CN107166966B - 高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉冷却壁循环冷却水系统和装置，通过获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布；根据获取的换热总功率分布，确定合理可接受的高炉冷却壁换热总功率分布区间；在确定的高炉冷却壁换热总功率分布区间内，计算出水泵和风机在各工况组合下的组合总功耗；从计算出的组合总功耗中，寻找出组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点；根据寻找出的最佳组合点，将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点。本发明提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法及装置，将整个循环冷却水系统视为一个有机的整体，使得流量供给和温度值更为合理，达到减少水耗和节约能源的目的。

Description

高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法及装置

技术领域

本发明涉及高炉冷却领域，特别地，涉及一种高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法及装置。

背景技术

高炉是炼铁厂最为核心的工艺设备，高炉的安全、稳定和经济运行水平是炼铁厂技术管理能力最重要的体现。高炉装备有循环冷却水系统用于冷却炉壁，保护炉壁不被高温破坏。为提供所需要的流量和温度，高炉冷却壁循环冷却水系统运行中消耗了大量的能量，这些消耗来源于循环冷却水系统的水泵和风机。高炉的冷却壁的冷却是循环水和冷却壁内部管壁的对流换热过程，其总的冷却效果体现为换热总功率。一般地，为提高换热总功率需要增加水泵和风机的流量供给，从而造成系统能耗的增加。因此，提高换热总功率和降低系统能耗在一定程度上体现为技术矛盾，再加上高炉结构和运行工艺的复杂性，现有的公知的技术手段中未能提供高炉冷却壁循环水系统节能的满意方法。

因此，对于高炉冷却壁循环水系统的节能，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法及装置，以解决高炉冷却壁循环水系统能耗大的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉、用于存储冷水的冷水池、用于将冷水池中存储的冷水泵入高炉中进行换热的多个水泵、用于对高炉换热后的水进行冷却并返回给冷水池的多个冷却塔、依次设置于冷水池、高炉和冷却塔之间用于循环导流的循环冷却水母管、以及与多个冷却塔对应设置用于对送至多个冷却塔的水进行冷却的多个风机，高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法包括步骤：

获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布；

根据获取的换热总功率分布，确定合理可接受的高炉冷却壁换热总功率分布区间；

在确定的高炉冷却壁换热总功率分布区间内，计算出水泵和风机在各工况组合下的组合总功耗；

从计算出的组合总功耗中，寻找出组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点；

根据寻找出的最佳组合点，将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点。

进一步地，获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布的步骤包括：

获取各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系；

根据获取的各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率，进而得到换热总功率分布。

进一步地，各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率等于各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水出入口温差和循环水比热三者的乘积。

进一步地，各工况组合包括循环水流量工况和循环水出入口温差工况，水泵和风机在各工况组合下的组合总功耗为水泵和风机在循环水流量工况和循环水出入口温差工况这两个维度的工况组合下高炉冷却壁循环冷却水系统内所有水泵和所有风机的功耗的代数和。

进一步地，最佳组合点包括水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度中二者或多者的组合。

进一步地，根据寻找出的最佳组合点，将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点的步骤包括：

使用调节手段将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点，调节手段包括控制水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度。

本发明还提供一种高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉、用于存储冷水的冷水池、用于将冷水池中存储的冷水泵入高炉中进行换热的多个水泵、用于对高炉换热后的水进行冷却并返回给冷水池的多个冷却塔、依次设置于冷水池、高炉和冷却塔之间用于循环导流的循环冷却水母管、以及与多个冷却塔对应设置用于对送至多个冷却塔的水进行冷却的多个风机，高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置包括：

获取模块，用于获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布；

确定模块，用于根据获取的换热总功率分布，确定合理可接受的高炉冷却壁换热总功率分布区间；

计算模块，用于在确定的高炉冷却壁换热总功率分布区间内，计算出水泵和风机在各工况组合下的组合总功耗；

搜索模块，用于从计算出的组合总功耗中，寻找出组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点；

调节模块，用于根据寻找出的最佳组合点，将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点。

进一步地，获取模块包括获取单元和计算单元，

获取单元，用于获取各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系；

计算单元，用于根据获取的各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率。

进一步地，调节模块包括控制单元，

控制单元，用于使用调节手段将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点，调节手段包括控制水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度。

进一步地，高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置包括可编程逻辑控制器，

可编程逻辑控制器，用于控制变频器对水泵的配套电机转速和风机的配套电机转速进行变频调速。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法及装置，根据高炉冷却壁循环冷却水系统的大量历史监测数据，将整个高炉冷却壁视为一个由需求侧和供给侧组成的总系统进行研究，通过监测的循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度数据，确定高炉冷却壁换热总功率分布；根据高炉实际炉况获得需求侧合理可接受的循环冷却水系统换热总功率的分布区间，并计算各工况点下供给侧的水泵和风机总功耗；最后在满足需求侧总换热功率的前提下获得系统能耗最低的供给侧工艺参数组合，使高炉冷却壁循环水系统达到最优的节能效果。本发明提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法及装置，节能效果好、自动化程度高。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法第一优选实施例的流程示意图；

图2是本发明高炉冷却壁循环冷却水系统优选实施例的结构框图；

图3是本发明高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法中高炉冷却壁循环冷却水系统的分布图；

图4是图1中获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布的步骤的细化流程示意图；

图5是本发明高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法第二优选实施例的流程示意图；

图6是本发明高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置优选实施例的功能框图；

图7是图6中获取模块的功能模块示意图；

图8是图6中调节模块的功能模块示意图。

附图标号说明：

10、冷水池；20、高炉；30、冷却塔；40、循环冷却水母管；50、水泵；60、风机；71、获取模块；72、确定模块；73、计算模块；74、搜索模块；75、调节模块；711、获取单元；712、计算单元；751、控制单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，如图2所示，高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉20、用于存储冷水的冷水池10、用于将冷水池10中存储的冷水泵入高炉20中进行换热的多个水泵50、用于对高炉20换热后的水进行冷却并返回给冷水池10的多个冷却塔30、依次设置于冷水池10、高炉20和冷却塔30之间用于循环导流的循环冷却水母管40、以及与多个冷却塔30对应设置用于对送至多个冷却塔30的水进行冷却的多个风机60，高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法包括步骤：

步骤S100、获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布。

统计高炉冷却壁循环冷却水系统的运行数据，将整个高炉冷却壁视为一个由需求侧和供给侧组成的总系统进行研究。通过监测母管循环水流量、循环水出入口温差数据和循环水比热，获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布。如图3所示，应用本发明实施例获得了高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布。其中，横坐标表示入口循环水流量3000～4500m³/h，纵坐标为入口循环水温度30～45℃，换热总功率从左边区域到右边区域不断升高10～25MW。

步骤S200、根据获取的换热总功率分布，确定合理可接受的高炉冷却壁换热总功率分布区间。

根据获取的换热总功率分布及实际炉况，确定需求侧合理可接受的高炉冷却壁换热总功率分布区间。在本实施例中，从需求侧出发，给出当前的生产负荷、操作工艺、炉况和管理水平下的需求侧可接收域，并预测可接受域的移动方向，如图3所示。

步骤S300、在确定的高炉冷却壁换热总功率分布区间内，计算出水泵和风机在各工况组合下的组合总功耗。

在确定的高炉冷却壁换热总功率分布区间内，计算各工况组合下供给侧的水泵和风机总功率。各工况组合包括循环水流量工况和循环水出入口温差工况，水泵和风机在各工况组合下的组合总功耗为水泵和风机在循环水流量工况和循环水出入口温差工况这两个维度的工况组合下高炉冷却壁循环冷却水系统内所有水泵和所有风机的功耗的代数和。

步骤S400、从计算出的组合总功耗中，寻找出组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点。

从计算出的各工况组合下供给侧的水泵和风机总功率中，寻找出组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点。最佳组合点包括水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和组风机的叶片安放角度中二者或多者的组合。

步骤S500、根据寻找出的最佳组合点，将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点。

根据寻找出的组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点，将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点。例如，在满足需求侧总换热功率的前提下获取系统能耗的供给侧工艺参数组合，使高炉冷却壁循环水系统达到最优的节能效果。具体地，请见图3，通过短期内的强化供给(如加大流量和降低温度，加大流量和维持温度，维持流量和降低温度)，扩大常态化下的需求侧可接收域，起到短期内耗能、长期内节能的有益效果。对该原理的应用逻辑应当结合具体的数据来开发，但早期可以先建立起部分规则，譬如充分利用大气环境和工艺班次的变化来调整供给，使之在“过需求”和“欠需求”之间循环。请见图2，可通过配置水泵和风机的开启台数来达到统总能耗降低。例如，当前需求侧所处的点为“大流量、高温度”时，则供给侧配置为开启3台水泵、2台冷却塔风机；经优化后，需求侧所处的点移动至“小流量、低温度”时，则供给侧配置为开启2台水泵、3台冷却塔风机，系统总能耗降低。又譬如，在清晨大气温度和湿度都比较低的情况下，加大冷却塔的制冷，提高的风机功耗；但充分利用了这段时间的优势降低了循环水温度，这为白天冷却水的流量降低打下了基础，反而使得全天的总功耗降低。

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，根据高炉冷却壁循环冷却水系统的大量历史监测数据，将整个高炉冷却壁视为一个由需求侧和供给侧组成的总系统进行研究，通过监测的循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度数据，确定高炉冷却壁换热总功率分布；根据高炉实际炉况获得需求侧合理可接受的循环冷却水系统换热总功率的分布区间，并计算各工况点下供给侧的水泵和风机总功耗；最后在满足需求侧总换热功率的前提下获得系统能耗最低的供给侧工艺参数组合，使高炉冷却壁循环水系统达到最优的节能效果。本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，节能效果好、自动化程度高。

如图4所示，本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，步骤100包括：

步骤110、获取各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系。

对于高炉而言，通过长时间大量数据的采集，可以获取循环水流量、循环水入口温度和高炉冷却壁换热总功率之间的关系，请见图3。图3中横坐标为循环水流量，纵坐标为循环水温度，从左到右的各个划分区域为高炉冷却壁换热总功率。从左到右的各个划分区域代表高炉冷却壁换热总功率逐渐升高，流量越大、温度越低则散热功率越高。图中虚线围成的区域代表当前工艺上可接受的范围，参考点是调度给定的参考组合，当前点则是供给侧实际提供的参数组合。图2中的流量和温度，是供给侧的水泵和冷却塔所提供的。对图2中的每一个点，对应着一组或多组供给侧操作配置，而每一组操作配置也对应着一个高炉冷却壁换热总功率，即：供给参数(循环水流量、高炉入口水温)～操作变量(水泵开启数、母管阀门开度、冷却塔上塔阀门开度、风机开启数、环境干湿球温度)～高炉冷却壁换热总功率。

高炉冷却壁循环冷却水系统节能的实现手段，从理想化稳态情况下的角度来阐述，主要就是为满足需求侧的流量和水温点，给出所有可能的供给侧操作配置组合，同时求出每种配置组合所消耗的高炉冷却壁换热总功率，最后求出高炉冷却壁换热总功率最低点所对应的供给侧操作配置，并发出调度指令调节至该最优配置组合。而对实际的瞬态过程而言，高炉冷却壁循环冷却水系统能效最优还包括整体时间段内的最优，允许在合适的时间段内“欠需求”或“过需求”供给。

步骤120、根据获取的各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率，进而得到换热总功率分布。

根据获取的各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率，各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率计算公式如下所示：

高炉冷却壁换热总功率＝循环水比热*循环水流量*循环水出入口温差 (1)

循环水出入口温差＝循环水出口温度—循环水入口温度 (2)

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，通过获取各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系；根据获取的各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率。本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，通过获取的循环水流量和循环水入口温度，即可计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率，进而得到换热总功率分布，以方便节能控制，获得更佳的管控效果。

如图5所示，本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，步骤S500包括：

S510、根据寻找出的最佳组合点，使用调节手段将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点，其中，调节手段包括控制水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度。

根据寻找出的组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点，使用调节手段将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点，其中，调节手段包括控制水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度。在本实施例中，可采用PLC(可编程逻辑控制器)控制变频器对水泵的配套电机转速和风机的配套电机转速进行变频调速。

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，根据寻找出的最佳组合点，使用调节手段将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点，在满足需求侧高炉冷却壁换热总功率的前提下获得系统能耗最低的供给侧工艺参数组合，使高炉冷却壁循环水系统达到最优的节能效果。

如图6所示，本发明还提供一种高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，请见图2，高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉20、用于存储冷水的冷水池10、用于将冷水池10中存储的冷水泵入高炉20中进行换热的多个水泵50、用于对高炉20换热后的水进行冷却并返回给冷水池10的多个冷却塔30、依次设置于冷水池10、高炉20和冷却塔30之间用于循环导流的循环冷却水母管40、以及与多个冷却塔30对应设置用于对送至多个冷却塔30的水进行冷却的多个风机60，高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置包括：获取模块71，用于获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布；确定模块72，用于根据获取的换热总功率分布，确定合理可接受的高炉冷却壁换热总功率分布区间；计算模块73，用于在确定的高炉冷却壁换热总功率分布区间内，计算出水泵和风机在各工况组合下的组合总功耗；搜索模块74，用于从计算出的组合总功耗中，寻找出组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点；调节模块75，用于根据寻找出的最佳组合点，将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点。

获取模块71统计高炉冷却壁循环冷却水系统的运行数据，将整个高炉冷却壁视为一个由需求侧和供给侧组成的总系统进行研究。通过监测母管循环水流量、循环水出入口温差数据和循环水比热，获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布。如图3所示，应用本发明实施例获得了高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布。其中，横坐标表示入口循环水流量3000～4500m³/h，纵坐标为入口循环水温度30～45℃，换热总功率从左边区域到右边区域不断升高10～25MW。

确定模块72根据获取的换热总功率分布及实际炉况，确定需求侧合理可接受的高炉冷却壁换热总功率分布区间。在本实施例中，从需求侧出发，给出当前的生产负荷、操作工艺、炉况和管理水平下的需求侧可接收域，并预测可接受域的移动方向，如图3所示。

计算模块73在确定的高炉冷却壁换热总功率分布区间内，计算各工况组合下供给侧的水泵和风机总功率。各工况组合包括循环水流量工况和循环水出入口温差工况，水泵和风机在各工况组合下的组合总功耗为水泵和风机在循环水流量工况和循环水出入口温差工况这两个维度的工况组合下高炉冷却壁循环冷却水系统内所有水泵和所有风机的功耗的代数和。

搜索模块74从计算出的各工况组合下供给侧的水泵和风机总功率中，寻找出组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点。最佳组合点包括水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和组风机的叶片安放角度中二者或多者的组合。

调节模块75根据寻找出的组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点，将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点。例如，在满足需求侧总换热功率的前提下获取系统能耗的供给侧工艺参数组合，使高炉冷却壁循环水系统达到最优的节能效果。具体地，请见图3，通过短期内的强化供给(如加大流量和降低温度，加大流量和维持温度，维持流量和降低温度)，扩大常态化下的需求侧可接收域，起到短期内耗能、长期内节能的有益效果。对该原理的应用逻辑应当结合具体的数据来开发，但早期可以先建立起部分规则，譬如充分利用大气环境和工艺班次的变化来调整供给，使之在“过需求”和“欠需求”之间循环。请见图2，可通过配置水泵和风机的开启台数来达到统总能耗降低。例如，当前需求侧所处的点为“大流量、高温度”时，则供给侧配置为开启3台水泵、2台冷却塔风机；经优化后，需求侧所处的点移动至“小流量、低温度”时，则供给侧配置为开启2台水泵、3台冷却塔风机，系统总能耗降低。又譬如，在清晨大气温度和湿度都比较低的情况下，加大冷却塔的制冷，提高的风机功耗；但充分利用了这段时间的优势降低了循环水温度，这为白天冷却水的流量降低打下了基础，反而使得全天的总功耗降低。

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，根据高炉冷却壁循环冷却水系统的大量历史监测数据，将整个高炉冷却壁视为一个由需求侧和供给侧组成的总系统进行研究，通过监测的循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度数据，确定高炉冷却壁换热总功率分布；根据高炉实际炉况获得需求侧合理可接受的循环冷却水系统换热总功率的分布区间，并计算各工况点下供给侧的水泵和风机总功耗；最后在满足需求侧总换热功率的前提下获得系统能耗最低的供给侧工艺参数组合，使高炉冷却壁循环水系统达到最优的节能效果。本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，节能效果好、自动化程度高。

如图7所示，本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，获取模块71包括获取单元711和计算单元712，获取单元711，用于获取各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系；计算单元712，用于根据获取的各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率，进而得到换热总功率分布。

获取单元711采集高炉冷却壁循环冷却水系统的运行数据，获取循环水流量、循环水入口温度和高炉冷却壁换热总功率之间的关系，请见图3。图3中横坐标为循环水流量，纵坐标为循环水温度，从左到右的各个划分区域为高炉冷却壁换热总功率。从左到右的各个划分区域代表高炉冷却壁换热总功率逐渐升高，流量越大、温度越低则散热功率越高。图中虚线围成的区域代表当前工艺上可接受的范围，参考点是调度给定的参考组合，当前点则是供给侧实际提供的参数组合。图2中的流量和温度，是供给侧的水泵和冷却塔所提供的。对图2中的每一个点，对应着一组或多组供给侧操作配置，而每一组操作配置也对应着一个高炉冷却壁换热总功率，即：供给参数(循环水流量、高炉入口水温)～操作变量(水泵开启数、母管阀门开度、冷却塔上塔阀门开度、风机开启数、环境干湿球温度)～高炉冷却壁换热总功率。

高炉冷却壁循环冷却水系统节能的实现手段，从理想化稳态情况下的角度来阐述，主要就是为满足需求侧的流量和水温点，给出所有可能的供给侧操作配置组合，同时求出每种配置组合所消耗的高炉冷却壁换热总功率，最后求出高炉冷却壁换热总功率最低点所对应的供给侧操作配置，并发出调度指令调节至该最优配置组合。而对实际的瞬态过程而言，高炉冷却壁循环冷却水系统能效最优还包括整体时间段内的最优，允许在合适的时间段内“欠需求”或“过需求”供给。

计算单元712根据获取的各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率，进而得到换热总功率分布。

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，通过获取各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系；根据获取的各段循环冷却水母管中的循环水流量、循环水入口温度与高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率。本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，通过获取的循环水流量和循环水入口温度，即可计算出各段循环冷却水母管中的高炉冷却壁换热总功率，进而得到换热总功率分布，以方便节能控制，获得更佳的管控效果。

如图8所示，本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，调节模块75包括控制单元751，控制单元751，用于使用调节手段将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点，调节手段包括控制水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度。

控制单元751根据寻找出的组合总功耗最低时水泵和风机输出的最佳组合点，使用调节手段将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点，其中，调节手段包括控制水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度。在本实施例中，高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置可采用PLC(可编程逻辑控制器)，可通过PLC控制变频器对水泵的配套电机转速和风机的配套电机转速进行变频调速。

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，根据寻找出的最佳组合点，使用调节手段将水泵和风机的输出流量供给调节至最佳组合点，在满足需求侧高炉冷却壁换热总功率的前提下获得系统能耗最低的供给侧工艺参数组合，使高炉冷却壁循环水系统达到最优的节能效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，其特征在于，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，所述高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉(20)、用于存储冷水的冷水池(10)、用于将所述冷水池(10)中存储的所述冷水泵入所述高炉(20)中进行换热的多个水泵(50)、用于对所述高炉(20)换热后的水进行冷却并返回给所述冷水池(10)的多个冷却塔(30)、依次设置于所述冷水池(10)、所述高炉(20)和所述冷却塔(30)之间用于循环导流的循环冷却水母管(40)、以及与所述多个冷却塔(30)对应设置用于对送至所述多个冷却塔(30)的水进行冷却的多个风机(60)，所述高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法包括步骤：

统计高炉冷却壁循环冷却水系统的运行数据，将整个高炉冷却壁视为一个由需求侧和供给侧组成的总系统进行研究，通过监测母管循环水流量、循环水出入口温差数据和循环水比热，获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布；

所述获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布的步骤包括：

通过长时间大量数据的采集，获取循环水流量、循环水入口温度和高炉冷却壁换热总功率之间的关系；

根据获取的各段所述循环冷却水母管中的所述循环水流量、所述循环水入口温度与所述高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段所述循环冷却水母管中的所述高炉冷却壁换热总功率，进而得到所述换热总功率分布；

根据获取的所述换热总功率分布，确定合理可接受的高炉冷却壁换热总功率分布区间；

在确定的所述高炉冷却壁换热总功率分布区间内，计算出所述水泵和所述风机在各工况组合下的组合总功耗；

从计算出的所述组合总功耗中，寻找出所述组合总功耗最低时所述水泵和所述风机输出的最佳组合点，最佳组合点包括水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和组风机的叶片安放角度中二者或多者的组合；

根据寻找出的所述最佳组合点，将所述水泵和所述风机的输出流量供给调节至所述最佳组合点。

2.根据权利要求1所述的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，其特征在于，

所述各段所述循环冷却水母管中的所述高炉冷却壁换热总功率等于所述各段所述循环冷却水母管中的所述循环水流量、循环水出入口温差和循环水比热三者的乘积。

3.根据权利要求1所述的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，其特征在于，

所述各工况组合包括循环水流量工况和循环水出入口温差工况，所述水泵和所述风机在各工况组合下的组合总功耗为所述水泵和所述风机在所述循环水流量工况和所述循环水出入口温差工况这两个维度的工况组合下所述高炉冷却壁循环冷却水系统内所有水泵和所有风机的功耗的代数和。

4.根据权利要求1所述的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，其特征在于，

所述最佳组合点包括水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度中的二者或多者的组合。

5.根据权利要求1所述的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制方法，其特征在于，

所述根据寻找出的所述最佳组合点，将所述水泵和所述风机的输出流量供给调节至所述最佳组合点的步骤包括：

使用调节手段将所述水泵和所述风机的输出流量供给调节至所述最佳组合点，所述调节手段包括控制水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度。

6.一种高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，其特征在于，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，所述高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉(20)、用于存储冷水的冷水池(10)、用于将所述冷水池(10)中存储的所述冷水泵入所述高炉(20)中进行换热的多个水泵(50)、用于对所述高炉(20)换热后的水进行冷却并返回给所述冷水池(10)的多个冷却塔(30)、依次设置于所述冷水池(10)、所述高炉(20)和所述冷却塔(30)之间用于循环导流的循环冷却水母管(40)、以及与所述多个冷却塔(30)对应设置用于对送至所述多个冷却塔(30)的水进行冷却的多个风机(60)，所述高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置包括：

获取模块(71)，用于统计高炉冷却壁循环冷却水系统的运行数据，将整个高炉冷却壁视为一个由需求侧和供给侧组成的总系统进行研究，通过监测母管循环水流量、循环水出入口温差数据和循环水比热，获取高炉冷却壁换热总功率随循环冷却水母管的循环水流量和循环水入口温度变化的换热总功率分布；

所述获取模块(71)包括获取单元(711)和计算单元(712)，

所述获取单元(711)，用于获取各段所述循环冷却水母管中的所述循环水流量、所述循环水入口温度与所述高炉冷却壁换热总功率之间的关系；

所述计算单元(712)，用于根据获取的各段所述循环冷却水母管中的所述循环水流量、所述循环水入口温度与所述高炉冷却壁换热总功率之间的关系，计算出各段所述循环冷却水母管中的所述高炉冷却壁换热总功率；

确定模块(72)，用于根据获取的所述换热总功率分布，确定合理可接受的高炉冷却壁换热总功率分布区间；

计算模块(73)，用于在确定的所述高炉冷却壁换热总功率分布区间内，计算出所述水泵和所述风机在各工况组合下的组合总功耗；

搜索模块(74)，用于从计算出的所述组合总功耗中，寻找出所述组合总功耗最低时所述水泵和所述风机输出的最佳组合点，最佳组合点包括水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和组风机的叶片安放角度中二者或多者的组合；

调节模块(75)，用于根据寻找出的所述最佳组合点，将所述水泵和所述风机的输出流量供给调节至所述最佳组合点。

7.根据权利要求6所述的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，其特征在于，

所述调节模块(75)包括控制单元(751)，

所述控制单元(751)，用于使用调节手段将所述水泵和所述风机的输出流量供给调节至所述最佳组合点，所述调节手段包括控制水泵的阀门开度、水泵的配套电机转速、水泵的启停状态、风机的配套电机转速和风机的叶片安放角度。

8.根据权利要求7所述的高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置，其特征在于，

所述高炉冷却壁循环冷却水系统的优化节能控制装置包括可编程逻辑控制器，

所述可编程逻辑控制器，用于控制变频器对所述水泵的配套电机转速和所述风机的配套电机转速进行变频调速。