CN115807143A - 一种高炉煤气动态调控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种高炉煤气动态调控方法及系统，其中，高炉煤气动态调控系统包括：多介质喷吹控制系统、原燃料动态调控系统、高炉喷吹煤气系统、低碳高炉模块、热风炉及送风系统、全厂煤气平衡控制系统、全厂煤气燃烧加热系统、煤气发电厂模块和燃气放散模块。本申请在钢铁厂存在富余煤气时，可以通过利用低碳高炉来动态调整全厂煤气平衡，消纳钢铁厂的富余煤气，一方面可有效减少煤气放散，降低污染排放和能源浪费，另一方面可充分利用富余煤气中的有效还原介质CO和H2，提高高炉的间接还原，降低固体碳素燃料消耗，降低CO2排放，实现节能降碳。相当于本申请通过动态判断全厂煤气是否平衡，同时利用全厂煤气平衡控制系统，调整全厂煤气平衡。
Description
技术领域
本申请涉及高炉低碳冶炼技术领域和环保技术领域，特别是涉及一种高炉煤气动态调控方法及系统。
背景技术
钢铁企业在焦化、高炉炼铁、转炉炼钢等冶炼过程，会产生大量的副产煤气，如焦炉煤气、高炉煤气及转炉煤气等。为了减少能源浪费，提高能量利用效率，目前钢铁企业对于副产煤气的通常做法是将副产煤气用于燃烧加热，如用于高热风炉加热、轧钢加热炉加热等，剩余富余煤气则用户煤气燃烧发电。但是，当煤气用户停产检修维护或冶炼增产时，整个钢铁企业的煤气平衡将被打破，富余煤气则直接进行了放散，这将导致能源被白白浪费。
此外，绿色化、低碳化发展是当今世界钢铁工业发展的主旋律。而目前多数钢铁企业的副产煤气仍已发热燃烧为主，仅利用了煤气的热值，而忽略了煤气的化学作用，因此煤气利用率低，且直接燃烧会排放大量二氧化碳，不符合绿色、低碳的发展要求。
因此，如何动态保持钢铁企业的煤气平衡，减少煤气放散而造成的能源浪费，以及如何提供煤气利用率，实施低碳冶炼，降低二氧化碳排放是钢铁企业亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种高炉煤气动态调控方法及系统，用于解决现有技术中存在的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种高炉煤气动态调控系统，包括有：
多介质喷吹控制系统模块，用于计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数；其中，所述目标高炉包括：低碳高炉；
原燃料动态调控系统模块，用于根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；
高炉喷吹煤气系统模块，用于根据所述目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量确定所述目标高炉的喷吹方案；
低碳高炉模块，用于生产铁水，以及根据所述喷吹方案、所述操作参数、所述冶金炉料、所述燃料配比以及所述燃料用量消耗部分富余煤气；
热风炉及送风系统模块，用于消耗部分富余煤气来加热冷风，向所述目标高炉提供风温及富氧；
全厂煤气平衡控制系统模块，用于动态分配所述富余煤气，以使所述富余煤气达到动态平衡；
全厂煤气燃烧加热系统模块，用于提供所述富余煤气；其中，所述富余煤气包括来自目标钢铁厂的富余煤气。
可选地，所述系统还包括有：煤气发电厂模块，用于消耗除所述低碳高炉模块、所述热风炉及送风系统模块、所述全厂煤气燃烧加热系统模块之外的剩余煤气，并基于剩余煤气消耗结果产生高温蒸汽和发电量。
可选地，所述系统还包括有：燃气放散模块，用于在所述煤气发电厂模块无法完全消耗所述富余煤气时，对剩余煤气进行燃烧放散。
可选地，高炉喷吹煤气系统模块包括以下至少之一：高炉煤气循环喷吹系统单元、焦炉煤气喷吹系统单元、转炉煤气喷吹系统单元。
可选地，高炉煤气循环喷吹系统单元包括以下至少之一：煤气除尘装置、煤气脱硫装置、煤气加压装置、煤气脱碳装置、煤气加热装置、煤气喷吹装置。
可选地，所述焦炉煤气喷吹系统单元包括以下至少之一：煤气净化装置、煤气加压装置、煤气喷吹装置。
可选地，转炉煤气喷吹系统单元包括以下至少之一：煤气加压装置、煤气脱碳装置、煤气喷吹装置。
本申请还提供一种高炉煤气动态调控方法，所述方法包括以下步骤：
获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据；其中，所述煤气种类包括：高炉煤气、转炉煤气及焦炉煤气；
根据所述煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据判断所述目标钢铁厂的煤气是否收支平衡；如果平衡，则维持当前状态，输出煤气平衡信息；如果不平衡，则动态优化调整煤气消耗路径，并置换高热值煤气以供目标高炉使用；
获取目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量，并根据所述目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量确定所述目标高炉的喷吹方案；
计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数，并根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；
根据所述喷吹方案、所述操作参数、所述冶金炉料、所述燃料配比以及所述燃料用量消耗部分富余煤气；以及，消耗部分富余煤气来加热冷风，向所述目标高炉提供风温及富氧；
输出炉顶煤气，并迭代获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据，以使目标钢铁厂的煤气达到动态平衡。
可选地，所述计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数的过程包括：
在所述目标高炉喷吹焦炉煤气后，将所述目标高炉中的H2/(CO+H2)控制在15％～20％之间；以及，
在所述目标高炉喷吹转炉煤气后，将喷吹气量控制在50～125m3/t之间，以及将煤气热值控制在大于或等于6000kJ/m3。
可选地，根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量的过程包括：将所述操作参数与所述目标高炉的物料平衡与热平衡模型结合，动态所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；其中，所述操作参数包括回喷煤气种类和回喷量。
如上所述，本申请提供一种高炉煤气动态调控方法及系统，具有以下有益效果：首先获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据，然后根据所述煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据判断所述目标钢铁厂的煤气是否收支平衡；如果平衡，则维持当前状态，输出煤气平衡信息；如果不平衡，则动态优化调整煤气消耗路径，并置换高热值煤气以供目标高炉使用；以及获取目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量，并根据所述目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量确定所述目标高炉的喷吹方案；再计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数，并根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；以及根据所述喷吹方案、所述操作参数、所述冶金炉料、所述燃料配比以及所述燃料用量消耗部分富余煤气；以及，消耗部分富余煤气来加热冷风，向所述目标高炉提供风温及富氧；最后输出炉顶煤气，并迭代获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据，以使目标钢铁厂的煤气达到动态平衡。由此可知，本申请在钢铁厂存在富余煤气时，可以通过利用低碳高炉来动态调整全厂煤气平衡，消纳钢铁厂的富余煤气，一方面可有效减少煤气放散，降低污染排放和能源浪费，另一方面可充分利用富余煤气中的有效还原介质CO和H2，提高高炉的间接还原，降低固体碳素燃料消耗，降低CO2排放，实现节能降碳。
附图说明
图1为本申请中一实施例提供的高炉煤气动态调控系统的硬件结构示意图；
图2为本申请中一实施例提供的高炉喷吹煤气系统的硬件结构示意图；
图3为本申请中一实施例提供的高炉煤气动态调控方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实施例提供一种高炉煤气动态调控系统，包括有：
多介质喷吹控制系统模块，用于计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数；其中，所述目标高炉包括：低碳高炉；
原燃料动态调控系统模块，用于根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；
高炉喷吹煤气系统模块，用于根据所述目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量确定所述目标高炉的喷吹方案；
低碳高炉模块，用于生产铁水，以及根据所述喷吹方案、所述操作参数、所述冶金炉料、所述燃料配比以及所述燃料用量消耗部分富余煤气；低碳高炉模块在消耗部分富余煤气后，可以使目标高炉中的高炉煤气达到动态平衡。
热风炉及送风系统模块，用于消耗部分富余煤气来加热冷风，向所述目标高炉提供风温及富氧；
全厂煤气平衡控制系统模块，用于动态分配所述富余煤气，以使所述富余煤气达到动态平衡；
全厂煤气燃烧加热系统模块，用于提供所述富余煤气；其中，所述富余煤气包括来自目标钢铁厂的富余煤气。
由此可知，本实施例在钢铁厂存在富余煤气时，可以通过利用低碳高炉来动态调整全厂煤气平衡，消纳钢铁厂的富余煤气，一方面可有效减少煤气放散，降低污染排放和能源浪费，另一方面可充分利用富余煤气中的有效还原介质CO和H2，提高高炉的间接还原，降低固体碳素燃料消耗，降低CO2排放，实现节能降碳。
在一示例性实施例中，高炉煤气动态调控系统还包括有煤气发电厂模块和燃气放散模块。其中，煤气发电厂模块用于消耗除所述低碳高炉模块、所述热风炉及送风系统模块、所述全厂煤气燃烧加热系统模块之外的剩余煤气，并基于剩余煤气消耗结果产生高温蒸汽和发电量。燃气放散模块用于在所述煤气发电厂模块无法完全消耗所述富余煤气时，对剩余煤气进行燃烧放散。
在一示例性实施例中，高炉喷吹煤气系统模块包括但不限于：高炉煤气循环喷吹系统单元、焦炉煤气喷吹系统单元、转炉煤气喷吹系统单元等。如图2所示，在本实施例中，高炉煤气循环喷吹系统单元包括但不限于：煤气除尘装置、煤气脱硫装置、煤气加压装置、煤气脱碳装置、煤气加热装置、煤气喷吹装置。所述焦炉煤气喷吹系统单元包括但不限于：煤气净化装置、煤气加压装置、煤气喷吹装置。转炉煤气喷吹系统单元包括但不限于：煤气加压装置、煤气脱碳装置、煤气喷吹装置。
在本申请另一示例性实施例中，如图1所示，本实施例还提供一种高炉煤气动态调控系统，包括有：低碳高炉1、原燃料动态调控系统2、多介质喷吹控制系统3、高炉喷吹煤气系统4、热风炉及送风系统5、全厂煤气平衡控制系统6、全厂煤气燃烧加热系统7、煤气发电厂8及煤气放散9。具体地，所述低碳高炉1，除用于生产炼钢用铁水外，用于调整钢铁厂内煤气平衡，吸收消纳富余的钢铁厂内煤气。所述原燃料动态调控系统2，用于根据所述多介质喷吹控制系统优化计算后，动态调整所述低碳高炉用的冶金炉料及燃料的冶金性能、配比及用量。所述多介质喷吹控制系统3，用于计算及调控所述低碳高炉喷吹煤气后高炉的关键操作参数，指导所述低碳高炉稳定顺行生产，降低固体燃料消耗，实现低碳冶炼。所述高炉喷吹煤气系统4，用于处理全厂富余煤气，包括：煤气净化、煤气脱除CO2、煤气加压、煤气加热、煤气高效喷吹等，保证处理后的富余煤气稳定高效喷入所述低碳高炉内。所述热风炉及送风系统5，用于燃烧部分全厂煤气来加热冷风，并给所述低碳高炉提供高风温及富氧。所述全厂煤气平衡控制系统6，用于动态调整全厂煤气平衡，动态分配全厂煤气各用户消耗量，保证全厂煤气不放散。所述全厂煤气燃烧加热系统7，作为吸收消纳全厂煤气的用户，为全厂需要加热用户提供煤气。所述煤气发电厂8，用于消纳除所述热风炉及送风系统、全厂煤气燃烧加热系统外的剩余煤气，主要进行燃烧产生高温蒸汽进行发电。所述煤气放散9，全厂煤气无法吸收消纳，直接进行燃烧放散。
根据上述记载，在本实施例中，低碳高炉除用于生产炼钢用铁水外，还可以用于调整钢铁厂内的煤气平衡，吸收消纳富余的钢铁厂内煤气，减少全厂富余煤气放散。其中，全厂煤气平衡控制系统6在动态调整全厂煤气平衡时，可以优化调整煤气消耗路径，置换出高热值煤气，供所述低碳高炉使用，减少煤气放散；输出可供所述低碳高炉可用的煤气种类及煤气量、煤气成分等参数。利用全厂煤气平衡控制系统置换出的高热值煤气为焦炉煤气和/或转炉煤气。高炉喷吹煤气系统模块包括但不限于：高炉煤气循环喷吹系统、焦炉煤气喷吹系统、转炉煤气喷吹系统等。高炉喷吹煤气系统根据所述全厂煤气平衡控制系统6获得回喷煤气介质种类及具体参数，动态选择三个子系统的一个或多个。如图2所示，在本实施例中，高炉煤气循环喷吹系统包括但不限于：煤气除尘装置、煤气脱硫装置、煤气加压装置、煤气脱碳装置、煤气加热装置、煤气喷吹装置。所述焦炉煤气喷吹系统包括但不限于：煤气净化装置、煤气加压装置、煤气喷吹装置。转炉煤气喷吹系统包括但不限于：煤气加压装置、煤气脱碳装置、煤气喷吹装置。多介质喷吹控制系统，在计算及调控所述低碳高炉喷吹煤气后高炉的关键操作参数时，可以喷吹焦炉煤气等含氢煤气，同时将H2/CO+H2控制在15％～20％之间；也可以喷吹转炉煤气，同时将喷吹气量控制在50～125m3/t之间，煤气热值≥6000kJ/m3。原燃料动态调控系统可以基于所述低碳高炉的稳定顺行，根据动态调整后的回喷煤气种类及回喷量等参数，依据物料平衡与热平衡模型，动态调整原燃料及炉料参数，包括：焦比、煤比、炉料结构、吨铁耗矿量、矿石冶金性能参数。此外，全厂煤气用户包括：低碳高炉、热风炉烧炉、全厂煤气燃烧加热、煤气发电；全厂煤气种类包括，高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气。
由此可知，本实施例通过利用所述低碳高炉，用于动态调整全厂煤气平衡，消纳全厂富余煤气，一方面可减少煤气放散，降低污染排放和能源浪费，另一方面可充分利用富余煤气中的有效还原介质CO和H2，提高所述低碳高炉的间接还原，降低固体碳素燃料消耗，实现全厂的节能降碳。
此外，本实施例提供的高炉煤气动态调控系统还可以用于执行以下步骤：
1)首先收集全厂煤气产出及消耗数据，全厂煤气包括：高炉煤气、转炉煤气及焦炉煤气。
2)判断全厂煤气收支情况，判断是否存在煤气放散情况，若平衡，则维持现状，输出煤气平衡信息；若不平衡，进入全厂煤气平衡控制系统进行煤气平衡调控。
以某钢铁企业为例，全厂通过煤气发电厂设置4台10万千瓦的发电机组来维持全厂煤气平衡。表1所示为发电机组正常生产时的全厂煤气平衡表，全厂剩余108.722万m3/h煤气(折算成高炉煤气后)。发电机组正常生产时，剩余煤气全部用户发电，发电机负荷率93％，全厂煤气无放散。
表1发电机组正常生产时钢铁厂的煤气平衡表
表2发电机负荷率为92.766％时的煤气数据
由于发电机组为特种设备，每年需要进行特种设备检验及检修，每次单台检修周期约46天，因此只有3台发电机组进行生产，按2.93m3高炉煤气发1度电计算，则每小时约有20.822万m3的煤气进行放散，即1天约损失7.106万度电，46天约损失金额5100万元。特种设备检验及检修损失金额如下表3所示。
表3特种设备检验及检修损失金额
| 燃气发电机组容量 | 30.000 |
| 燃气发电可发(万度) | 37.106 |
| 燃气发电实发(万度) | 30.000 |
| 发电机负荷率(％) | 100.000 |
| 小时煤气放散(万立) | 20.822 |
| 年检修时间(天) | 46 |
| 损失金额(万元) | 5100 |
3)收集全厂煤气发生量的变化情况，以及煤气用户，如电厂、加热装置的检修维护情况，利用全厂煤气平衡控制系统进行动态调控煤气平衡，优化调整煤气消耗路径，置换高热值的煤气供低碳高炉使用。
当煤气发电厂有1座机组检修时，正常将有约20.822万煤气放散。通过利用全厂煤气平衡控制系统，将焦化工序的3.12万方焦炉煤气用等热值的约24.747万高炉煤气进行置换，在保障3台发电机组正常运行前提下，可将2.5万方COG和4万方转炉煤气置换出来供低碳高炉使用。动态优化后的全厂煤气平衡表，见表4所示。
表4动态优化后的全厂煤气平衡表
此时没有不存在放散，煤气重新维持了平衡，此时发电机负荷率为96.520％。
表5发电机负荷率为96.520％时的煤气数据
| 燃气发电机组容量 | 30.000 |
| 燃气发电可发(万度) | 28.956 |
| 燃气发电实发(万度) | 28.956 |
| 发电机负荷率(％) | 96.520 |
| 小时煤气放散(万立) | 0.000 |
4)输出可供低碳高炉(1)使用的富余煤气种类、煤气量及成分等参数，见表6所示。
表6低碳高炉使用的煤气参数
5)可供低碳高炉使用的富余煤气有焦炉煤气2.5万m3/h，转炉煤气4万m3/h，进入高炉喷吹煤气系统，见图2所示。基于煤气条件，确定采用焦炉煤气和转炉煤气喷吹耦合方案。焦炉煤气喷吹系统，包括煤气净化装置、煤气加压装置和煤气喷吹装置；转炉煤气喷吹系统，包括煤气加压装置、煤气脱碳装置和煤气喷吹装置。
6)确定喷吹煤气方案后，通过多介质喷吹控制系统，通过收集高炉用原燃料及矿石冶金性能数据、喷吹煤气参数数据，并根据低碳高炉的工况条件，利用多介质喷吹计算模型，确定最佳入炉参数及原燃料及矿石参数。基于转炉煤气最佳喷吹量50～125m3/t，焦炉煤气喷吹最佳H2/(CO+H2)控制在15％～20％范围内，富余6.5万方富余煤气平均供2座2300m3高炉使用。混合煤气喷吹量控制在70～90m3/t，H2/(H2+CO)控制在15.7％左右。
7)利用原燃料动态调控系统和多介质喷吹控制系统，确定低碳高炉用燃料及炉料消耗及及其他高炉指标参数，见表7所示，主要经济技术指标见表8。
表7主要原燃料消耗指标(kg/t)
| 焦炭 | 煤粉 | 烧结矿 | 球团矿 | 块矿 | 混合矿 | 碎铁 |
| 342 | 120 | 1205.4 | 91.27 | 276.95 | 1573.59 | 71.00 |
表8主要经济技术指标
8)输出炉顶煤气量及热值、成分等参数，见下表9所示；返回全厂煤气平衡系统，再次进行煤气平衡调控。
表9炉顶煤气量及热值、成分等参数
| 项目 | H2 | CO | CO2 | N2 | 煤气发生量(干)m3/t |
| 体积分数％ | 5.14 | 23.77 | 26.21 | 44.89 | 1356 |
综上所述，本申请提供一种高炉煤气动态调控系统，首先获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据，然后根据所述煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据判断所述目标钢铁厂的煤气是否收支平衡；如果平衡，则维持当前状态，输出煤气平衡信息；如果不平衡，则动态优化调整煤气消耗路径，并置换高热值煤气以供目标高炉使用；以及获取目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量，并根据所述目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量确定所述目标高炉的喷吹方案；再计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数，并根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；以及根据所述喷吹方案、所述操作参数、所述冶金炉料、所述燃料配比以及所述燃料用量消耗部分富余煤气；以及，消耗部分富余煤气来加热冷风，向所述目标高炉提供风温及富氧；最后输出炉顶煤气，并迭代获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据，以使目标钢铁厂的煤气达到动态平衡。由此可知，本系统在钢铁厂存在富余煤气时，可以通过利用低碳高炉来动态调整全厂煤气平衡，消纳钢铁厂的富余煤气，一方面可有效减少煤气放散，降低污染排放和能源浪费，另一方面可充分利用富余煤气中的有效还原介质CO和H2，提高高炉的间接还原，降低固体碳素燃料消耗，降低CO2排放，实现节能降碳。相当于本系统通过收集全厂煤气收支情况，动态判断全厂煤气是否平衡，同时根据全厂煤气变化及煤气用户设备检修维护情况，利用全厂煤气平衡控制系统，调整全厂煤气平衡，将高热值煤气置换出来后，经高炉喷吹煤气系统及多介质喷吹控制系统，回喷至低碳高炉内。
本申请还提供了一种高炉煤气动态调控方法，所述方法包括以下步骤：
获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据；其中，所述煤气种类包括：高炉煤气、转炉煤气及焦炉煤气；
根据所述煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据判断所述目标钢铁厂的煤气是否收支平衡；如果平衡，则维持当前状态，输出煤气平衡信息；如果不平衡，则动态优化调整煤气消耗路径，并置换高热值煤气以供目标高炉使用；
获取目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量，并根据所述目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量确定所述目标高炉的喷吹方案；
计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数，并根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；
根据所述喷吹方案、所述操作参数、所述冶金炉料、所述燃料配比以及所述燃料用量消耗部分富余煤气；以及，消耗部分富余煤气来加热冷风，向所述目标高炉提供风温及富氧；
输出炉顶煤气，并迭代获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据，以使目标钢铁厂的煤气达到动态平衡。
根据上述记载，在一示例性实施例中，所述计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数的过程包括：在所述目标高炉喷吹焦炉煤气后，将所述目标高炉中的H2/(CO+H2)控制在15％～20％之间；以及，在所述目标高炉喷吹转炉煤气后，将喷吹气量控制在50～125m3/t之间，以及将煤气热值控制在大于或等于6000kJ/m3。
在一示例性实施例中，根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量的过程包括：将所述操作参数与所述目标高炉的物料平衡与热平衡模型结合，动态所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；其中，所述操作参数包括回喷煤气种类和回喷量。
在本申请另一示例性实施例中，如图3所示，该实施例还提供一种高炉煤气动态调控的方法，包括以下步骤：
1)首先收集全厂煤气产出及消耗数据，全厂煤气包括：高炉煤气、转炉煤气及焦炉煤气。
2)判断全厂煤气收支情况，判断是否存在煤气放散情况，若平衡，则维持现状，输出煤气平衡信息；若不平衡，进入全厂煤气平衡控制系统进行煤气平衡调控。
以某钢铁企业为例，全厂通过煤气发电厂设置4台10万千瓦的发电机组来维持全厂煤气平衡。表10所示为发电机组正常生产时的全厂煤气平衡表，全厂剩余108.722万m3/h煤气(折算成高炉煤气后)。发电机组正常生产时，剩余煤气全部用户发电，发电机负荷率93％，全厂煤气无放散。
表10发电机组正常生产时钢铁厂的煤气平衡表
表11发电机负荷率为92.766％时的煤气数据
由于发电机组为特种设备，每年需要进行特种设备检验及检修，每次单台检修周期约46天，因此只有3台发电机组进行生产，按2.93m3高炉煤气发1度电计算，则每小时约有20.822万m3的煤气进行放散，即1天约损失7.106万度电，46天约损失金额5100万元。特种设备检验及检修损失金额如下表12所示。
表12特种设备检验及检修损失金额
| 燃气发电机组容量 | 30.000 |
| 燃气发电可发(万度) | 37.106 |
| 燃气发电实发(万度) | 30.000 |
| 发电机负荷率(％) | 100.000 |
| 小时煤气放散(万立) | 20.822 |
| 年检修时间(天) | 46 |
| 损失金额(万元) | 5100 |
3)收集全厂煤气发生量的变化情况，以及煤气用户，如电厂、加热装置的检修维护情况，利用全厂煤气平衡控制系统进行动态调控煤气平衡，优化调整煤气消耗路径，置换高热值的煤气供低碳高炉使用。
当煤气发电厂有1座机组检修时，正常将有约20.822万煤气放散。通过利用全厂煤气平衡控制系统，将焦化工序的3.12万方焦炉煤气用等热值的约24.747万高炉煤气进行置换，在保障3台发电机组正常运行前提下，可将2.5万方COG和4万方转炉煤气置换出来供低碳高炉使用。动态优化后的全厂煤气平衡表，见表13所示。
表13动态优化后的全厂煤气平衡表
此时没有不存在放散，煤气重新维持了平衡，此时发电机负荷率为96.520％。
表14发电机负荷率为96.520％时的煤气数据
| 燃气发电机组容量 | 30.000 |
| 燃气发电可发(万度) | 28.956 |
| 燃气发电实发(万度) | 28.956 |
| 发电机负荷率(％) | 96.520 |
| 小时煤气放散(万立) | 0.000 |
4)输出可供低碳高炉(1)使用的富余煤气种类、煤气量及成分等参数，见表15所示。
表15低碳高炉使用的煤气参数
5)可供低碳高炉使用的富余煤气有焦炉煤气2.5万m3/h，转炉煤气4万m3/h，进入高炉喷吹煤气系统，见图2所示。基于煤气条件，确定采用焦炉煤气和转炉煤气喷吹耦合方案。焦炉煤气喷吹系统，包括煤气净化装置、煤气加压装置和煤气喷吹装置；转炉煤气喷吹系统，包括煤气加压装置、煤气脱碳装置和煤气喷吹装置。
6)确定喷吹煤气方案后，通过多介质喷吹控制系统，通过收集高炉用原燃料及矿石冶金性能数据、喷吹煤气参数数据，并根据低碳高炉的工况条件，利用多介质喷吹计算模型，确定最佳入炉参数及原燃料及矿石参数。基于转炉煤气最佳喷吹量50～125m3/t，焦炉煤气喷吹最佳H2/(CO+H2)控制在15％～20％范围内，富余6.5万方富余煤气平均供2座2300m3高炉使用。混合煤气喷吹量控制在70～90m3/t，H2/(H2+CO)控制在15.7％左右。
7)利用原燃料动态调控系统和多介质喷吹控制系统，确定低碳高炉用燃料及炉料消耗及及其他高炉指标参数，见表16所示，主要经济技术指标见表17。
表16主要原燃料消耗指标(kg/t)
| 焦炭 | 煤粉 | 烧结矿 | 球团矿 | 块矿 | 混合矿 | 碎铁 |
| 342 | 120 | 1205.4 | 91.27 | 276.95 | 1573.59 | 71.00 |
表17主要经济技术指标
8)输出炉顶煤气量及热值、成分等参数，见下表18所示；返回全厂煤气平衡系统，再次进行煤气平衡调控。
表18炉顶煤气量及热值、成分等参数
| 项目 | H2 | CO | CO2 | N2 | 煤气发生量(干)m3/t |
| 体积分数％ | 5.14 | 23.77 | 26.21 | 44.89 | 1356 |
由此可知，本实施例通过对全厂煤气进行动态调控，一方面减少了煤气放散，杜绝了能源浪费，同时可节约经济效益约5100万元，另一方面，将富余的煤气经处理后回喷至低碳高炉内，充分发挥煤气的化学效应，提高高炉内的间接还原，降低了直接还原，从而减少了高炉固体碳素的消耗，可降低燃料消耗38kg/t，产生约20元/t的经济效益，仅按电厂检修期间(46天)计算，可产生经济效益约783万元，整体可产生约5883万元的经济效益；与此同时，每年还可降低钢铁企业CO2排放约34万吨，实现钢铁企业经济绿色低碳发展。
综上所述，本申请提供一种高炉煤气动态调控方法，首先获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据，然后根据所述煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据判断所述目标钢铁厂的煤气是否收支平衡；如果平衡，则维持当前状态，输出煤气平衡信息；如果不平衡，则动态优化调整煤气消耗路径，并置换高热值煤气以供目标高炉使用；以及获取目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量，并根据所述目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量确定所述目标高炉的喷吹方案；再计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数，并根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；以及根据所述喷吹方案、所述操作参数、所述冶金炉料、所述燃料配比以及所述燃料用量消耗部分富余煤气；以及，消耗部分富余煤气来加热冷风，向所述目标高炉提供风温及富氧；最后输出炉顶煤气，并迭代获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据，以使目标钢铁厂的煤气达到动态平衡。由此可知，本方法在钢铁厂存在富余煤气时，可以通过利用低碳高炉来动态调整全厂煤气平衡，消纳钢铁厂的富余煤气，一方面可有效减少煤气放散，降低污染排放和能源浪费，另一方面可充分利用富余煤气中的有效还原介质CO和H2，提高高炉的间接还原，降低固体碳素燃料消耗，降低CO2排放，实现节能降碳。相当于本方法通过收集全厂煤气收支情况，动态判断全厂煤气是否平衡，同时根据全厂煤气变化及煤气用户设备检修维护情况，利用全厂煤气平衡控制系统，调整全厂煤气平衡，将高热值煤气置换出来后，经高炉喷吹煤气系统及多介质喷吹控制系统，回喷至低碳高炉内。
需要说明的是，上述实施例所提供高炉煤气动态调控方法与上述实施例所提供的高炉煤气动态调控系统属于同一构思，上述实施例所提供的高炉煤气动态调控方法在实际应用中，可以根据需要而将上述高炉煤气动态调控系统的功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能，本处也不对此进行限制。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
本说明书中附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本申请可实施的范畴。
应当理解的是，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
Claims (10)
1.一种高炉煤气动态调控系统，其特征在于，包括有：
多介质喷吹控制系统模块，用于计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数；其中，所述目标高炉包括：低碳高炉；
原燃料动态调控系统模块，用于根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；
高炉喷吹煤气系统模块，用于根据所述目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量确定所述目标高炉的喷吹方案；
低碳高炉模块，用于生产铁水，以及根据所述喷吹方案、所述操作参数、所述冶金炉料、所述燃料配比以及所述燃料用量消耗部分富余煤气；
热风炉及送风系统模块，用于消耗部分富余煤气来加热冷风，向所述目标高炉提供风温及富氧；
全厂煤气平衡控制系统模块，用于动态分配所述富余煤气，以使所述富余煤气达到动态平衡；
全厂煤气燃烧加热系统模块，用于提供所述富余煤气；其中，所述富余煤气包括来自目标钢铁厂的富余煤气。
2.根据权利要求1所述的高炉煤气动态调控系统，其特征在于，所述系统还包括有：煤气发电厂模块，用于消耗除所述低碳高炉模块、所述热风炉及送风系统模块、所述全厂煤气燃烧加热系统模块之外的剩余煤气，并基于剩余煤气消耗结果产生高温蒸汽和发电量。
3.根据权利要求2所述的高炉煤气动态调控系统，其特征在于，所述系统还包括有：燃气放散模块，用于在所述煤气发电厂模块无法完全消耗所述富余煤气时，对剩余煤气进行燃烧放散。
4.根据权利要求1所述的高炉煤气动态调控系统，其特征在于，高炉喷吹煤气系统模块包括以下至少之一：高炉煤气循环喷吹系统单元、焦炉煤气喷吹系统单元、转炉煤气喷吹系统单元。
5.根据权利要求4所述的高炉煤气动态调控系统，其特征在于，高炉煤气循环喷吹系统单元包括以下至少之一：煤气除尘装置、煤气脱硫装置、煤气加压装置、煤气脱碳装置、煤气加热装置、煤气喷吹装置。
6.根据权利要求4所述的高炉煤气动态调控系统，其特征在于，所述焦炉煤气喷吹系统单元包括以下至少之一：煤气净化装置、煤气加压装置、煤气喷吹装置。
7.根据权利要求4所述的高炉煤气动态调控系统，其特征在于，转炉煤气喷吹系统单元包括以下至少之一：煤气加压装置、煤气脱碳装置、煤气喷吹装置。
8.一种高炉煤气动态调控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据；其中，所述煤气种类包括：高炉煤气、转炉煤气及焦炉煤气；
根据所述煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据判断所述目标钢铁厂的煤气是否收支平衡；如果平衡，则维持当前状态，输出煤气平衡信息；如果不平衡，则动态优化调整煤气消耗路径，并置换高热值煤气以供目标高炉使用；
获取目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量，并根据所述目标高炉预计使用的煤气种类及煤气量确定所述目标高炉的喷吹方案；
计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数，并根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；
根据所述喷吹方案、所述操作参数、所述冶金炉料、所述燃料配比以及所述燃料用量消耗部分富余煤气；以及，消耗部分富余煤气来加热冷风，向所述目标高炉提供风温及富氧；
输出炉顶煤气，并迭代获取目标钢铁厂的煤气种类以及每种煤气对应的消耗数据，以使目标钢铁厂的煤气达到动态平衡。
9.根据权利要求8所述的高炉煤气动态调控方法，其特征在于，所述计算并调控所述目标高炉在喷吹煤气后的操作参数的过程包括：
在所述目标高炉喷吹焦炉煤气后，将所述目标高炉中的H2/(CO+H2)控制在15％～20％之间；以及，
在所述目标高炉喷吹转炉煤气后，将喷吹气量控制在50～125m3/t之间，以及将煤气热值控制在大于或等于6000kJ/m3。
10.根据权利要求8所述的高炉煤气动态调控方法，其特征在于，根据所述操作参数动态调整所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量的过程包括：将所述操作参数与所述目标高炉的物料平衡与热平衡模型结合，动态所述目标高炉的冶金炉料、燃料配比以及燃料用量；其中，所述操作参数包括回喷煤气种类和回喷量。
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