CN112989570B - 一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法，该方法包括以下步骤：步骤一，统计单位时间内入炉的鼓风量、加湿量、煤粉的燃烧量，并依据大数据分析与回归的方法，统计出不同燃料比下渗碳反应消耗的碳量和进入除尘灰中的碳量；步骤二，通过单位时间下料速度计算出单位时间内燃烧的碳量；步骤三，确定工况下炉顶煤气量的生成量。通过上述方式，本发明实现了能够测算、并准确反应实时炉况下高炉的炉顶煤气量，为计算炉顶煤气流速提供条件，为高炉操作分析提供准确数据，指导高炉操作，为不同工况下高炉煤气平衡的组织提供了依据；为高炉直接还原度、RIST操作线、全炉物料平衡等关键生产参数平衡计算提供准确数据。

Description

一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金高炉技术领域，具体涉及一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法。

背景技术

高炉炉顶煤气测量一直是高炉生产中的一个难点，传统的计算方法是利用N2平衡计算炉顶煤气量，受限于炉顶煤气成分测量的不准确性，通过传统计算得到的值不准确，而TRT入口煤气量测量值波动非常大，与实际情况不符，无法满足实际生产条件，即使国外公司开发的高炉专家系统，也只是利用N2平衡计算炉顶煤气量因此，目前国内高炉大多没有炉顶煤气量的在线计算。

由于现代高炉装备水平不断提高，测控设备的可靠性与精度也大幅提升，入炉风量、氧量、加湿量、原料成分、冷却用N₂等能准确的计量，为炉顶煤气量计算提供了条件。

高炉在不同送风参数(风量、氧量、加湿量等不同)下炉顶煤气量不同，即使送风参数一致，由于燃料比不一致，炉顶煤气量的大小也不相同。

目前工况下高炉炉顶煤气量的测算主要是依据送风参数和炉顶煤气分析仪，通过送风参数计算出进入高炉内的氮气量，由炉顶煤气分析仪得到炉顶煤气的氮气含量，因为氮气在炉内总量不变，由进入炉内的氮气总量除以炉顶煤气的氮气含量就可计算出炉顶煤气总量，但是该方法计算出的炉顶煤气总量小于实际值，主要是因为炉顶煤气中含有水分，而炉顶煤气分析仪分析的炉顶煤气为干煤气，不含水分。因此传统炉顶煤气计算方法不能准确反映出实时工况下的炉顶煤气量的真实水平，无法给高炉关键参数计算、操作、高炉煤气平衡提供准确的依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准确计算、反映高炉工况下的炉顶煤气量的一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法。

为实现上述目的，本发明的一种于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法的具体技术方案为：

一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法，包括以下步骤：

步骤一，统计单位时间内入炉的鼓风量、加湿量、煤粉的燃烧量，并依据大数据分析与回归的方法，统计出不同燃料比下渗碳反应消耗的碳量和进入除尘灰中的碳量；

步骤二，通过单位时间下料速度计算出单位时间内燃烧的碳量；

步骤三，确定工况下炉顶煤气量的生成量。

进一步，在步骤一中，采集当前高炉工况下入炉风量、鼓风湿度、喷煤量、焦比、下料速度、灰量、灰成分、焦炭固定碳含量、煤粉固定碳含量的实时数据。

进一步，在步骤二中，通过入炉下料速度计算出单位时间内消耗的焦炭量，再利用一级采集得到的单位时间消耗的煤粉量，计算单位时间消耗的总碳料量和吨铁燃料比，并利用吨铁灰量和灰中含碳量得到单位时间进入除尘灰中的碳量。

进一步，在步骤一中：

M_焦炭＝料速×M_CR

C_总消耗＝M_焦炭×C_焦炭+M_煤粉×C_煤粉

C_灰中碳＝M_AR×C_AR

P_产量＝料速×批铁量

FR＝(M_焦炭+M_煤粉)÷P_产量

其中，C_总消耗：单位时间内总消耗碳量，单位kg/min；

M_CR：焦批，单位kg；

C_焦炭：焦炭固定碳含量，单位％；

M_焦炭：单位时间内消耗的焦炭量，单位kg；

C_煤粉：煤粉固定碳含量，单位％；

M_煤粉：单位时间消耗的煤粉量，单位kg；

M_AR：单位时间产生的除尘灰量，单位kg；

C_AR：除尘灰含碳量，单位％；

C_灰中碳：单位时间进入除尘灰中的碳量，单位kg/min；

P_产量：单位时间产量，单位t/min；

FR：吨铁燃料比，生产一吨铁消耗的燃料量，单位kg。

进一步，通过大数据分析及回归的方法，得到不同燃料比下铁水成分中的含碳量，其中高炉燃料比范围480kg/t～3500kg/t，对应铁水渗碳反应耗碳量为48～35公斤。

进一步，通过单位时间铁水生成量和铁水渗碳反应耗碳量计算出单位时间内渗碳反应消耗的碳量：

C_{进入铁水碳量}＝P_产量×A

其中，C_{进入铁水碳量}：单位时间进入铁水的碳量，单位kg/min；

A：不同燃料比下渗碳系数。

进一步，在步骤三中，通过工况下单位时间消耗的总碳量减去单位时间铁水渗碳反应消耗的碳量和单位时间进入除尘灰中的碳量，得到进入炉顶煤气的碳量，计算单位时间炉顶CO和CO₂的总体积量：

其中，CO+CO₂：单位时间炉顶煤气中CO+CO₂的体积和，单位m³/min。

进一步，通过采集到的单位时间内进入高炉的风量、鼓风湿度和喷煤量可得到进入炉顶煤气的H₂量，计算单位时间炉顶H₂和H₂O的总体积量：

其中，BV：单位时间入炉风量，单位m³/min；

BH：单位时间鼓风湿度，单位g/m³；

H₂+H₂O：单位时间炉顶煤气中H₂+H₂O的体积和，单位m³/min。

进一步，通过采集到的单位时间内进入高炉的风量，得到进入炉顶煤气的N₂量，计算单位时间炉顶N₂的总体积量：

O₂：单位时间富氧量，单位m³/h。

进一步，通过单位时间内炉顶气体总体积，计算单位时间炉顶煤气量：

Q_{炉顶煤气量}＝CO+CO₂+H₂+H₂O+N₂

其中，Q_{炉顶煤气量}：单位时间炉顶煤气量，单位m³/h。

本发明的一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法的优点在于：

1)能够测算、并准确反应实时炉况下高炉的炉顶煤气量，为计算炉顶煤气流速提供条件，为高炉操作分析提供准确数据，指导高炉操作，为不同工况下高炉煤气平衡的组织提供了依据；

2)本发明充分考虑了高炉冶炼特点，利用计算机系统数据采集、统计计算及可视化的功能，实时计算出高炉炉顶煤气量，能够为计算炉顶煤气流速提供条件，同时为高炉操作分析提供准确数据，也利于钢铁厂高炉煤气平衡；

3)为高炉直接还原度、RIST操作线、全炉物料平衡等关键生产参数平衡计算提供准确数据。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明公开了一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法，针对钢铁冶金高炉生产时对炉顶煤气量进行测算，高炉炉顶煤气量是高炉重要的运行参数，在高炉直接还原度、RIST操作线、全炉物料平衡等计算中必不可少。本发明充分考虑高炉冶炼特点，利用计算机系统数据采集、统计计算及可视化的功能，实时计算出高炉炉顶煤气量，可为计算炉顶煤气流速提供条件，同时为高炉操作分析提供准确数据，也利于钢铁厂高炉煤气平衡。

高炉实际冶炼条件下，炉顶煤气的组成为CO、CO₂、H₂、H₂O、N₂，其中CO和CO₂的碳主要来源于燃料中的碳，而H₂和H₂O的氢主要来源于原燃料挥发份中的氢和鼓风加湿中的氢，N₂主要来源于鼓风和煤粉挥发份，依据物料守恒原则，这些进入炉内的元素除进入铁水和除尘灰中的碳外，均进入煤气成分中，本发明通过分别计算以上各成分的体积，最终得到工况下炉顶煤气量。

本发明是通过先统计单位时间内入炉的鼓风量、加湿量、煤粉的燃烧量，并依据大数据分析与回归的方法统计出不同燃料比下渗碳反应消耗的碳量和进入除尘灰中的碳量，再由单位时间下料速度计算出单位时间内燃烧的碳量，最终确定工况下炉顶煤气量的生成量的一种方法。

本发明的一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤一，先统计单位时间内入炉的鼓风量、加湿量、煤粉的燃烧量，并依据大数据分析与回归的方法，统计出不同燃料比下渗碳反应消耗的碳量和进入除尘灰中的碳量C_灰中碳；

步骤二，再由单位时间下料速度计算出单位时间内燃烧的碳量；

步骤三，确定工况下炉顶煤气量的生成量Q_{炉顶煤气量}。

具体来说，包括以下具体步骤：

在步骤一中：

(1)采集当前高炉工况下入炉风量(BV)、鼓风湿度(BH)、喷煤量(PCI)、焦批(M_CR)、下料速度(ch，即料速)、灰量(M_AR)、灰成分(C_AR)、焦炭固定碳含量(C_焦炭)、煤粉固定碳含量(C_煤粉)等实时数据。

在步骤二中：

(2)通过入炉下料速度计算出单位时间内消耗的焦炭量(M_焦炭)，再利用一级采集得到的单位时间消耗的煤粉量(M_煤粉)，计算单位时间消耗的总碳量(C_总消耗)、吨铁燃料比(FR)，并利用单位时间产生的除尘灰量(M_AR)和灰中含碳量(C_AR)得到单位时间进入除尘灰中的碳量(C_灰中碳)。

M_焦炭＝料速×M_CR (公式1)

C_总消耗＝ M_焦炭×C_焦炭+M_煤粉×C_煤粉 (公式2)

C_灰中碳＝ M_AR×C_AR (公式3)

P_产量＝料速×批铁量 (公式4)

FR ＝( M_焦炭 + M_煤粉 ) ÷ P_产量 (公式5)

其中，C_总消耗：单位时间内总消耗碳量，单位kg/min，由单位时间内消耗焦炭和煤粉计算得出；

M_CR：焦批，单位kg；

C_焦炭：焦炭固定碳含量，单位％；

M_焦炭：单位时间内消耗的焦炭量，单位kg；

C_煤粉：煤粉固定碳含量，为全碳含量，包含挥发分中的碳，单位％；

M_煤粉：单位时间消耗的煤粉量，单位kg；

M_AR：单位时间产生的除尘灰量，单位kg；

C_AR：除尘灰含碳量，单位％；

C_灰中碳：单位时间进入除尘灰中的碳量，单位kg/min；

P_产量：单位时间产量，单位t/min；

FR：吨铁燃料比，生产一吨铁消耗的燃料量，单位kg。

此外，具体来说，在步骤一中：

(3)通过大数据分析及回归的方法，得到不同燃料比下铁水成分中的含碳量(A)，其中高炉燃料比范围480kg/t～3500kg/t，对应铁水成分中的含碳量(A)为48～35公斤，其对应关系如下表所示：

表1不同燃料比(FR)对应渗碳反应耗碳量

通过单位时间铁水生成量(P_产量)和铁水渗碳反应耗碳量(C_{渗碳消耗量})计算单位时间内渗碳反应消耗的碳量。

C_{进入铁水碳量}＝ P_产量×A (公式4)

其中，C_{进入铁水碳量}：单位时间进入铁水的碳量，单位kg/min；

A：不同燃料比下渗碳系数。

进一步，在步骤三中：

(4)通过工况下单位时间消耗的总碳量(C_总消耗)减去单位时间铁水渗碳反应消耗的碳量(C_{进入铁水碳量})和单位时间进入除尘灰中的碳量(C_灰中碳)，得到进入炉顶煤气的碳量，进而计算单位时间炉顶CO和CO₂的总体积量。

其中，CO+CO₂：单位时间炉顶煤气中CO+CO₂的体积和，单位m³/min。

(5)通过采集到的单位时间内进入高炉的风量(含氧量和加湿量)(BV)、鼓风湿度(BH)和喷煤量可得到进入炉顶煤气的H₂量，进而计算单位时间炉顶H₂和H₂O的总体积量。

其中，BV：单位时间入炉风量，包括风机风量、富氧量、加湿，单位m³/min；

BH：单位时间鼓风湿度，单位g/m³；

H₂+H₂O：单位时间炉顶煤气中H₂+H₂O的体积和，单位m³/min。

(7)通过采集到的单位时间内进入高炉的风量，得到进入炉顶煤气的N₂量，进而可计算出单位时间炉顶N₂的总体积量。

O₂：单位时间富氧量，单位m³/h。

进一步，在步骤三中：

(8)最终，通过单位时间内炉顶CO、CO₂、H₂、H₂O和N₂等气体总体积，计算单位时间炉顶煤气量(Q_{炉顶煤气量})。

Q_{炉顶煤气量}＝ CO+CO₂+H₂+H₂O+N₂ (公式9)

Q_{炉顶煤气量}：单位时间炉顶煤气量，单位m³/h。

本发明针对不同工况下提出一种高炉炉顶煤气量的计算方法，即：实时跟踪高炉风量、富氧、加湿、喷煤量、料速以及原燃料的成分变化，统计一段时间的以上各值的变化，计算出该工况下的炉顶煤气量，实现炉顶煤气量的在线计算，能够准确反应不同工况下高炉炉顶煤气量，指导高炉操作，为不同工况下高炉煤气平衡的组织提供了依据。

其次，介绍基准例，基准例是目前采用传统的测算方法，即依据依据送风参数和炉顶煤气分析仪确定高炉工况下炉顶煤气量的方法。

基准实施例

已知三种不同工况条件下，依据传统产量测算方法，其中工况一和工况二为带喷煤冶炼，工况三为全焦冶炼。测算不同工况下高炉的炉顶煤气量，见表一。

表2基准实施结果

下面介绍本发明的实施例，主要是基于本发明的一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法的测算获得的高炉产量。

实施案例1

实施案例1中使用的测算方法为本发明的测算方法，计算出高炉工况下的炉顶煤气量(Q_{炉顶煤气量})，具体结果见表3。

表3实施案例1结果

通过与传统的测算方法进行对比，传统测量结果与本发明计算结果相比炉顶煤气量结算结果偏小，在喷煤负荷炉况下偏差10％左右。

实施案例2

以上三种工况为高炉三个不同生产时期的状况，对应该工况下高炉煤气生成量统计，该实施案例通过统计高炉煤气用户用量，计算出该段时间内。

表4实施案例的实际生产结果

将基准实施例至实施案例2的结果进行对比。

通过结果对比可以看出，传统高炉炉顶煤气测算的方法无法准确计算在高炉各种工况下的炉顶煤气量，而本发明测算出的工况下的炉顶煤气量与高炉各种工况下的统计炉顶煤气量变化趋势一致，结果接近。与传统测算产量的方法相比更具有代表性。

通过与传统的产测算方法进行对比，传统测量结果偏差最大11.33％，而本发明计算结果偏差为1％左右。

本发明的一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法，能够测算、并准确反应实时炉况下高炉的炉顶煤气量，为计算炉顶煤气流速提供条件，为高炉操作分析提供准确数据，指导高炉操作，为不同工况下高炉煤气平衡的组织提供了依据；本发明充分考虑了高炉冶炼特点，利用计算机系统数据采集、统计计算及可视化的功能，实时计算出高炉炉顶煤气量，能够为计算炉顶煤气流速提供条件，同时为高炉操作分析提供准确数据，也利于钢铁厂高炉煤气平衡；为高炉直接还原度、RIST操作线、全炉物料平衡等关键生产参数平衡计算提供准确数据。

Claims (1)

1.一种基于高炉工况下的炉顶煤气量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，统计单位时间内入炉的鼓风量、加湿量、煤粉的燃烧量，并依据大数据分析与回归的方法，统计出不同燃料比下渗碳反应消耗的碳量和进入除尘灰中的碳量；

步骤二，通过单位时间下料速度计算出单位时间内燃烧的碳量；

步骤三，确定工况下炉顶煤气量的生成量；

其中，在步骤一中，采集当前高炉工况下入炉风量、鼓风湿度、喷煤量、焦比、下料速度、灰量、灰成分、焦炭固定碳含量、煤粉固定碳含量的实时数据；

其中，在步骤二中，通过入炉下料速度计算出单位时间内消耗的焦炭量，再利用一级采集得到的单位时间消耗的煤粉量，计算单位时间消耗的总碳料量和吨铁燃料比，并利用吨铁灰量和灰中含碳量得到单位时间进入除尘灰中的碳量；

M_焦炭＝料速×M_CR

C_总消耗＝M_焦炭×C_焦炭+M_煤粉×C_煤粉

C_灰中碳＝M_AR×C_AR

P_产量＝料速×批铁量

FR＝(M_焦炭+M_煤粉)÷P_产量

其中，C_总消耗：单位时间内总消耗碳量，单位kg/min；

M_CR：焦批，单位kg；

C_焦炭：焦炭固定碳含量，单位％；

M_焦炭：单位时间内消耗的焦炭量，单位kg；

C_煤粉：煤粉固定碳含量，单位％；

M_煤粉：单位时间消耗的煤粉量，单位kg；

M_AR：单位时间产生的除尘灰量，单位kg；

C_AR：除尘灰含碳量，单位％；

C_灰中碳：单位时间进入除尘灰中的碳量，单位kg/min；

P_产量：单位时间产量，单位t/min；

FR：吨铁燃料比，生产一吨铁消耗的燃料量，单位kg；

其中，在步骤一中，通过大数据分析及回归的方法，得到不同燃料比下铁水成分中的含碳量，其中高炉燃料比范围480kg/t～3500kg/t，对应铁水渗碳反应耗碳量为48～35公斤；

通过单位时间铁水生成量和铁水渗碳反应耗碳量计算出单位时间内渗碳反应消耗的碳量：

C_{进入铁水碳量}＝P_产量×A

其中，C_{进入铁水碳量}：单位时间进入铁水的碳量，单位kg/min；

A：不同燃料比下渗碳系数；

其中，在步骤三中，通过工况下单位时间消耗的总碳量减去单位时间铁水渗碳反应消耗的碳量和单位时间进入除尘灰中的碳量，得到进入炉顶煤气的碳量，计算单位时间炉顶CO和CO₂的总体积量：

其中，CO+CO₂：单位时间炉顶煤气中CO+CO₂的体积和，单位m³/min；

通过采集到的单位时间内进入高炉的风量、鼓风湿度和喷煤量可得到进入炉顶煤气的H₂量，计算单位时间炉顶H₂和H₂O的总体积量：

其中，BV：单位时间入炉风量，单位m³/min；

BH：单位时间鼓风湿度，单位g/m³；

H₂+H₂O：单位时间炉顶煤气中H₂+H₂O的体积和，单位m³/min；

通过采集到的单位时间内进入高炉的风量，得到进入炉顶煤气的N₂量，计算单位时间炉顶N₂的总体积量：

O₂：单位时间富氧量，单位m³/h；

N₂：单位时间炉顶N₂的总体积量；

通过单位时间内炉顶气体总体积，计算单位时间炉顶煤气量：

Q_{炉顶煤气量}＝CO+CO₂+H₂+H₂O+N₂

其中，Q_{炉顶煤气量}：单位时间炉顶煤气量，单位m³/min。

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