

vco(t)、vh2(t)、vch4(t)分别为t时刻高炉煤气中co、h2、ch4气体体积百分含量(％)；

(2)n座高炉煤气并网混合后热值预测模型为：

式中：qh(t)为n座高炉煤气并网混合后热值(kj/nm³)；

vf(t)i为t时刻第i座高炉煤气发生量(m³/min)；

vfz(t)为t时刻n座高炉总煤气发生量(m³/min)；

qd(t)i为t时刻第i座高炉煤气热值(kj/nm³)。

所述的预测方法包括长期预测和短期预测；

(1)所述的长期预测为根据预测期内高炉的生产计划、设备检修计划、确定高炉生产工况并依据前24小时的高炉鼓风量及煤气成分进行初步预测，此时，所述的步骤二中的高炉鼓风量vg、富氧量vo2及高炉喷煤量mf(由固气比推算携带的n2量vn2)根据高炉的生产计划表给出；

(2)所述的短期预测为根据实时在线检测的前一周期(t-1,t时段)高炉鼓风量vg、富氧量vo2及高炉喷煤量mf(由固气比推算携带的n2量vn2)得出的预测结果。

(3)根据短期预测中前一周期(t-1,t时段)所采集到高炉鼓风量、富氧量、煤气成分的数据对长期预测值进行动态修正，形成下一预测周期(t,t+1时段)的最终预测。

基于对高炉不同工况、高炉鼓风量及其煤气成份变化的历史数据标定，确定所述的高炉生产工况条件下的高炉鼓风量修正系数k，高炉不同工况包括：正常工况及热风炉换炉、减风、复风、休风工况。

图1中，煤气成分分析仪(5)用于对高炉生产过程中的高炉炉顶煤气成份进行在线分析；总煤气流量孔板(8)用于在线测量总煤气发生量，空气流量孔板(19)用于在线测量高炉鼓风量，氧气流量孔板(21)用于测量富氧量，冷风流量孔板(25)用于测量冷风流量。在热风炉由燃烧转为送风的换炉操作中，给热风炉充气的那部分冷风量，需从高炉实际鼓风量中扣除。喷煤流量计(34)用于测量高炉喷煤量。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。