CN112176135B - 一种基于高炉能效分析的优化节能方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于高炉能效分析的优化节能方法及系统，所述方法具体包括以下步骤：S1：实时监测并采集高炉生产系统运行设备在不同批次生铁生产过程中的生产参数，计算对应的经济指标；S2：对同一批次生铁生产过程中不同时刻的生产参数取均值，生产参数均值与对应批次的经济指标作为一组数据存储；S3：根据不同批次生铁生产过程中，生产参数均值与经济指标对应关系，计算拟合生产参数与经济指标之间的函数关系式；S4：根据采集到的生产参数区间，带入函数关系式求取经济指标最小值；S5：将经济指标最小值在一定区间范围内的取值带入函数关系式得到生产参数区间，调整生产。通过生产参数确定高炉生产经济指标区间，指导生产以达到节约成本的效果。
Description
技术领域
本发明涉及能源管理和节能技术领域，特别是涉及一种基于高炉能效分析的优化节能方法及系统。
背景技术
目前，国际、国内的经济环境和钢铁行业产能过剩的现状，给钢铁行业各企业的生存发展带来了巨大的压力。节能降耗是企业的经济效益最大化和竞争力不断增强的有效手段。钢铁行业对一次能源的消耗主要以煤炭、石油、天然气、一次电力为主，其中煤炭消耗比例维持在70％左右，而钢铁企业中煤炭的消耗主要集中在炼铁高炉。
高炉节能的措施一是增加廉价的热源，二是降低热消耗或者减少热损失。高炉节能的途径和方向，主要是以顺行为基础，以低热消耗或减少热损失为手段。增加廉价的热源主要有提高热风温度和提高煤比两个方向。高炉内热量来源于两方面，一是风口前碳素燃烧放出的化学热，二是热风带入的物理热，后者增加，前者则减少，焦比即可降低。提高煤比和提高置换比，可以降低焦比，利用焦炭和煤的差价获得经济效益。提高煤比主要措施有提高热风温度、进行富氧鼓风和进行脱湿鼓风。降低热消耗或者减少热损失主要有如下几个方向：控制焦炭质量、精料技术、富氧鼓风、提高炉顶压力和降低风耗等。因此高炉节能主要关注热风温度、炉顶压力、富氧率、鼓风湿度等较易控制的参数。
许多钢铁企业高炉生产中对风压、风温、风量、喷煤量、炉顶压力、焦炭指标和原料结构等基础参数进行监测，继而计算利用系数、焦比、煤比、燃料比、富氧率等技术经济指标。通过对每批次、每月的指标数据是否达标作为高炉经济分析的依据。以指标完成情况作为依据对高炉生产进行管控指导，缺乏精细化管理和有效地生产控制。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提出了一种基于高炉能效分析的优化节能方法及系统，解决现有高炉生产缺乏精细化管理，生产控制效率低、成本高的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于高炉能效分析的优化节能方法，具体包括以下步骤：
S1：实时监测并采集高炉生产系统运行设备在不同批次生铁生产过程中的生产参数，计算对应的经济指标；
S2：对同一批次生铁生产过程中不同时刻的生产参数取均值，生产参数均值与对应批次的经济指标作为一组数据存储，以此得到各不同批次生铁生产参数均值与经济指标对应关系；
S3：根据S2中的不同批次生铁生产过程中，生产参数均值与经济指标对应关系，计算拟合生产参数与经济指标之间的函数关系式；
S4：根据S1中采集到的生产参数区间，带入函数关系式求取经济指标最小值；
S5：将经济指标最小值在一定区间范围内的取值带入函数关系式，计算得到对应的生产参数区间即为高炉生产参数最佳区间，反馈调整高炉生产系统运行设备的生产。
进一步的，S1中所述生产参数包括有高炉热风温度、炉顶压力、富氧率、鼓风湿度、生铁产量、喷煤量、焦炭用量；经济指标包括喷煤比、焦比，根据生铁产量、喷煤量计算得到喷煤比，根据生铁产量、焦炭用量计算得到焦比。
进一步的，S3中计算生产参数与经济指标之间的函数关系式的具体过程包括：
S31：选取高炉热风温度、炉顶压力、富氧率、鼓风湿度中的一个生产参数作为自变量x，对应批次的喷煤比或焦比中的一个作为因变量y，y＝f(x)，不同批次生铁生产参数x1、x2、x3…xn分别对应函数值y1、y2、y3、…yn；
S32：构建多项式ρ(x)＝a0+a1x+a2x2+…+akxk使得：
两边对ai(其中i＝0、1、2…k)求偏导，得到k+1个等式：
…
整理上述k+1个等式得到：
整理即得矩阵：
求得a0、a1、a2、a3…ak，即求得拟合函数关系y＝a0+a1x+a2x2+…+akxk；
S33：重复上述S31-S32，得到其它的生产参数与经济指标之间的函数关系。
一种基于高炉能效分析的优化节能系统，包括
监测设备，设于高炉生产系统运行设备上，实时监测并采集高炉生产系统运行设备在不同批次生铁生产过程中的生产参数；
中央处理器，根据采集的到的生产参数，计算对应的经济指标，构建计算拟合生产参数与经济指标之间的函数关系，根据采集到的生产参数区间，带入函数关系式求取经济指标最小值，将经济指标最小值在一定区间范围内的取值带入函数关系式，计算得到对应的生产参数区间输出至数据库服务器，同时调整高炉生产系统运行设备的生产；
数据库服务器，接收中央处理器传输过来的生产参数并进行存储。
进一步的，所述中央处理器与数据库服务器之间通过GPRS、RS485或ZIGBEE通信连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提出的一种基于高炉能效分析的优化节能方法及系统，通过高炉生产实时数据对高炉经济性数据进行实时监测，掌握生产中各生产参数是否处于高炉生产最佳区间；通过长期地数据积累，对企业的各高炉结合其实际的生产状态及管理水平，分析热风温度、炉顶压力、富氧率等参数对燃料比、焦比、煤比的影响，判断生产最佳区间，指导生产以达到节约成本的效果。
附图说明
图1为本发明实施例所述一种基于高炉能效分析的优化节能系统的结构示意图；
图2为本发明实施例所述一种基于高炉能效分析的优化节能方法的流程示意图。
具体实施方式
展示一下实例来具体说明本发明的某些实施例，且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本发明的精神和范围之内。
如图1所示，一种基于高炉能效分析的优化节能系统，包括
监测设备，设于高炉生产系统运行设备上，实时监测并采集高炉生产系统运行设备在不同批次生铁生产过程中的生产参数；
中央处理器，根据采集的到的生产参数，计算对应的经济指标，构建计算拟合生产参数与经济指标之间的函数关系，根据采集到的生产参数区间，带入函数关系式求取经济指标最小值，将经济指标最小值在一定区间范围内的取值带入函数关系式，计算得到对应的生产参数区间输出至数据库服务器，同时反馈调节高炉生产系统运行设备的生产；
数据库服务器，接收中央处理器传输过来的生产参数并进行存储，所述中央处理器与数据库服务器之间通过GPRS、RS485或ZIGBEE通信连接。
如图2所示，一种基于高炉能效分析的优化节能方法，具体包括以下步骤：
S1：实时监测并采集高炉生产系统运行设备在不同批次生铁生产过程中的生产参数，计算对应的经济指标。
高炉生产过程中的生产参数包括有高炉热风温度、炉顶压力、富氧率、鼓风湿度、生铁产量、喷煤量、焦炭用量；经济指标包括喷煤比(喷煤比＝喷煤量/生铁产量)、焦比(焦比＝焦炭用量/生铁产量)。
S2：对同一批次生铁生产过程中不同时刻的生产参数(高炉热风温度、炉顶压力、富氧率、鼓风湿度等参数)取均值(该批次生铁入炉至出炉时段内累计均值)，生产参数均值与对应批次的经济指标(喷煤比、焦比)作为一组数据存储于数据库服务器中，以此得到各不同批次生铁生产参数均值与经济指标对应关系。
S3：根据S2中的不同批次生铁生产过程中，生产参数均值与经济指标对应关系，计算拟合生产参数与经济指标之间的函数关系式，具体步骤包括：
S31：选取高炉热风温度、炉顶压力、富氧率、鼓风湿度中的一个生产参数作为自变量x，对应批次的喷煤比或焦比中的一个作为因变量y，y＝f(x)，不同批次生铁生产参数x1、x2、x3…xn分别对应函数值y1、y2、y3、…yn；
S32：构建多项式ρ(x)＝a0+a1x+a2x2+…+akxk使得：
两边对ai(其中i＝0、1、2…k)求偏导，得到k+1个等式：
…
整理上述k+1个等式得到：
整理即得矩阵：
求得a0、a1、a2、a3…ak，即求得拟合函数关系y＝a0+a1x+a2x2+…+akxk；
S33：重复上述S31-S32，得到其它的生产参数与经济指标之间的函数关系。
S4：根据S1中采集到的不同批次生产参数及S2中计算得到的生产参数均值，确定生产
参数自变量的最大值与最小值区间(xmin，xmax)，在生产参数区间内，根据函数关系式求取经济指标因变量y的最小值；
S5：将经济指标最小值在±5％区间范围内的取值带入函数关系式，计算得到对应的生产参数区间即为高炉生产参数最佳区间，反馈调整高炉生产系统运行设备的生产。将拟合函数、自变量x取值区间显示于中央处理器显示器中，便于用户查看。
通过实时监测高炉生产数据，不断地收集实际生产参数存储于数据库中，为多项式拟合提供更多的基础数据对xi，yi，使得拟合函数结果更准确，参照拟合后高炉生产参数取值区间调整高炉生产过程，使高炉喷煤比或焦比不断降低。以数据拟合与实时监测形成闭环，对高炉能效结合其实际工况不断重复前述过程(实际生产数据作为基础数据对，函数拟合后获取y较小时x的值用于指导生产，再作为基础数据对，循环此过程)获取拟合函数中自变量x(生产参数)的取值，以便生产中达到高炉能效最低的效果，最大程度降低生产成本，通过自优化的方式使高炉生产参数与自身状态紧密结合，保证最优生产。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于高炉能效分析的优化节能方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：实时监测并采集高炉生产系统运行设备在不同批次生铁生产过程中的生产参数，计算对应的经济指标；
S2：对同一批次生铁生产过程中不同时刻的生产参数取均值，生产参数均值与对应批次的经济指标作为一组数据存储，以此得到各不同批次生铁生产参数均值与经济指标对应关系；
S3：根据S2中的不同批次生铁生产过程中，生产参数均值与经济指标对应关系，计算拟合生产参数与经济指标之间的函数关系式；
S4：根据S1中采集到的生产参数区间，带入函数关系式求取经济指标最小值；
S5：将经济指标最小值在一定区间范围内的取值带入函数关系式，计算得到对应的生产参数区间即为高炉生产参数最佳区间，反馈调整高炉生产系统运行设备的生产；
S1中所述生产参数包括有高炉热风温度、炉顶压力、富氧率、鼓风湿度、生铁产量、喷煤量、焦炭用量；经济指标包括喷煤比、焦比，根据生铁产量、喷煤量计算得到喷煤比，根据生铁产量、焦炭用量计算得到焦比；
S3中计算生产参数与经济指标之间的函数关系式的具体过程包括：
S31：选取高炉热风温度、炉顶压力、富氧率、鼓风湿度中的一个生产参数作为自变量x，对应批次的喷煤比或焦比中的一个作为因变量y，y＝f(x)，不同批次生铁生产参数x1、x2、x3…xn分别对应函数值y1、y2、y3、…yn；
S32：构建多项式ρ(x)＝a0+a1x+a2x2+…+akxk使得：
两边对ai(其中i＝0、1、2…k)求偏导，得到k+1个等式：
…
整理上述k+1个等式得到：
整理即得矩阵：
求得a0、a1、a2、a3…ak，即求得拟合函数关系y＝a0+a1x+a2x2+…+akxk；
S33：重复上述S31-S32，得到其它的生产参数与经济指标之间的函数关系。
2.一种运行权利要求1所述的基于高炉能效分析的优化节能方法的系统，其特征在于，包括
监测设备，设于高炉生产系统运行设备上，实时监测并采集高炉生产系统运行设备在不同批次生铁生产过程中的生产参数；
中央处理器，根据采集的到的生产参数，计算对应的经济指标，构建计算拟合生产参数与经济指标之间的函数关系，根据采集到的生产参数区间，带入函数关系式求取经济指标最小值，将经济指标最小值在一定区间范围内的取值带入函数关系式，计算得到对应的生产参数区间输出至数据库服务器，同时反馈调节高炉生产系统运行设备的生产；
数据库服务器，接收中央处理器传输过来的生产参数并进行存储。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述中央处理器与数据库服务器之间通过GPRS、RS485或ZIGBEE通信连接。
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