基于生产工况的高炉煤气产生量与消耗量的标定方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于钢铁生产工况的高炉煤气产生量和消耗量标定方法，为冶金行业煤气平衡、动态预测、优化调度等方面提供计算方法和数据支持，属于钢铁行业煤气监测和煤气平衡【技术领域】。本发明利用小波技术将高炉煤气发生量和消耗量历史数据分离出趋势数据和波动数据，然后对提取的趋势数据结合实际生产工况进行高炉煤气产生量和消耗量标定。本发明与现有方法相比，其具有准确评价、预测高炉煤气产生量和消耗量指标，为煤气调度人员提供煤气供需数据，提高煤气利用效率，减少煤气放散，实现节能减排。
【专利说明】基于生产工况的局炉煤气产生量与消耗量的标定方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于钢铁行业煤气监测与煤气平衡【技术领域】，是钢铁生产过程中高炉煤气 实时数据预处理的一种方法，特别是为煤气动态平衡提供技术支持，解决高炉煤气在不同 工况下动态预测问题。
【背景技术】：
[0002] 目前，钢铁企业的煤气存在大量放散。大多数企业根据生产、检修计划由技术人员 制定煤气平衡方案，通知调度，由各个操作岗位技术人员执行操作。而对于非计划检修引起 的煤气不平衡问题，并没有统一标准来描述不同生产工况下煤气产生和消耗情况，一般处 理办法为根据人为经验反复调节煤气平衡，不能提前预知煤气量变化，致使煤气管网波动 较大，造成煤气放散，浪费能源。
[0003] 同时，钢铁企业的煤气预测处于静态预测阶段，根据生产计划、检修计划安排一 年、一季度、一个月等不同时间的煤气调度安排，不能全方位考虑煤气发生、消耗的各种影 响因素，造成调度人员在进行煤气平衡时没有准确定量煤气产消情况，只是依靠调度人员 经验，反复调节煤气系统，造成煤气系统恢复正常工况要较长的时间，增加煤气放散的几 率，给生产带来隐患。
【发明内容】
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[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种冶金煤气在不同工况下产生量和消耗量数 据处理方法。通过煤气监测设备的实时采集数据，运用小波分析方法，分离出煤气波动数据 和趋势数据，结合实际生产工况对煤气产生量和消耗量进行标定，为煤气系统的动态预测 和煤气优化调度提供技术支持和信息处理。应用本发明的标定方法能够较准确地挖掘冶金 煤气在不同生产工况下的煤气量信息，提供动态事件的函数表达方式，可以为煤气管理和 现场调度人员完成煤气平衡调度提供合理指导。
[0005] 本发明的技术方案是：基于生产工况的高炉煤气产生量和消耗量的标定方法，其 包含数据准备和煤气标定两个阶段；
[0006] 所述数据准备阶段包含以下几点：
[0007] 1)按照设备运行工况，设立工况点，进行工况点划分，即对设备运行工况具体细 分。一个工况点只能是基准工况或是非基准工况，如果工况点处于非基准工况状态，只能对 应非基准工况其中的一种。如高炉运行工况点划分为高炉基准工况、高炉年修、月修、临时 休风、热风炉减风1500、热风炉减风1000和热风炉减风1000以下事件；
[0008] 2)记录高炉煤气实时产生量(消耗量）与单元产品产量，要求煤气产生量(消耗量） 与产品产量时时对应；
[0009] 3)记录设备计划检修和临时事件的高炉煤气产生、消耗量，即设备基准工况和非 基准工况煤气产生量(消耗量)。
[0010] 所述煤气标定分为以下步骤： toon] 步骤一、对收集煤气量数据进行小波区分，得到趋势数据和波动数据；
[0012] 步骤二、对波动数据结合实际设备运行工况进行事件分离，得出基准工况和非基 准工况数据；。
[0013] 步骤三、针对不同工况点对分离后趋势数据进行标定。工况点标定如下：
[0014] 1)高炉基准工况煤气发生量的标定。
[0015] 基准工况，即高炉运行常规状态下，主体设备和生产都在正常状态。煤气发生量的 标定有两种基本形式，即：基准发生量标定和额定发生量标定。
[0016] a.基准发生量标定
[0017] 基准发生量标定是描述在统计时间周期T内，煤气发生量与作业时间t的 关系。
【权利要求】
1. 一种基于生产工况的高炉煤气产生量与消耗量的标定方法，其特征在于：该方法的 步骤如下： 步骤一、采用实时监控采集数据，监测设备产品产量、运行工况和煤气产消量，设立工 况点，描述设备运行所有基准与非基准工况； 步骤二、运用小波分析方法，将大量煤气历史数据分离出波动数据和趋势数据； 步骤三、根据步骤一分离出的工况点，将趋势数据划分为基准与非基准工况所对应的 工况点数据，建立相应的标定模型，得到模型参数，完成标定。
2. 如权利要求1所述的基于生产工况的高炉煤气产生量与消耗量的标定方法，其特征 在于 步骤一所述的过程是设备运行现场观测与能源管理系统实时数据库读取历史煤气量 数据相结合的方式，监测设备运行所有运行事件，再在设立工况点，描述设备运行工况； 步骤二利用小波分离技术，将监测到的煤气量历史数据分离为波动数据和趋势数据， 结合工况点监测事件，对趋势数据分类为基准工况数据和非基准工况数据。 基准工况标定考虑产品产量、设备运行情况等因素，采用基准产生量，即消耗量标定和 额定产生量即消耗量标定方法，描述设备正常运行时煤气量与时间、产品产量的关系。 高炉非基准工况煤气发生量的标定，将非基准工况划分为休风事件和减风事件，对不 同工况建立不同标定模型。其休风事件细分为减风阶段、休风阶段和复风阶段，建立最小二 乘线性标定模型；减风事件划分为热风炉减风1500、热风炉减风1000和热风炉减风1000 以下事件，建立最小二乘减风1500和减分1000不同标定模型。
3. 根据权利要求1所述的基于生产工况的高炉煤气产生量与消耗量的标定方法，其特 征在于：根据设备运行现场实时监控与数据库读取历史煤气量信息，本发明包含数据准备 和煤气标定两个阶段。 所述数据准备阶段包含以下几点： 1) 按照设备运行工况，设立工况点，进行工况点划分，即对设备运行工况具体细分，一 个工况点只能是基准工况或是非基准工况，如果工况点处于非基准工况状态，只能对应非 基准工况其中的一种； 2) 记录高炉煤气实时产生量即消耗量与单元产品产量，要求煤气产生量即消耗量与产 品产量时时对应； 3) 记录设备计划检修和临时事件的高炉煤气产生、消耗量，即设备基准工况和非基准 工况煤气产生量即消耗量： 所述煤气标定分为以下步骤： 步骤一、对收集煤气量数据进行小波区分，得到趋势数据和波动数据； 步骤二、对波动数据结合实际设备运行工况进行事件分离，得出基准工况和非基准工 况数据； 步骤三、针对不同工况点对分离后趋势数据进行标定，工况点标定如下： 1)高炉基准工况煤气发生量的标定； 基准工况，即高炉运行常规状态下，主体设备和生产都在正常状态；煤气发生量的标定 有两种基本形式，即：基准发生量标定和额定发生量标定； a.基准发生量标定 基准发生量标定是描述在统计时间周期T内，煤气发生总量Q与作业时间t的关系；
式中，Qjzhbd, proBFG--高炉煤气基准发生量； QiiBF^out--高炉煤气发生量； T-标定统计周期； t--在统计周期T内非基准工况运行时间； b.定额发生量标定 定额发生量标定是描述统计时期内，产品产量W与煤气产生量Q之间的关系；
式中，--高炉煤气额定发生量； W--统计周期内基准工况铁水产量；w--统计周期内非基准工况铁水产量； 2)高炉非基准工况煤气发生量的标定； 非基准工况是高炉运行受生产事件影响，主体生产和设备运行状态脱离基准工况运 行；标定时间从高炉运行出现变化到恢复正常运行时间；以煤气是否回收为标准划分，将 事件细分为休风事件和减风事件；如数据准备阶段1)所述，高炉非基准工况休风事件分为 高炉年休、月修、临时休风，减风事件分为热风炉减风1500、热风炉减风1000和热风炉减风 1000以下事件，共计六种非基准工况； a.休风事件标定 休风事件标定可分为三个阶段：减风，休风，复风；
式中，Qbd，P?BF(：--标定煤气发生量； Ti--高炉在休风事件i阶段，ie(减风，休风，复风）； 对于同一座高炉而言，每次减风过程持续时间几乎不变，其持续事件大体相同为60分 钟左右，由基准发生量在60分钟左右降到零，标定为线性函数：q=at+b，由最小二乘法得 出a、b基础参数，其最小_乘减风事件|吴型为：
式中，T--煤气减风时间；t--设备运行时间； a、b--最小二乘减风时间模型基础参数； 复风阶段Tsw为高炉复风时间，与休风时间有关，根据生产实际工况，复风为线性 变化，其最小二乘事件模型为：
Tsm-复风持续时间； b.减风事件标定 当高炉运行出现崩料、悬料或高炉出铁不顺等异常情况时，需要对高炉减风处理，减风 量大小根据事件发生态势做出相应变化；根据高炉实际生产工况，热风炉减风1000以下事 件相对其他减风事件发生频率较大，煤气发生量波动较小，具有不固定性，所以在标定期间 选取几个具有代表性案例进行代替；在热风炉减风1000以下不能修正高炉正常生产时，热 风炉需要继续减风，发生热风炉减风1000事件，波动量小于热风炉减风1500事件；如果，高 炉运行继续异常，应持续减风达到减风1500;其减风1500事件最小二乘标定模型为（如图 4)：
式中，--高炉煤气在发生热风炉减风1500时煤气发生量； T--热风炉减风1500事件持续时间；a、b、c-模型参数； 热风炉减风1000事件最小二乘标定模型为（如图5):
式中，--咼炉煤气在友生热风炉減风1000时煤气友生重； T-热风炉减风1000事件持续时间； a、b、c-模型参数； 3)对高炉煤气用户煤气消耗量进行标定； 为满足企业进行能耗分析和能效对标等方面的需求，高炉煤气消耗量标定采用以下两 种方式进行标定，即基准消耗量和额定消耗量； a. 基准消耗量标定
式中，Qjzhbd, exBFG--基准煤气消耗量； Qi, BFG, ex--高炉煤气消耗量； T--标定统计周期； t--在统计周期T内非基准工况运行时间； b. 额宙消耗景标宙
式中，Q?m，p?BF(：--高炉煤气额定消耗量；QiiBF^out--高炉煤气消耗量； W--统计周期内基准工况产品产量；ω--统计周期内非基准工况产品产量。
【文档编号】G05B19/418GK104238483SQ201310723376
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】张琦, 李鸿亮, 蔡九菊, 白晓波, 徐伟, 马光宇, 徐春柏 申请人:东北大学, 鞍钢股份有限公司