CN105441617A - 一种高炉热风炉热效率实时监测系统 - Google Patents

一种高炉热风炉热效率实时监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高炉热风炉热效率实时监测系统，包括计算使能信号触发模块、双累计量统计模块、基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块；计算使能信号触发模块的输出端分别与双累计量统计模块、基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块的输入端连接，双累计量统计模块的输出端分别与基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块的输入端连接，基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块的输出端与热风炉热效率计算模块的输入端连接。本发明实现了高炉热风炉热效率的在线监测，为热风炉优化运行提供了重要依据。

Description

一种高炉热风炉热效率实时监测系统
技术领域
本发明涉及一种检测系统，具体涉及一种高炉热风炉热效率实时监测系统。
背景技术
高炉热风炉是炼铁厂高炉主要的配套设备之一，其作用是为高炉持续不断的提供1000度以上的高温热风，一般一座高炉配3～4座热风炉，每座热风炉都是燃烧、送风、换炉的重复过程，在正常生产条件下，一个操作周期的时间包括燃烧期、送风期及换炉时间。
热风炉在燃烧期利用蓄热介质将所通过的高温废气的热积蓄起来，而在送风期，再将热量传递给冷风，即冷风吸收格子砖的热量后进入高炉，如此循环。热风炉热效率是评定热风炉运行经济性的关键热工指标，其为改进热风炉的热工操作、设备结构以及生产管理提供重要依据，以往要获取热风炉热效率，必须借助热风炉的热平衡测定试验，耗时耗力，且获得的结果仅能反映试验期间的运行水平，如何对热效率进行在线监测，进而优化调整热风炉的运行工况，是相关技术人员一直关心的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高炉热风炉热效率实时监测系统。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高炉热风炉热效率实时监测系统，其特征在于：包括计算使能信号触发模块、双累计量统计模块、基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块；
所述计算使能信号触发模块的输出端分别与双累计量统计模块、基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块的输入端连接，所述双累计量统计模块的输出端分别与基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块的输入端连接，所述基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块的输出端与热风炉热效率计算模块的输入端连接；
所述计算使能信号触发模块，通过实时识别热风炉运行状态，发出热风炉热效率计算使能信号；
所述双累计量统计模块，负责统计热风炉冷风、助燃空气及煤气的累计流量；
所述基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块，负责统计热风炉每一个完整操作周期内的热风温度、冷风温度、助燃空气温度及煤气温度的加权滑动平均值；
所述热风炉热效率计算模块，负责计算热风炉每一个完整操作周期内的热风炉系统热效率。
输入计算使能信号触发模块的热风炉运行状态包括热风炉的热风阀开关状态、冷风阀开关状态、煤气切断阀开关状态、助燃空气阀开关状态、烟道阀开关状态以及拱顶温度；
当判断热风炉由非燃烧状态转换为燃烧状态时，发出上升沿脉冲信号，即热风炉热效率计算使能信号，两个相邻的脉冲信号之间即为热风炉一个完整的操作周期。
所述双累计量统计模块的输入部分包括热风炉热效率计算使能信号，冷风、助燃空气和煤气的瞬时流量；
输出部分包括两个累计流量，分别为：热风炉前一个完整操作周期内的冷风、助燃空气及煤气的累计流量、热风炉当前操作周期开始至当前时刻的冷风、助燃空气和煤气的累计流量。
所述基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块的输入部分包括热风炉热效率计算使能信号，热风炉当前操作周期开始至当前时刻的冷风、助燃空气和煤气的累计流量，热风温度、冷风温度及煤气温度的瞬时值；
输出部分为热风炉前一个完整操作周期内的热风温度、冷风温度、助燃空气温度及煤气温度的加权滑动平均值。
所述基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块的具体计算方法为，
(1)设定数据采样的周期为T；
(2)当接收到热风炉热效率计算使能信号时，开始计算热风、冷风、助燃空气以及煤气的温度加权滑动平均值；其中的权值为上述介质的累计流量；
t i ‾ ( k ) = [ 1 - L i ( k ) ] t i ‾ ( k - 1 ) + L i ( k ) t i ( k )
L i ( k ) = ν i ( k ) T V i ( k )
t i ‾ ( 0 ) = t i ( 0 )
式中，k为整数，k＝1,2,3…，为kT时刻下的第i种介质温度的加权滑动平均值，物理单位为摄氏度，为(k-1)T时刻下的第i种介质温度的加权滑动平均值，物理单位为摄氏度，ti(k)为kT时刻下的第i种介质温度的瞬时值，物理单位为摄氏度，Li(k)为kT时刻下的第i种介质温度的加权滑动平均值的权重计算系数；νi(k)为kT时刻下的第i种介质的流量瞬时值，物理单位为m3/h，Vi(k)为当前操作周期开始至kT时刻内的第i种介质的流量累计值，物理单位为m3；
(3)当再次收到热风炉热效率计算使能信号时，即表示新的操作周期开始，输出上一步的结算结果并保持，直到再次收到计算使能信号触发模块输出的上升沿脉冲信号；
(4)重复(2)～(3)步，即可实现当一个操作周期结束时，立即输出该周期内的热风温度、冷风温度、助燃空气以及煤气的温度加权滑动平均值。
所述热风炉热效率计算模块的输入部分包括热风炉热效率计算使能信号，前一个完整操作周期的冷风、助燃空气和煤气的累计流量，前一个完整操作周期内的热风温度，冷风温度，助燃空气温度和煤气温度的加权滑动平均值；
输出部分为前一个完整操作周期内的热风炉系统热效率。
本发明所达到的有益效果：1、本发明所需的参数均可从热风炉控制系统中直接读取，现场不需要额外增加分析或测量仪表等昂贵的辅助设备，可集成在已有的上位机或能源管理系统中，成本低；2、本发明与热风炉的类型、工作制度等因素无关，适用性广；3、本发明不依赖煤气流量计、热风流量计的精确计量，只要计量趋势准确，计算结果即可准确表征热风炉热效率的变化趋势；4、本发明实现了高炉热风炉热效率的在线监测，为热风炉优化运行提供了重要依据。
附图说明
图1为高炉热风炉热效率实时监测方法的总体框图。
图中，Valve_HotAir、Valve_CoolAir、Valve_ComAir、Valve_Gas、Valve_Flue分别为热风阀、冷风阀、助燃空气阀、煤气切断阀及烟道阀的开闭状态；T_Vault为拱顶温度，℃；T_Gas、FT_HotAir、FT_CoolAir分别为煤气、热风及助燃空气流量，m3/h；T_Gas、T_HotAir、T_CoolAir、T_ComAir分别为煤气预热后温度、热风出口温度、冷风温度及助燃风预热后温度，℃；Qdw_Gas为煤气热值，kJ/m3；T_Gas_AVG_LastCyc、T_HotAir_AVG_LastCyc、T_CoolAir_AVG_LastCyc、T_ComAir_AVG_LastCyc分别为前一个操作周期的煤气预热后温度加权滑动平均值、热风出口温度加权滑动平均值、冷风温度加权滑动平均值及助燃空气预热后温度加权滑动平均值，℃；FT_Gas_ACC_LastCyc、FT_HotAir_ACC_LastCyc、FT_ComAir_ACC_LastCyc分别为一个操作周期的煤气流量累计值、热风流量累计值及助燃空气累计值，m3；FT_Gas_ACC、FT_HotAir_ACC、FT_ComAir_ACC分别为当前的煤气流量累计值、热风流量累计值及助燃空气累计值，m3；Enable_Calc为热风炉热效率计算使能信号，EFF__LastCyc为热风炉前一个周期热效率，％。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种高炉热风炉热效率实时监测系统，包括计算使能信号触发模块、双累计量统计模块、基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块。
具体连接关系如下：计算使能信号触发模块的输出端分别与双累计量统计模块、基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块的输入端连接，双累计量统计模块的输出端分别与基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块的输入端连接，基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块的输出端与热风炉热效率计算模块的输入端连接。
各模块的功能如下：
计算使能信号触发模块：通过实时识别热风炉运行状态，发出热风炉热效率计算使能信号。输入计算使能信号触发模块的热风炉运行状态包括热风炉的热风阀开关状态、冷风阀开关状态、煤气切断阀开关状态、助燃空气阀开关状态、烟道阀开关状态以及拱顶温度；当判断热风炉由非燃烧状态转换为燃烧状态时，发出上升沿脉冲信号，即热风炉热效率计算使能信号，两个相邻的脉冲信号之间即为热风炉一个完整的操作周期。
双累计量统计模块：负责统计热风炉冷风、助燃空气及煤气的累计流量。双累计量统计模块的输入部分包括热风炉热效率计算使能信号，冷风、助燃空气和煤气的瞬时流量；输出部分包括两个累计流量，分别为：热风炉前一个完整操作周期内的冷风、助燃空气及煤气的累计流量、热风炉当前操作周期开始至当前时刻的冷风、助燃空气和煤气的累计流量。
基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块：负责统计热风炉每一个完整操作周期内的热风温度、冷风温度、助燃空气温度及煤气温度的加权滑动平均值。基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块的输入部分包括热风炉热效率计算使能信号，热风炉当前操作周期开始至当前时刻的冷风、助燃空气和煤气的累计流量，热风温度、冷风温度及煤气温度的瞬时值；输出部分为热风炉前一个完整操作周期内的热风温度、冷风温度、助燃空气温度及煤气温度的加权滑动平均值。
具体计算方法为，
(1)设定数据采样的周期为T；
(2)当接收到热风炉热效率计算使能信号时，开始计算热风、冷风、助燃空气以及煤气的温度加权滑动平均值；其中的权值为上述介质的累计流量；
t i ‾ ( k ) = [ 1 - L i ( k ) ] t i ‾ ( k - 1 ) + L i ( k ) t i ( k )
L i ( k ) = ν i ( k ) T V i ( k )
t i ‾ ( 0 ) = t i ( 0 )
式中，k为整数，k＝1,2,3…，为kT时刻下的第i种介质温度的加权滑动平均值，物理单位为摄氏度，为(k-1)T时刻下的第i种介质温度的加权滑动平均值，物理单位为摄氏度，ti(k)为kT时刻下的第i种介质温度的瞬时值，物理单位为摄氏度，Li(k)为kT时刻下的第i种介质温度的加权滑动平均值的权重计算系数；νi(k)为kT时刻下的第i种介质的流量瞬时值，由于现场一般没有热风流量计量，此处可认为热风流量等于冷风流量，物理单位为m3/h，Vi(k)为当前操作周期开始至kT时刻内的第i种介质的流量累计值，物理单位为m3；
(3)当再次收到热风炉热效率计算使能信号时，即表示新的操作周期开始，输出上一步的结算结果并保持，直到再次收到计算使能信号触发模块输出的上升沿脉冲信号；
(4)重复(2)～(3)步，即可实现当一个操作周期结束时，立即输出该周期内的热风温度、冷风温度、助燃空气以及煤气的温度加权滑动平均值。
热风炉热效率计算模块：负责计算热风炉每一个完整操作周期内的热风炉系统热效率。热风炉热效率计算模块的输入部分包括热风炉热效率计算使能信号，前一个完整操作周期的冷风、助燃空气和煤气的累计流量，前一个完整操作周期内的热风温度，冷风温度，助燃空气温度和煤气温度的加权滑动平均值；输出部分为前一个完整操作周期内的热风炉系统热效率；当收到热风炉热效率计算使能信号后，启动计算，并保持输出结果直到收到下一次上升沿脉冲信号。
上述系统所需的参数均可从热风炉控制系统中直接读取，现场不需要额外增加分析或测量仪表等昂贵的辅助设备，可集成在已有的上位机或能源管理系统中，成本低；上述系统与热风炉的类型、工作制度等因素无关，适用性广；上述系统不依赖煤气流量计、热风流量计的精确计量，只要计量趋势准确，计算结果即可准确表征热风炉热效率的变化趋势；上述系统实现了高炉热风炉热效率的在线监测，为热风炉优化运行提供了重要依据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高炉热风炉热效率实时监测系统，其特征在于：包括计算使能信号触发模块、双累计量统计模块、基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块；
所述计算使能信号触发模块的输出端分别与双累计量统计模块、基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块的输入端连接，所述双累计量统计模块的输出端分别与基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块以及热风炉热效率计算模块的输入端连接，所述基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块的输出端与热风炉热效率计算模块的输入端连接；
所述计算使能信号触发模块，通过实时识别热风炉运行状态，发出热风炉热效率计算使能信号；
所述双累计量统计模块，负责统计热风炉冷风、助燃空气及煤气的累计流量；
所述基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块，负责统计热风炉每一个完整操作周期内的热风温度、冷风温度、助燃空气温度及煤气温度的加权滑动平均值；
所述热风炉热效率计算模块，负责计算热风炉每一个完整操作周期内的热风炉系统热效率。
2.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉热效率实时监测系统，其特征在于：输入计算使能信号触发模块的热风炉运行状态包括热风炉的热风阀开关状态、冷风阀开关状态、煤气切断阀开关状态、助燃空气阀开关状态、烟道阀开关状态以及拱顶温度；
当判断热风炉由非燃烧状态转换为燃烧状态时，发出上升沿脉冲信号，即热风炉热效率计算使能信号，两个相邻的脉冲信号之间即为热风炉一个完整的操作周期。
3.根据权利要求2所述的一种高炉热风炉热效率实时监测系统，其特征在于：所述双累计量统计模块的输入部分包括热风炉热效率计算使能信号，冷风、助燃空气和煤气的瞬时流量；
输出部分包括两个累计流量，分别为：热风炉前一个完整操作周期内的冷风、助燃空气及煤气的累计流量、热风炉当前操作周期开始至当前时刻的冷风、助燃空气和煤气的累计流量。
4.根据权利要求3所述的一种高炉热风炉热效率实时监测系统，其特征在于：所述基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块的输入部分包括热风炉热效率计算使能信号，热风炉当前操作周期开始至当前时刻的冷风、助燃空气和煤气的累计流量，热风温度、冷风温度及煤气温度的瞬时值；
输出部分为热风炉前一个完整操作周期内的热风温度、冷风温度、助燃空气温度及煤气温度的加权滑动平均值。
5.根据权利要求4所述的一种高炉热风炉热效率实时监测系统，其特征在于：所述基于累计量权值的气体温度加权滑动平均值统计模块的具体计算方法为，
(1)设定数据采样的周期为T；
(2)当接收到热风炉热效率计算使能信号时，开始计算热风、冷风、助燃空气以及煤气的温度加权滑动平均值；其中的权值为上述介质的累计流量；
t i ‾ ( k ) = [ 1 - L i ( k ) ] t i ‾ ( k - 1 ) + L i ( k ) t i ( k )
L i ( k ) = ν i ( k ) T V i ( k )
t i ‾ ( 0 ) = t i ( 0 )
式中，k为整数，k＝1,2,3...，为kT时刻下的第i种介质温度的加权滑动平均值，物理单位为摄氏度，为(k-1)T时刻下的第i种介质温度的加权滑动平均值，物理单位为摄氏度，ti(k)为kT时刻下的第i种介质温度的瞬时值，物理单位为摄氏度，Li(k)为kT时刻下的第i种介质温度的加权滑动平均值的权重计算系数；νi(k)为kT时刻下的第i种介质的流量瞬时值，物理单位为m3/h，Vi(k)为当前操作周期开始至kT时刻内的第i种介质的流量累计值，物理单位为m3；
(3)当再次收到热风炉热效率计算使能信号时，即表示新的操作周期开始，输出上一步的结算结果并保持，直到再次收到计算使能信号触发模块输出的上升沿脉冲信号；
(4)重复(2)～(3)步，即可实现当一个操作周期结束时，立即输出该周期内的热风温度、冷风温度、助燃空气以及煤气的温度加权滑动平均值。
6.根据权利要求4所述的一种高炉热风炉热效率实时监测系统，其特征在于：所述热风炉热效率计算模块的输入部分包括热风炉热效率计算使能信号，前一个完整操作周期的冷风、助燃空气和煤气的累计流量，前一个完整操作周期内的热风温度，冷风温度，助燃空气温度和煤气温度的加权滑动平均值；
输出部分为前一个完整操作周期内的热风炉系统热效率。
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