一种煤粉目标喷吹量确定方法、系统及存储介质与流程

本技术涉及高炉生产，具体涉及一种煤粉目标喷吹量确定方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、在高炉生产过程中，铁矿石还原和加热熔化都需要碳。现阶段，为降低生产成本，人们尝试向高炉炉缸风口喷入煤粉来代替焦炭，以使煤粉在风口前燃烧，同时，喷煤后，便于高炉利用煤粉调节炉温，提高了操作便捷性。煤粉和高还原性煤气经风口进入高炉后，在风口回旋区与氧气结合放出大量热量，这些热量部分用于维持渣铁融化，另一部分用于保障高炉内化学反应发生。

2、目前，煤粉喷吹量大多通过配料结构和操作人员的经验确定，然而，在料批改变或煤粉与其他介质(如煤气、生物质炭等)混合喷吹时，对煤粉喷吹量的确定提出挑战，将可能引起炉温的异常和炉况的波动。针对煤粉喷吹控制，已有一些文献报道，如公开号为cn105368996b的专利文献公开了一种用于高炉喷煤系统喷吹量的自动控制方法，其通过跟踪煤粉喷吹速率实现喷吹控制，如公开号为cn104451004 a的专利文献公开了一种高炉煤粉喷吹量精细控制方法，其通过跟踪不同重量的料批在高炉内的下移过程匹配适宜喷煤量。然而，上述两种方法均未考虑喷煤量对炉内化学反应及热量平衡的影响，导致采用依据以上方法确定得到的喷煤量进行生产，高炉炉况稳定性不佳。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术提供一种煤粉目标喷吹量确定方法、系统及存储介质，以解决相关技术未考虑喷煤量对炉内化学反应及热量平衡的影响，导致采用依据以上方法确定得到的喷煤量进行生产，高炉炉况稳定性不佳的技术问题。

2、第一个方面，本技术提供一种煤粉目标喷吹量确定方法，所述煤粉目标喷吹量确定方法包括：

3、获取高炉生产的原燃料参数、过程参数、出铁参数、热力学参数和物性参数；

4、根据原燃料参数、过程参数、出铁参数、热力学参数及物性参数，确定过程耗热量及还原总热量；

5、根据过程参数及热力学参数，确定鼓风显热；

6、根据预设煤粉喷吹量、煤粉喷吹量与喷煤载气量的预设比值、原燃料参数、出铁参数及热力学参数，确定渣铁熔化耗热量及放热总量；

7、根据原燃料参数、出铁参数及热力学参数，确定放热总量；

8、基于鼓风显热、还原总热量、过程耗热量、渣铁熔化耗热量及还原总热量，确定平衡程度，所述平衡程度包括平衡和不平衡；

9、若所述平衡程度为平衡，将所述预设煤粉喷吹量确定为煤粉目标喷吹量。

10、在本技术的一示例性实施例中，所述原燃料参数包括炉料中吨铁所含碳酸钙质量、炉料中吨铁所含碳酸镁质量、吨铁对应的煤粉含水量、吨铁对应的煤气含水量、吨铁对应的矿石含水量、吨铁对应的熔剂含水量及吨铁炉料中所含游离水的质量；所述出铁参数包括单位时间内生铁产量；所述过程参数包括单位时间冷却水用量、冷却水入口水温、冷却水出口水温、炉尘温度、炉料入炉温度、吨铁炉尘量、炉顶煤气中各组分吨铁体积；所述物性参数包括水分比热容、氢气比热容、二氧化碳比热容、一氧化碳水热及炉尘比热容；所述热力学参数包括碳酸钙的分解反应焓、碳酸镁的分解反应焓、水煤气反应焓，所述水煤气反应焓为煤炭和水反应生成氢气和一氧化碳的反应焓，确定过程耗热量，包括：

11、根据炉料中吨铁所含碳酸钙质量、炉料中吨铁所含碳酸镁质量、碳酸钙的分解反应焓及碳酸镁的分解反应焓，确定碳酸盐分解耗热；

12、根据水煤气反应焓、吨铁对应的煤粉含水量、吨铁对应的煤气含水量、吨铁对应的矿石含水量、吨铁对应的熔剂含水量、炉料入炉温度及吨铁炉料中所含游离水的质量，确定水分蒸发耗热；

13、根据单位时间内生铁产量、水分比热容、单位时间冷却水用量、冷却水入口水温及冷却水出口水温，确定冷却水带走热量；

14、基于炉尘比热容、炉尘温度及吨铁炉尘量，确定炉尘带走热量；

15、基于氢气比热容、二氧化碳比热容、一氧化碳水热、水分比热容、炉顶煤气中氢气吨铁体积、炉顶煤气中二氧化碳吨铁体积、炉顶煤气中一氧化碳吨铁体积、炉顶煤气中水蒸汽吨铁体积及炉顶煤气中氮气吨铁体积，确定炉顶煤气带走显热；

16、基于碳酸盐分解耗热、水分蒸发耗热、冷却水带走热量、炉尘带走热量及炉顶煤气带走显热，确定过程耗热量。

17、在本技术的一示例性实施例中，所述原燃料参数还包括炉料中各固体组分质量、炉料中各固体组分含水量、炉料中铁矿石中铁的氧化物所含氧元素的摩尔量、吨铁混合矿用量、混合矿中氧化铁含量、混合矿中铁含量、混合矿中硫化亚铁含量；所述过程参数还包括焦煤碳在风口反应产生的一氧化碳的体积、煤粉在风口反应产生的一氧化碳的体积、喷吹气在风口反应产生的一氧化碳的体积、鼓风中水分在风口反应产生的一氧化碳的体积、煤粉在风口反应产生的氢气的体积、喷吹气在风口反应产生的氢气的体积、鼓风中水分在风口反应产生的氢气的体积、煤粉中氮气体积、喷吹气中氮气体积、鼓风中氮气体积、煤粉中氢气体积、喷吹气中氢气体积、鼓风中氢气体积、焦炭碳中氢气体积、炉顶煤气量、氢气利用率；所述物性参数还包括二氧化碳摩尔比体积、一氧化碳摩尔体积、氢气摩尔体积、碳酸镁摩尔质量、碳酸钙摩尔质量、水摩尔质量；所述出铁参数包括铁水中锰元素含量、铁水中硅元素含量、铁水中硫元素含量及铁水中钛元素含量；所述热力学参数还包括第一反应焓、第二反应焓、第三反应焓、第四反应焓、第五反应焓、第六反应焓、第七反应焓、第八反应焓、第九反应焓和第十反应焓，所述第一反应焓为一氧化铁与碳反应生成一氧化碳和铁的反应焓，所述第二反应焓为二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳的反应焓，所述第三反应焓为一氧化锰和碳反应生成锰和一氧化碳的反应焓，所述第四反应焓为五氧化二磷和碳反应生成磷和一氧化碳的反应焓，所述第五反应焓为二氧化钛和碳反应生成一氧化碳和钛的反应焓，所述第六反应焓为硫化亚铁、氧化钙和碳反应生成铁、硫化钙和一氧化碳的反应焓，所述第七反应焓为氧化铁和一氧化碳反应生成四氧化三铁和二氧化碳的反应焓，所述第八反应焓为四氧化三铁和一氧化碳反应生成一氧化铁和二氧化碳的反应焓，所述第九反应焓为一氧化铁和一氧化碳和反应生成铁和二氧化碳的反应焓，所述第十反应焓为一氧化铁和氢气反应生成铁和水的反应焓；确定还原总热量，包括：

18、根据炉料中吨铁所含碳酸钙质量、碳酸钙摩尔质量、炉料中吨铁所含碳酸镁质量、碳酸镁摩尔质量及二氧化碳摩尔体积，确定碳酸盐分解产生煤气量；

19、根据炉料中各固体组分质量、炉料中各固体组分含水量、水摩尔质量、一氧化碳摩尔体积及氢气摩尔体积，确定水分蒸发产生煤气量；

20、根据焦煤碳在风口反应产生的一氧化碳的体积、煤粉在风口反应产生的一氧化碳的体积、喷吹气在风口反应产生的一氧化碳的体积、鼓风中水分在风口反应产生的一氧化碳的体积、煤粉在风口反应产生的氢气的体积、喷吹气在风口反应产生的氢气的体积、鼓风中水分在风口反应产生的氢气的体积、煤粉中氮气体积、喷吹气中氮气体积及鼓风中氮气体积，确定炉腹煤气量；

21、根据碳酸盐分解产生煤气量、水分蒸发产生煤气量、炉顶煤气量及炉腹煤气量，确定直接还原产生的煤气量；

22、基于铁水中锰元素含量、铁水中硅元素含量、铁水中硫元素含量及铁水中钛元素含量，确定杂质元素氧化物还原产生的煤气量；

23、基于直接还原产生的煤气量、杂质元素氧化物还原产生的煤气量、一氧化碳摩尔体积及炉料中铁矿石中铁的氧化物所含氧元素的摩尔量，确定直接还原度；

24、根据直接还原度、第一反应焓、第二反应焓、第三反应焓、第四反应焓、第五反应焓、第六反应焓、第七反应焓、第八反应焓、第九反应焓、第十反应焓、吨铁混合矿用量、氢气利用率、煤粉在风口反应产生的氢气的体积、喷吹气在风口反应产生的氢气的体积、鼓风中水在风口反应产生的氢气的体积、焦炭碳在风口反应产生的氢气的体积、铁水中铁含量、铁水中硅含量、铁水中锰含量、铁水中钛含量、铁水中磷含量、铁水中硫含量、混合矿中氧化铁含量、混合矿中铁含量及混合矿中硫化亚铁含量，确定还原总热量。

25、在本技术的一示例性实施例中，确定还原总热量，包括：

26、根据第七反应焓、第八反应焓、第九反应焓、第十反应焓、吨铁混合矿用量、混合矿中氧化铁的含量、氢气利用率、煤粉在风口反应产生的氢气的体积、喷吹气在风口反应产生的氢气的体积、鼓风中水在风口反应产生的氢气的体积、焦炭碳在风口反应产生的氢气的体积、混合矿中氧化铁含量、混合矿中铁含量及混合矿中硫化亚铁含量，确定间接还原耗热；

27、根据直接还原度、第一反应焓、第二反应焓、第三反应焓、第四反应焓、第五反应焓、第六反应焓、吨铁混合矿用量、铁水中铁含量、铁水中硅含量、铁水中锰含量、铁水中钛含量、铁水中磷含量、铁水中硫含量、混合矿中铁含量及混合矿中硫化亚铁含量，确定还原总热量。

28、在本技术的一示例性实施例中，所述过程参数包括鼓风体积、氧气体积及鼓风温度，所述热力学参数包括鼓风比热容，确定鼓风显热，包括：

29、基于鼓风体积、氧气体积、鼓风温度及鼓风比热容，确定鼓风显热。

30、在本技术的一示例性实施例中，所述原燃料参数包括炉料中二氧化硅质量、炉料中氧化铝质量、炉料中氧化钙质量、炉料中氧化镁质量、炉料中二氧化钛质量、炉料中硫元素质量、炉料中锰元素质量及炉料中铁元素质量，所述出铁参数包括铁元素转入生铁中的回收率、锰元素转入生铁中的回收率、铁水中硅元素含量、铁水中硫元素含量及铁水中钛元素含量；所述热力学参数包括炉渣热焓和铁热焓；确定渣铁熔化耗热量，包括：

31、根据炉料中二氧化硅质量、炉料中氧化铝质量、炉料中氧化钙质量、炉料中氧化镁质量、炉料中二氧化钛质量、炉料中硫元素质量、炉料中锰元素质量、炉料中铁元素质量、铁元素转入生铁中的回收率、锰元素转入生铁中的回收率、铁水中硅元素含量、铁水中硫元素含量及铁水中钛元素含量，确定炉渣量；

32、根据炉渣量、炉渣焓、吨铁量及铁熔化焓，确定渣铁熔化耗热量。

33、在本技术的一示例性实施例中，所述原燃料参数包括吨铁煤粉用量、吨铁煤气喷吹量、焦炭中固体碳的含量、煤粉中固体碳的含量、焦炭中甲烷的含量、煤粉中甲烷的含量、喷吹煤气中甲烷的含量及风口处参与燃烧的焦炭质量；所述过程参数包括焦煤碳在风口反应产生的一氧化碳的体积、煤粉在风口反应产生的一氧化碳的体积、喷吹气在风口反应产生的一氧化碳的体积、鼓风中水分在风口反应产生的一氧化碳的体积、煤粉在风口反应产生的氢气的体积、喷吹气在风口反应产生的氢气的体积、鼓风中水分在风口反应产生的氢气的体积、煤粉中氮气体积、喷吹气中氮气体积、鼓风中氮气体积；所述热力学参数包括碳燃烧生成一氧化碳的反应焓和甲烷燃烧反应焓；确定放热总量，包括：

34、根据焦煤碳在风口反应产生的一氧化碳的体积、煤粉在风口反应产生的一氧化碳的体积、喷吹气在风口反应产生的一氧化碳的体积、鼓风中水分在风口反应产生的一氧化碳的体积、煤粉在风口反应产生的氢气的体积、喷吹气在风口反应产生的氢气的体积、鼓风中水分在风口反应产生的氢气的体积、煤粉中氮气体积、喷吹气中氮气体积及鼓风中氮气体积，确定炉腹煤气量；

35、根据碳燃烧生成一氧化碳的反应焓、甲烷燃烧反应焓、吨铁煤粉用量、吨铁煤气喷吹量、焦炭中固体碳的含量、煤粉中固体碳的含量、焦炭中甲烷的含量、煤粉中甲烷的含量、喷吹煤气中甲烷的含量及风口处参与燃烧的焦炭质量，确定放热总量。

36、在本技术的一示例性实施例中，确定平衡程度，包括：

37、根据鼓风显热及还原总热量，确定炉内热量总收入量；

38、根据过程耗热量、渣铁熔化耗热量及还原总热量，确定炉内总耗热量；

39、基于炉内热量总收入量及炉内总耗热量，确定相对差值；

40、基于相对差值与预设相对差值阈值，确定平衡程度。

41、在本技术的一示例性实施例中，确定平衡程度，包括：

42、若相对差值为0或相对差值小于预设相对差值阈值，将平衡程度确定为平衡；

43、若相对差值大于或等于预设相对差值阈值，将平衡程度确定为不平衡。

44、在本技术的另一示例性实施例中，所述煤粉目标喷吹量确定方法还包括：

45、若所述平衡程度为不平衡，对所述预设煤粉喷吹量进行调整，并重复确定平衡程度，直至所述平衡程度为平衡；

46、将所述平衡程度为平衡对应的调整后的预设煤粉喷吹量确定为煤粉目标喷吹量；

47、和/或，所述物性参数包括载气密度，所述煤粉目标喷吹量确定方法还包括：

48、根据所述煤粉目标喷吹量、煤粉喷吹量与喷煤载气量的预设比值及载气密度，确定喷煤目标载气量。

49、第二个方面，本技术提供一种煤粉目标喷吹量确定系统，所述煤粉目标喷吹量确定系统包括：

50、采集模块，用于获取高炉生产的原燃料参数、过程参数、出铁参数、热力学参数和物性参数；

51、第一确定模块，用于根据原燃料参数、过程参数、出铁参数、热力学参数及物性参数，确定过程耗热量及还原总热量；

52、第二确定模块，用于根据过程参数及热力学参数，确定鼓风显热；

53、第三确定模块，用于根据预设煤粉喷吹量、煤粉喷吹量与喷煤载气量的预设比值、原燃料参数、出铁参数及热力学参数，确定渣铁熔化耗热量及放热总量；

54、第四确定模块，用于根据原燃料参数、出铁参数及热力学参数，确定放热总量；

55、第五确定模块，用于基于鼓风显热、还原总热量、过程耗热量、渣铁熔化耗热量及还原总热量，确定平衡程度，所述平衡程度包括平衡和不平衡；

56、第六确定模块，若所述平衡程度为平衡，用于将所述预设煤粉喷吹量确定为煤粉目标喷吹量。

57、第三个方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行如上所述的煤粉目标喷吹量确定方法。

58、本技术的喷煤量调整方法、系统、电子设备及存储介质，具有以下有益效果：

59、(1)本技术通过获取高炉生产的原燃料参数、过程参数、出铁参数、热力学参数和物性参数，根据原燃料参数、过程参数、出铁参数、热力学参数及物性参数，确定过程耗热量，根据过程参数及热力学参数，确定鼓风显热，根据预设煤粉喷吹量、煤粉喷吹量与喷煤载气量的预设比值、原燃料参数、出铁参数及热力学参数，确定渣铁熔化耗热量及放热总量，根据原燃料参数、出铁参数及热力学参数，确定放热总量及还原总热量，基于鼓风显热、还原总热量、过程耗热量、渣铁熔化耗热量及还原总热量，确定炉内总耗热量，确定平衡程度，平衡程度包括平衡和不平衡，若平衡程度为平衡，将预设煤粉喷吹量确定为煤粉目标喷吹量，即在确定煤粉目标喷吹量的过程中，将热量平衡考虑进去，按照确定好的煤粉目标喷吹量进行生产，能够提高高炉炉况稳定性。

60、(2)本技术能够预测煤粉成分或种类改变后不同工况下的煤粉需求量，实现煤粉经济配比的目的。

61、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。