一种焦炉热效率在线监测方法与流程
本发明涉及焦炉热效率的在线监测方法，属于软测量领域。
背景技术：
现代焦炉是指以生产冶金焦、汽化焦等为主要目的，可以回收炼焦化学产品的水平式焦炉，其中的能源类型主要为煤气燃烧释放和碳化室煤隔绝空气干馏所消耗的化学能，以及系统各部分耗散的热能。作为一个耗能巨大的系统，其热效率的高低直接影响能源利用率和经济效益。
目前，焦炉炼焦系统操作人员主要依靠经验调整焦炉系统的运行工况，在实际生产运行中，当焦炉出现运行参数、设备负荷等情况波动时，难以及时、准确地调整系统运行工况，导致焦炉热耗增加。同时，当焦炉运行参数、设备负荷等产生影响时，实时热效率虽然会产生瞬时波动，但并不表明焦炉系统能效发生了锐变。因此，如何真实有效反应出焦炉系统能效的变化情况，实现在线监测，指导操作人员及时、准确地调整焦炉系统的运行工况，保证焦炉系统稳定、经济运行，是相关技术人员普遍关心的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供了一种焦炉热效率在线监测方法，该方法首先采用煤气燃烧计算及热平衡分析模型计算出焦炉实时热效率，然后通过滑动平均处理，计算出系统的滑动平均热效率，从而实现焦炉系统的热效率在线监测。该方法可有效处理焦炉运行参数、设备负荷等因素波动对实时热效率计算的影响，以保证输出结果稳定可靠，具有良好的可实施性和操作性。
为达成上述目的，本发明的技术方案是：一种焦炉热效率在线监测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：采集焦炉控制系统中的运行参数数据及检化验设备中的煤气成分数据，采样周期为T；
步骤2：判断焦炉系统是否处于稳定运行状态，当焦炉系统处于稳定运行状态时，执行步骤3；否则，返回步骤1；
步骤3：设定热效率计算的滑动平均周期为kT，存储空间y[k-1]存储往前(k-1)个计算周期的的滑动平均热效率；
步骤4：根据焦炉系统的煤气燃烧计算及热平衡分析模型，计算第k个计算周期焦炉系统的实时热效率ηk；
步骤5：读取往前(k-1)个计算周期的滑动平均热效率，计算k时刻的滑动平均热效率ηavk；
步骤6：将ηavk及往前(k-2)个周期的滑动平均热效率存储到存储空间y[k-1]中；
重复步骤1～6，进行(k+1)时刻滑动平均热效率的计算，进行热效率的连续在线分析。
作为本发明的技术方案，上述判断焦炉系统是否处于稳定运行状态判据为：
1)烟道氧含量在其历史平均范围内±30％波动；
2)烟道废气温度在295～325℃之间波动。
作为本发明的技术方案，上述的煤气燃烧计算及热平衡分析基准分别为：温度基准：0℃；质量基准：1吨湿煤。
作为本发明的技术方案，根据焦炉系统的煤气燃烧计算及热平衡分析模型，焦炉系统的实时热效率ηk计算步骤如下：
1)计算每立方米煤气燃烧所需的理论氧量
——每立方米煤气燃烧所需的理论氧气量，m3/m3；
——每立方米进气煤气中氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、苯、氧气所占的体积百分数，％；
2)计算每立方米煤气燃烧理论所需空气量
LT——每立方米煤气燃烧理论所需空气量，m3/m3；
3)计算空气过剩系数
式中：α——空气过剩系数，一般值为1.15～1.25；
——每立方米煤气燃烧后废气中氧气、一氧化碳、二氧化碳的体积，m3/m3；
K——系数；
——为每立方米煤气燃烧生成的二氧化碳的体积，m3/m3；
4)计算每立方米煤气燃烧实际所需的空气量
LP＝αLT；
LP——每立方米煤气燃烧实际所需的空气量，m3/m3；
5)计算废气中各组分体积
——每立方米煤气燃烧后废气中二氧化碳、水、氮气、氧气的体积，m3/m3；
——每立方米煤气燃烧后废气的体积，m3/m3；
6)计算每吨湿煤炼焦供给的总热量
Qk＝QA+QB+QC；
QA＝VQg；
QB＝cgtV；
QC＝cAtLpV；
Qk——每吨湿煤炼焦供给的总热量，物理单位为kJ/t；
QA——每吨湿煤炼焦所需煤气的燃烧热量，物理单位为kJ/t；
V——每吨湿煤炼焦需要燃烧的煤气体积，物理单位为m3/t；
Qg——每立方米煤气燃烧产生的热量，物理单位为kJ/m3；
QB——每吨湿煤炼焦所需煤气的焓，物理单位为kJ/t；
cg——煤气比热容，物理单位为kJ/(m3·℃)；
t——煤气入炉温度，物理单位为℃；
QC——每吨湿煤炼焦需要空气的焓，物理单位为kJ/t；
cA——空气比热容，物理单位为kJ/(m3·℃)；
Lp——每立方米煤气燃烧需要的空气，m3/m3；
7)计算每吨湿煤炼焦产生废气带走热量
Q0k＝VWcWtW；
Q0k——每吨湿煤炼焦所产生废气的焓，物理单位为kJ/t；
VW——每吨湿煤炼焦所产生废气量，物理单位为m3/t；
cW——废气比热容，物理单位为kJ/(m3·℃)；
tW——废气温度，物理单位为℃；
8)焦炉实时热效率
ηk——焦炉实时热效率，％。
作为本发明的技术方案，读取往前(k-1)个计算周期的滑动平均热效率，计算k时刻的滑动平均热效率ηavk：
作为本发明的技术方案，将ηavk及往前(k-2)个周期的滑动平均热效率存储到存储空间y[k-1]中。
重复上述步骤，进行(k+1)时刻滑动平均热效率的计算，进行热效率的连续在线分析。
本发明的优点在于：
作为一种软测量方法，焦炉热效率的测算过程中所需的参数均可从DCS(或SIS)系统的实时数据库中直接读取，现场不需要额外增加分析或测量仪表等昂贵的辅助设备。并可集成在已有的DCS(或SIS)系统中，成本低，具有良好的可实施性和操作性。
本方法可有效处理焦炉运行参数、设备负荷等因素波动对实时热效率计算的影响，输出结果稳定可靠，具有良好的可实施性和操作性。。
附图说明
图1是一种焦炉热效率在线监测方法流程图；
图2是实施本发明提供方法的系统结构图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。应强调的是，下述说明仅仅是示例性质的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明首先采用煤气燃烧计算及热平衡分析模型计算出焦炉实时热效率，然后通过滑动平均处理，计算出系统的滑动平均热效率，从而实现焦炉系统的热效率在线监测。
图2是实施本发明提供方法的系统结构图。如图2所示，在实施本发明之前，先要搭建硬件系统。配置一台安全隔离网关，用于采集焦炉系统DCS系统数据，并与DCS系统进行安全隔离；一台IO服务器用于采集实时数据；一台应用服务器用于运行计算程序；一台WEB服务器用于向企业内网发布计算展示画面及报表；一台工作站用于实时监视。
参见图1和图2，本发明一种焦炉热效率在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1：采集焦炉控制系统中的运行参数数据及检化验设备中的煤气成分数据，采样周期为T。
步骤2：判断焦炉系统是否处于稳定运行状态，当烟道氧含量在其历史平均范围内±30％波动，且烟道废气温度在295～325℃之间波动时，执行步骤3；否则，返回步骤1。
步骤3：设定热效率计算的滑动平均周期为kT，存储空间y[k-1]存储往前(k-1)个计算周期的的滑动平均热效率。
步骤4：根据焦炉系统的煤气燃烧计算及热平衡分析模型，第k个计算周期焦炉系统的实时热效率ηk计算步骤如下：
1)计算每立方米煤气燃烧所需的理论氧量
——每立方米煤气燃烧所需的理论氧气量，m3/m3；
——每立方米进气煤气中氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、苯、氧气所占的体积百分数，％；
2)计算每立方米煤气燃烧理论所需空气量
LT——每立方米煤气燃烧理论所需空气量，m3/m3；
3)计算空气过剩系数
式中：α——空气过剩系数，一般值为1.15～1.25；
——每立方米煤气燃烧后废气中氧气、一氧化碳、二氧化碳的体积，m3/m3；
K——系数；
——为每立方米煤气燃烧生成的二氧化碳的体积，m3/m3；
4)计算每立方米煤气燃烧实际所需的空气量
LP＝αLT；
LP——每立方米煤气燃烧实际所需的空气量，m3/m3；
5)计算废气中各组分体积
——每立方米煤气燃烧后废气中二氧化碳、水、氮气、氧气的体积，m3/m3；
——每立方米煤气燃烧后废气的体积，m3/m3；
6)计算每吨湿煤炼焦供给的总热量
Qk＝QA+QB+QC；
QA＝VQg；
QB＝cgtV；
QC＝cAtLpV；
Qk——每吨湿煤炼焦供给的总热量，物理单位为kJ/t；
QA——每吨湿煤炼焦所需煤气的燃烧热量，物理单位为kJ/t；
V——每吨湿煤炼焦需要燃烧的煤气体积，物理单位为m3/t；
Qg——每立方米煤气燃烧产生的热量，物理单位为kJ/m3；
QB——每吨湿煤炼焦所需煤气的焓，物理单位为kJ/t；
cg——煤气比热容，物理单位为kJ/(m3·℃)；
t——煤气入炉温度，物理单位为℃；
QC——每吨湿煤炼焦需要空气的焓，物理单位为kJ/t；
cA——空气比热容，物理单位为kJ/(m3·℃)；
Lp——每立方米煤气燃烧需要的空气，m3/m3；
7)计算每吨湿煤炼焦产生废气带走热量
Q0k＝VWcWtW；
Q0k——每吨湿煤炼焦所产生废气的焓，物理单位为kJ/t；
VW——每吨湿煤炼焦所产生废气量，物理单位为m3/t；
cW——废气比热容，物理单位为kJ/(m3·℃)；
tW——废气温度，物理单位为℃；
8)计算焦炉实时热效率
ηk——焦炉实时热效率，％。
步骤5：读取往前(k-1)个计算周期的滑动平均热效率，计算k时刻的滑动平均热效率：
步骤6：将ηavk及往前(k-2)个周期的滑动平均热效率存储到存储空间y[k-1]中。
重复步骤1～6，进行(k+1)时刻滑动平均热效率的计算，进行热效率的连续在线分析。
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