CN115216568A - 一种高炉热风炉模型的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及高炉冶炼技术领域，尤其涉及一种高炉热风炉模型的优化方法，所述热风炉内设有格子砖，所述方法包括，基于燃烧初始参数，获得预热前后所述热风炉内气体和所述格子砖的加热参数；基于送风初始参数、所述加热参数、所述格子砖的结构参数，获得所述热风炉内气体和格子砖的模拟温度分布图像；基于所述热气炉内气体和格子砖的实际风温参数，建立风温模型，以获得风温图像；计算所述风温图像与所述模拟温度分布图像对应点的误差值，控制所述误差值小于预设值。通过本申请提供的方法，对热风炉内部的运行参数进行定量化解析，从而优化所热风炉模型参数，通过优化后的热风炉模型，优化热风炉的实际生产。
Description
技术领域
本申请涉及高炉冶炼技术领域，尤其涉及一种高炉热风炉模型的优化方法。
背景技术
热风炉是炼铁生产的重要设备，通过建立热风炉模型，可以通过模拟来优化实际热风炉生产。现有的热风炉模型有一级控制模型和自动燃烧控制模型，仅能实现对热风炉空燃比的控制，无法对热风炉内部的运行参数进行定量化解析。
发明内容
为了实现对热风炉内部的运行参数进行定量化解析，从而优化所热风炉模型和热风炉的实际生产，
第一方面，本申请提供了一种高炉热风炉模型的优化方法，包括，
基于燃烧初始参数，获得预热前后所述热风炉内气体和所述格子砖的加热参数；
基于送风初始参数、所述加热参数、所述格子砖的结构参数，获得所述热风炉内气体和格子砖的模拟温度分布图像；
基于所述热气炉内气体和格子砖的实际风温参数，建立风温模型，以获得风温图像；
计算所述风温图像与所述模拟温度分布图像对应点的误差值，控制所述误差值小于预设值，以优化所述热风炉模型。
进一步，所述燃烧初始参数包括煤气的成分和流量；
所述送风初始参数包括冷风温度、冷风流量、热风温度；
所述基于燃烧初始参数，获得燃烧前后所述热风炉内气体的加热参数包括，燃烧计算，传热计算，和格子砖加热模拟；
所述燃烧计算包括，基于煤气的成分和流量，计算所述热风炉内燃烧化学热，理论燃烧温度和烟气温度；
所述传热计算包括，基于所述煤气预热前后温度，助燃空气预热前后温度和流量，计算所述燃烧模型的煤气物理热，助燃空气物理热；
所述格子砖加热模拟包括，基于所述格子砖的结构参数，计算所述格子砖加热温度。
进一步，所述煤气为高炉煤气，所述煤气的预热温度T1＝80-200℃；所述助燃空气的预热温度T2＝200-600℃。
进一步，所述格子砖的结构参数包括所述格子砖的分段数量和格孔直径，所述分段数量M＝2-4段，所述格空直径D＝20-50mm，所述热风炉内的各格孔直径相同。
进一步，所述热风炉内气体和格子砖的温度分布图像包括，
所述热风炉内不同位置和不同时间段的烟气冷却曲线，冷风加热曲线，格子砖加热和冷却曲线，以及格子砖温度分布云图。
进一步，将所述位置划分为2-8段，将所述时间段划分为4-8段。
进一步，所述基于所述热气炉内气体和格子砖的实际风温参数，建立风温模型包括，通过公式
计算所述风控模型式中：Vg-煤气体积；Qdw－煤气的低发热值；Cg-煤气比热；Vg-煤气体积；k－空燃比；Qs－散热损失；Cf-热风比热；Vf-热风体积。
进一步，所述计算所述风温图像与所述模拟温度分布图像对应点的误差值，控制所述误差值小于预设值包括，控制所述误差值中的风温误差值小于5％，控制所述误差值中的风温正负偏差值小于10℃。
第二方面，本申请提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面任一所述的方法步骤。
第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面中任一所述的方法步骤。
有益效果：
本申请涉及高炉冶炼技术领域，尤其涉及一种高炉热风炉模型的优化方法，所述热风炉内设有格子砖，所述方法包括，基于燃烧初始参数，获得预热前后所述热风炉内气体和所述格子砖的加热参数；基于送风初始参数、所述加热参数、所述格子砖的结构参数，获得所述热风炉内气体和格子砖的模拟温度分布图像；基于所述热气炉内气体和格子砖的实际风温参数，建立风温模型，以获得风温图像；计算所述风温图像与所述模拟温度分布图像对应点的误差值，控制所述误差值小于预设值。通过本申请提供的方法，对热风炉内部的运行参数进行定量化解析，从而优化所热风炉模型参数，通过优化后的热风炉模型，优化热风炉的实际生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例1提供的方法流程逻辑示意图；
图2是本申请实施例1提供的细化的方法流程示意图；
图3是本申请实施例1提供的装置结构示意图；
图4是本申请实施例2中电子结构设备示意图。
附图标记：
1-烟囱，2-助燃空气预热器，3-第一热风炉，4-第一热风阀，5-第二热风炉，6-第二热风阀，7-第三热风炉，8-第三热风阀，9-高炉，10-风机，11-烟道阀，12-煤气总阀，13-烟道总阀，14-第一空气调节阀，15-第二空气调节阀，16-第三空气调节阀，17-煤气换热器，18-煤气流量调节阀，19-第一煤气切断阀，20-第二煤气切断阀，21-第三煤气切断阀。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
热风炉包括燃烧和送风过程，燃烧过程是一个复杂的物理化学过程，利用模拟热风炉输入的煤气条件和空气条件，可以实现燃烧参数的准确预测，并将热量存储于格子砖内；送风过程，利用格子砖存储热量加热冷风，虽然相对简单，但是与前面燃烧加热状况紧密关联，故掌握热风炉内各参数运行规律，可以满足高炉风温情况下，实现低成本高质量烧炉。
影响热风炉风温的因素包括煤气预热前后温度和流量，助燃空气预热前后温度和流量，而空燃比是影响燃烧的重要因素，同时，格子砖温度是影响热风温度的重要参数，故对热风炉开展燃烧计算，传热计算和格子砖温度模拟计算，进行燃烧送风参数优化，可以提高格子砖加热效率，降低煤气消耗，从而进一步提高热风炉热效率和降低燃耗。
结合附图1，实施例1提供一种高炉热风炉模型的优化方法，包括以下步骤，
S1，基于燃烧初始参数，获得预热前后所述热风炉内气体和所述格子砖的加热参数；
所述燃烧初始参数包括煤气的成分和流量；
所述基于燃烧初始参数，获得燃烧前后所述热风炉内气体的加热参数包括，燃烧计算，传热计算，和格子砖加热模拟；
所述燃烧计算包括，基于煤气的成分和流量，计算所述热风炉内燃烧化学热，理论燃烧温度和烟气温度；
所述传热计算包括，基于所述煤气预热前后温度，助燃空气预热前后温度和流量，计算所述燃烧模型的煤气物理热，助燃空气物理热；
所述格子砖加热模拟包括，基于所述格子砖的结构参数，计算所述格子砖加热温度。
其中所述煤气为高炉煤气，所述煤气的预热温度T1＝80-200℃；所述助燃空气的预热温度T2＝200-600℃。
所述高炉数量为2-5个，所述格子砖的结构参数包括所述格子砖的分段数量和格孔直径，分段数量M＝2-4段，所述格空直径D＝20-50mm，所述热风炉内的各格孔直径相同
S2，基于送风初始参数、所述加热参数、所述格子砖的结构参数，获得所述热风炉内气体和格子砖的模拟温度分布图像；
所述送风初始参数包括冷风温度、冷风流量、热风温度；
所述热风炉内气体和格子砖的温度分布图像包括，将所述位置划分为2-8段，将所述时间段划分为4-8段，计算并绘制热风炉内不同位置和不同时间段的烟气冷却曲线，冷风加热曲线，格子砖加热和冷却曲线，以及格子砖温度分布云图。
S3，基于所述热气炉内气体和格子砖的实际风温参数，建立风温模型，以获得风温图像；
通过公式
计算所述风控模型式中：Vg-煤气体积；Qdw－煤气的低发热值；Cg-煤气比热；Vg-煤气体积；k－空燃比；Qs－散热损失；Cf-热风比热；Vf-热风体积。
S4，计算所述风温图像与所述模拟温度分布图像对应点的误差值，控制所述误差值小于预设值，以优化所述热风炉模型。
控制所述误差值小于预设值包括，控制所述误差值中的风温误差值小于5％，控制所述误差值中的风温正负偏差值小于10℃。
具体地，结合附图2，热风炉处于燃烧期内，来自鼓风机10的空气经助燃空气预热器2依次经第一空气调节阀14，第二空气调节阀15，第三空气调节阀16，煤气经煤气总阀12和煤气换热器17，经煤气流量调节阀18和第一煤气切断阀19，第二煤气切断阀20，第三煤气切断阀21，分别进入第一热风炉3和第二热风炉5和第三热风炉8混合燃烧，燃烧后烟气依次经烟道总阀13，助燃空气预热器2，煤气换热器17和烟道阀11，经烟囱1汇总后排出，处于送风期内，经第一热风炉3和第二热风炉5和第三热风炉8加热后热风经第一热风阀4，第二热风阀6和第三热风阀8送高炉10；热风炉处于两烧一送工作时，以第一热风炉3和第二热风炉5处于燃烧，第三热风炉8处于送风为例，则第一煤气切断阀19，第二煤气切断阀20开启，第三煤气切断阀21处于关闭，第一空气调节阀14，第二空气调节阀15开启，第三空气调节阀16关闭，第一热风阀4和第二热风阀6关闭，第三热风阀8开启，实现热风输出。
如上表所示，热风炉格子砖直径9m，格子砖高度23m，采用格孔直径0.025m，蓄热面积达8.0663万m2，燃烧用的煤气为高炉煤气，成分：CO2占比为22.7％，CO占比为26.9％，N2占比为41.7％，CH4占比为0.01％，其他气体占比为8.69％，煤气流量为20.0459万m3/h，计算风温为1255℃与实测风温1222误差为2.7％，本发明取修正系数为0.95～0.98，经模型修正为1220℃左右，风温误差小于5℃，格子砖温度和烟气温度模型按本发明依次修正。
通过实施例1提供的方法，
(1)可以解决炉内格子砖内部温度可不测问题，实现热风炉格子砖温度的可视化热风炉格子砖换热是动态的热量传递过程，其物性参数随着加热温度变化，采用模拟计算，可以准确测算出其内部温度分布，加热曲线形象显示其加热过程，温度分布云图实现格子砖温度的可视化。
(2)模型修正后可以重复使用，用于指导生产。
根据高炉风温要求，利用模拟热风炉燃烧和传热计算修正模型，可以准确核算出特定风温下的煤气和助燃空气用量和温度，模型参数用于生产，提高运行参数调整精度。
(3)优化过程快速简单。
格子砖温度计算采用简化的一维传热模型，采用迭代计算其温度分布，可快速实现温度数据收敛，优化过程简单快速，避免了复杂的数学计算过程。
(4)适用范围广泛。
模拟热风炉的优化模型适用范围广泛，可适用于外燃式，内燃式和顶燃式热风炉，适用于不同工况条件下的热风炉运行操作，也可适用于不同燃料条件和不同空煤气预热温度的计算和不同尺寸的格子砖传热计算。
实施例2
基于相同的发明构思，本申请实施例2提供一种电子设备，如附图4所示，包括存储器304、处理器302及存储在存储器304上并可在处理器302上运行的计算机程序，所述处理器302执行所述程序时实现上述一种高炉热风炉模型的优化方法的步骤。
其中，在图3中，总线架构(用总线300来代表)，总线300可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线300将包括由处理器302代表的一个或多个处理器和存储器304代表的存储器的各种电路链接在一起。总线300还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口306在总线300和接收器301和发送器303之间提供接口。接收器301和发送器303可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器302负责管理总线300和通常的处理，而存储器304可以被用于存储处理器302在执行操作时所使用的数据。
实施例3
基于相同的发明构思，本发明实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述一种高炉热风炉模型的优化方法的步骤。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的铝基板的热仿真装置、电子设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
以上所述的仅是本申请的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本申请结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本申请的保护范围，这些都不会影响本申请实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种高炉热风炉模型的优化方法，所述热风炉内设有格子砖，其特征在于，所述方法包括，
基于燃烧初始参数，获得预热前后所述热风炉内气体和所述格子砖的加热参数；
基于送风初始参数、所述加热参数、所述格子砖的结构参数，获得所述热风炉内气体和格子砖的模拟温度分布图像；
基于所述热气炉内气体和格子砖的实际风温参数，建立风温模型，以获得风温图像；
计算所述风温图像与所述模拟温度分布图像对应点的误差值，控制所述误差值小于预设值，以优化所述热风炉模型。
2.如权利要求1所述的一种高炉热风炉模型的优化方法，其特征在于，
所述燃烧初始参数包括煤气的成分和流量；
所述送风初始参数包括冷风温度、冷风流量、热风温度；
所述基于燃烧初始参数，获得燃烧前后所述热风炉内气体的加热参数包括，燃烧计算，传热计算，和格子砖加热模拟；
所述燃烧计算包括，基于煤气的成分和流量，计算所述热风炉内燃烧化学热，理论燃烧温度和烟气温度；
所述传热计算包括，基于所述煤气预热前后温度，助燃空气预热前后温度和流量，计算所述燃烧模型的煤气物理热，助燃空气物理热；
所述格子砖加热模拟包括，基于所述格子砖的结构参数，计算所述格子砖加热温度。
3.如权利要求2所述的一种高炉热风炉模型的优化方法，其特征在于，所述煤气为高炉煤气，所述煤气的预热温度T1＝80-200℃；所述助燃空气的预热温度T2＝200-600℃。
4.如权利要求1所述的一种高炉热风炉模型的优化方法，其特征在于，所述格子砖的结构参数包括所述格子砖的分段数量和格孔直径，所述分段数量M＝2-4段，所述格空直径D＝20-50mm，所述热风炉内的各格孔直径相同。
5.如权利要求1所述的一种高炉热风炉模型的优化方法，其特征在于，所述热风炉内气体和格子砖的温度分布图像包括，
所述热风炉内不同位置和不同时间段的烟气冷却曲线，冷风加热曲线，格子砖加热和冷却曲线，以及格子砖温度分布云图。
6.如权利要求5所述的一种高炉热风炉模型的优化方法，其特征在于，将所述位置划分为2-8段，将所述时间段划分为4-8段。
7.如权利要求1所述的一种高炉热风炉模型的优化方法，其特征在于，所述基于所述热气炉内气体和格子砖的实际风温参数，建立风温模型包括，通过公式
计算所述风控模型
式中：Vg-煤气体积；Qdw－煤气的低发热值；Cg-煤气比热；Vg-煤气体积；k－空燃比；Qs－散热损失；Cf-热风比热；Vf-热风体积。
8.如权利要求1所述的一种高炉热风炉模型的优化方法，其特征在于，所述计算所述风温图像与所述模拟温度分布图像对应点的误差值，控制所述误差值小于预设值包括，控制所述误差值中的风温误差值小于5％，控制所述误差值中的风温正负偏差值小于10℃。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任一所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一所述的方法步骤。
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| CN202210826919.0A Pending CN115216568A (zh) | 2022-07-13 | 2022-07-13 | 一种高炉热风炉模型的优化方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116029067A (zh) * | 2023-02-13 | 2023-04-28 | 天津华能变压器有限公司 | 变压器散热结构优化设计方法和装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101892338A (zh) * | 2010-07-22 | 2010-11-24 | 首钢总公司 | 热风炉定风温控制系统 |
| CN112795716A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-14 | 鞍钢集团自动化有限公司 | 一种高效实用型热风炉烧炉操控方法 |
| CN114737003A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-12 | 山东省冶金设计院股份有限公司 | 一种基于蓄热模型的高炉热风炉燃烧自动控制方法及系统 |
-
2022
- 2022-07-13 CN CN202210826919.0A patent/CN115216568A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116029067B (zh) * | 2023-02-13 | 2023-05-30 | 天津华能变压器有限公司 | 变压器散热结构优化设计方法和装置 |
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