專利名稱：一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐煉鐵領(lǐng)域，特別涉及一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，是一種用于預(yù)測(cè)高爐熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法。
背景技術(shù)：
在高爐煉鐵生產(chǎn)中，熱風(fēng)爐是最重要的配套設(shè)施之一。熱風(fēng)爐的作用將鼓風(fēng)加熱到要求的溫度，并提供給高爐。熱風(fēng)爐燃燒一般使用高爐煤氣，其能耗約占到高爐煤氣的45%左右，是煉鐵工序煤氣資源消耗大戶。由于高爐煤氣的壓力、成分受爐況影響而波動(dòng)頻繁，因而熱風(fēng)爐的燃燒控制成為熱風(fēng)爐最復(fù)雜的系統(tǒng)之一。因此，根據(jù)高爐現(xiàn)有條件，建立熱風(fēng)爐傳熱模型對(duì)熱風(fēng)爐系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算、預(yù)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化控制，同時(shí)降低煤氣消耗，成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的研究重點(diǎn)。早在20世紀(jì)二三十年代豪森(Hausen)等人對(duì)蓄熱式熱風(fēng)爐熱交換進(jìn)行過(guò)研究，提出了以格子磚內(nèi)部的導(dǎo)熱傳熱過(guò)程為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型。但由于無(wú)法確定氣流速度、溫度分布參數(shù)對(duì)傳熱過(guò)程的影響，這種模型不能真實(shí)準(zhǔn)確反映熱風(fēng)爐蓄熱傳熱過(guò)程，造成研究人員后續(xù)無(wú)法利用該模型預(yù)測(cè)出熱風(fēng)爐的煤氣消耗情況。德國(guó)西門子公司的熱風(fēng)爐數(shù)學(xué)模型，規(guī)避了前期研究中無(wú)法確定傳熱參數(shù)的問(wèn)題，以熱流計(jì)算為基礎(chǔ)，通過(guò)列出熱風(fēng)爐熱損失計(jì)算出熱風(fēng)爐每個(gè)工作循環(huán)的效率，以求得加熱用的煤氣流量。該模型雖然能模擬燒爐現(xiàn)場(chǎng)、較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)煤氣消耗量，但由于該數(shù)學(xué)模型用常微分方程來(lái)表述，模型的輸入、干擾因素設(shè)定范圍有限等缺陷，這個(gè)早期的模型預(yù)測(cè)精度和應(yīng)用范圍很有限。

日本在1974年發(fā)表了關(guān)于熱風(fēng)爐數(shù)模法控制的專利，該方法是以熱風(fēng)爐的熱平衡為研究基礎(chǔ)，通過(guò)高爐作業(yè)條件，計(jì)算出輸入熱量、燃燒目標(biāo)值、拱頂溫度等燃燒條件的物理模型，根據(jù)熱風(fēng)溫度、風(fēng)量等要求預(yù)測(cè)出熱風(fēng)爐熱狀態(tài)和煤氣消耗情況。該模型在預(yù)測(cè)煤氣消耗、指導(dǎo)操作、提高熱效率等方面獲得了相當(dāng)大的成功，是后期熱風(fēng)爐數(shù)學(xué)模型優(yōu)化奠定了理論研究基礎(chǔ)。但由于該模型的理論分析因素復(fù)雜(耦合了熱風(fēng)爐爐型結(jié)構(gòu)、內(nèi)部煤氣流動(dòng)等參數(shù))，無(wú)法用在熱風(fēng)爐爐型設(shè)計(jì)參數(shù)位置的情況下預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗。而且在實(shí)際使用的過(guò)程中檢測(cè)點(diǎn)多、投資大，在生產(chǎn)條件不夠穩(wěn)定、裝備水平較低的熱風(fēng)爐中不容易實(shí)現(xiàn)，因此限制了方法的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，用于在對(duì)熱風(fēng)爐爐型參數(shù)未知的情況下對(duì)熱風(fēng)爐煤氣的消耗量進(jìn)行預(yù)測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，所述方法包括:
a.輸入熱風(fēng)爐前一周期使用的煤氣參數(shù)、助燃空氣參數(shù)、排出的廢煙氣參數(shù)、熱風(fēng)爐拱頂溫度參數(shù)、能源鼓風(fēng)參數(shù)；b.計(jì)算熱風(fēng)爐煤氣燃燒所產(chǎn)生的熱量、熱風(fēng)爐排出廢煙氣帶走的熱量、熱風(fēng)爐損失的熱量、熱風(fēng)爐加熱鼓風(fēng)所消耗的熱量，以及熱風(fēng)爐理論燃燒產(chǎn)生的煙氣流量；
C.根據(jù)煤氣燃燒所產(chǎn)生的熱量和熱風(fēng)爐理論燃燒產(chǎn)生的煙氣流量計(jì)算出熱風(fēng)爐理論燃燒溫度，根據(jù)熱風(fēng)爐理論燃燒溫度和排出廢煙氣帶走的熱量計(jì)算熱風(fēng)爐實(shí)際燃燒產(chǎn)生的煙氣熱容；
d.判斷所述熱風(fēng)爐理論燃燒溫度和所述熱風(fēng)爐排出廢煙氣帶走的熱量與所述熱風(fēng)爐實(shí)際燃燒產(chǎn)生的煙氣的熱容偏差是否收斂，如發(fā)散則返回步驟C，調(diào)整煉鐵氣體計(jì)算常數(shù)重新計(jì)算熱風(fēng)爐的理論燃燒溫度，如收斂則確定熱風(fēng)爐理論燃燒溫度；
e.根據(jù)的熱風(fēng)爐理論燃燒溫度以及所述熱風(fēng)爐排出的廢煙氣帶走的熱量、熱風(fēng)爐損失的熱量確定熱風(fēng)爐的熱效率；
f.根據(jù)熱風(fēng)爐的熱效率和熱風(fēng)爐加熱鼓風(fēng)所消耗的熱量，根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，其特征在于，所述方法包括: a.輸入熱風(fēng)爐前一周期使用的煤氣參數(shù)、助燃空氣參數(shù)、排除的廢煙氣參數(shù)、熱風(fēng)爐拱頂溫度參數(shù)、能源鼓風(fēng)參數(shù)； b.計(jì)算熱風(fēng)爐煤氣燃燒所產(chǎn)生的熱量、熱風(fēng)爐排出廢煙氣帶走的熱量、熱風(fēng)爐損失的熱量、熱風(fēng)爐加熱鼓風(fēng)所消耗的熱量，以及熱風(fēng)爐理論燃燒產(chǎn)生的煙氣流量； c.根據(jù)煤氣燃燒所產(chǎn)生的熱量和熱風(fēng)爐理論燃燒產(chǎn)生的煙氣流量計(jì)算出熱風(fēng)爐理論燃燒溫度，根據(jù)熱風(fēng)爐理論燃燒溫度和排出廢煙氣帶走的熱量計(jì)算熱風(fēng)爐實(shí)際燃燒產(chǎn)生的煙氣熱容； d.判斷所述熱風(fēng)爐理論燃燒溫度和所述熱風(fēng)爐排出廢煙氣帶走的熱量與所述熱風(fēng)爐實(shí)際燃燒產(chǎn)生的煙氣的熱容偏差是否收斂，如發(fā)散則返回步驟C，調(diào)整煉鐵氣體計(jì)算常數(shù)重新計(jì)算熱風(fēng)爐的理論燃燒溫度，如收斂則確定熱風(fēng)爐理論燃燒溫度； e.根據(jù)確定的熱風(fēng)爐理論燃燒溫度以及所述熱風(fēng)爐排出的廢煙氣帶走的熱量、熱風(fēng)爐損失的熱量確定熱風(fēng)爐的熱效率；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，其特征在于，所述煤氣參數(shù)包括CO、CH4, H2, H2O的濃度和摩爾份數(shù)、質(zhì)量流量、溫度；所述助燃空氣參數(shù)包括助燃空氣的溫度、質(zhì)量流量；所述熱風(fēng)爐拱頂溫度參數(shù)即檢測(cè)的拱頂溫度；所述排出的廢煙氣參數(shù)包括廢煙氣C02、02、N2、H20的濃度和摩爾份數(shù)、質(zhì)量流量、溫度；所述的能源鼓風(fēng)參數(shù)包括能源冷風(fēng)的溫度、質(zhì)量流量以及熱風(fēng)爐出口熱風(fēng)的流量、溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，其特征在于，所述根據(jù)熱風(fēng)爐理論燃燒溫度和所述熱風(fēng)爐排出廢煙氣帶走的熱量計(jì)算熱風(fēng)爐實(shí)際燃燒產(chǎn)生的煙氣熱容是:首先由煤氣燃燒所產(chǎn)生的熱量除以熱風(fēng)爐理論燃燒產(chǎn)生的煙氣流量得到理論煙氣熱容，根據(jù)所述理論煙氣熱容計(jì)算出理論燃燒溫度，然后根據(jù)理論燃燒溫度和實(shí)際廢煙氣成分計(jì)算出實(shí)際燃燒產(chǎn)生的煙氣熱容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，其特征在于，所述確定理論燃燒溫度是修正熱風(fēng)爐的理論燃燒溫度，修正后的熱風(fēng)爐理論燃燒溫度為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，其特征在于，所述是否收斂是根據(jù)迭代法計(jì)算得到，首先計(jì)算熱風(fēng)爐實(shí)際燃燒產(chǎn)生的煙氣的平均熱容，在h溫度下，根據(jù)熱風(fēng)爐實(shí)際排出的廢煙氣成分，計(jì)算熱風(fēng)爐實(shí)際燃燒產(chǎn)生的煙氣的平均熱容Α;，將熱風(fēng)爐實(shí)際燃燒產(chǎn)生的煙氣的平均熱容和熱風(fēng)爐理論燃燒產(chǎn)生的煙氣的平均熱容 前后兩次迭代得到的平均數(shù)進(jìn)行相減，其差值小于10_5則視為差值收斂，否則為不收斂即發(fā)散。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，其特征在于，所述熱風(fēng)爐一個(gè)周期包括燒爐時(shí)間、并爐時(shí)間和送風(fēng)時(shí)間，其中所述燒爐時(shí)間包括煤氣燃燒時(shí)間和并爐前的保溫時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)熱風(fēng)爐煤氣消耗量的方法，包括輸入熱風(fēng)爐前一周期使用的煤氣等參數(shù)；進(jìn)行計(jì)算、判斷，預(yù)測(cè)下一燃燒周期的熱風(fēng)爐煤氣的消耗量。本發(fā)明不需要耦合熱風(fēng)爐爐型結(jié)構(gòu)、格子磚局部溫度等設(shè)計(jì)參數(shù)，只需根據(jù)前一周期熱風(fēng)爐燒爐、送風(fēng)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，就可以預(yù)測(cè)出下一燃燒周期熱風(fēng)爐煤氣的消耗情況。同時(shí)，能根據(jù)下一周期的風(fēng)量、風(fēng)溫來(lái)確定所需要的煤氣化學(xué)熱，并對(duì)預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行可視化處理，以得到直觀的圖像結(jié)果；指導(dǎo)熱風(fēng)爐操作，操作使用簡(jiǎn)單，提高工作效率。
文檔編號(hào)C21B9/00GK103243190SQ20131020475
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月29日
發(fā)明者石薪靖, 張玉生, 李占國(guó), 吳明德, 王玉勃, 劉明生, 王國(guó)英, 康春萌 申請(qǐng)人:北京建龍重工集團(tuán)有限公司