一种基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法与流程

本发明涉及钢铁企业智能化管理控制，具体涉及到一种基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法。

背景技术：

1、钢铁生产是典型的流程工业，在生产粗钢产品的同时，伴随着大量的能源消耗以及转化过程。因钢厂生产流程、能源利用的过程较为复杂，目前钢厂的能源管理水平仍然偏低。

2、钢厂流程中的物质流、能量流数据，主要包括铁素流、碳素流、蒸汽、烟气、冷热风、水等。钢铁厂的工艺流程为：烧结/球团(原料处理工序)→炼铁(生产铁水)→炼钢(生产钢水、铸坯)→轧钢(生产粗钢，如带钢)，本质是铁矿石逐步转化为粗钢的过程。

3、烧结/球团工序主要消耗钢厂产生的高炉/转炉煤气、蒸汽、焦炭、煤粉、水、电等，这两个工序在生产时会产生蒸汽、热风、热烟气等二次能源。炼铁工序是钢厂中能耗最大的一个工序，主要消耗焦炭、煤粉、高炉煤气、水、电、氧气、氮气、压缩空气等，同时该工序在生产时会产生高炉煤气，是钢厂其它工序广泛使用的二次能源。炼钢工序主要消耗转炉煤气、氧气、氮气、氩气、压缩空气、水、电等，该工序在生产时会产生转炉煤气、饱和蒸汽，也是钢厂中广泛使用的二次能源；轧钢工序主要消耗高炉/转炉煤气、水、电等，同时该工序在生产时会产生少量饱和蒸汽。

4、烧结工序从物质流上是将铁矿粉、煤粉、焦粉、生石灰等原料进行烧结成块，产出烧结矿的过程，在物质发生物理、化学变化的同时，需要消耗电能、煤气、水、蒸汽等能源。

5、以煤气发电系统中的煤气加热器为例：煤气加热器是利用锅炉出口较高温度的烟气加热高炉煤气或者转炉煤气的一种换热器，可降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率，其换热性能的高低会直接影响能源(燃料)消耗量。

6、因此，需要对煤气换热器的性能进行评价，来判断煤气换热器在工作中是否有相关的问题，以及是否需要进行更换。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法。

2、为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法，包括以下步骤：

3、步骤(1)在煤气加热器上布置温度传感器和流量传感器，设置检测周期，获取煤气加热器在初始化阶段的n组运行数据，其中运行数据包括高温烟气的进口温度t1、出口温度t2和流量q；被加热煤气的进口温度t1和出口温度t2；

4、步骤(2)计算每个检测节点下煤气加热器的换热性能指数，建立运行时间和换热性能指数的映射关系或者指数曲线；每个检测节点的换热性能指数b的计算方法为：

5、

6、其中：c为烟气的平均定压比热容，单位为kj/(m3℃)；

7、q为烟气的流量，单位为nm3/h；

8、t1为烟气的进口温度；t2为烟气的出口温度；

9、t1为被加热煤气的进口温度；t2为被加热煤气的出口温度；

10、步骤(3)根据初始化阶段运行时间和换热性能指数的映射关系，生成煤气加热器在初始化阶段以时间为横坐标，换热性能指数为纵坐标的拟合指数曲线：

11、b2＝ax+b

12、其中：

13、

14、b＝y0-ax0

15、x0为检测时间的平均值；y0为换热性能指数的平均值；

16、n为检测次数；

17、xi为第i次检测时的时间；yi为第i次检测时的换热性能指数；

18、步骤(4)当煤气换热器处于继续运行阶段时，设置检测周期，在每个检测节点时确定继续运行阶段中通过数据采集计算得到的换热性能指数b与通过拟合指数曲线计算得到的换热性能指数b2的指数差值δb，判断指数差值是否大于报警阈值，并根据判断结果发出操作指令。

19、本发明优选的，初始化阶段的运行时间大于2000h，初始化运行阶段与继续运行阶段是连续的。

20、本发明优选的，检测周期为每小时检测一次运行数据；烟气的进口温度为150℃～200℃，烟气的平均定压比热容为1.34kj/(m3℃)。

21、本发明优选的，当指数差值δb大于报警阈值时，判断该检测节点之后的p个指数差值是否也大于对应检测节点的报警阈值；

22、若检测节点之后的p个指数差值也大于对应检测节点的报警阈值时，则判断煤气换热器的煤气进出口压力差和烟气进出口压力差是否大于阈值，若煤气进出口压力差和烟气进出口压力差中任意一个大于阈值，则开启声波吹灰器进行吹灰操作；

23、若检测节点之后的p个指数差值均小于对应检测节点的报警阈值时，则判定该检测节点获得的运行数据为失效运行数据。

24、本发明优选的，当吹灰操作完成后，检测煤气换热器的煤气进出口压力差和烟气进出口压力差是否大于阈值，若小于阈值则判定吹灰操作成功，若大于阈值，则发送第一提醒信息。

25、本发明优选的，判断当前检测节点下，通过数据采集计算得到的换热性能指数b和通过拟合指数曲线计算得到的换热性能指数b2是否低于最低限值，若低于最低限值，则发出更换设备的报警信息。

26、本发明优选的，还包括对拟合指数曲线进行修订的步骤，具体过程为：

27、在继续运行阶段中不断获得运行数据，去除其中的失效运行数据后得到n组运行数据；计算每个检测节点下煤气加热器的换热性能指数b，然后根据继续运行阶段运行时间和换热性能指数的映射关系，生成煤气加热器在继续运行阶段以时间为横坐标，换热性能指数为纵坐标的新的拟合指数曲线，以新的拟合指数曲线取代现有的拟合指数曲线作为后续继续运行阶段的基础曲线。

28、综上所述，本发明具有以下优点：

29、本发明根据煤气换热器的物质能量流向，通过计算煤气换热器的换热性能指数，搭建运行阶段的评价模型，使其对后续的工况进行预测，同时通过预测值与实际值进行对比，来评价换热器的工作状况；以便根据换热器当前的性能来进行维护的操作，并在换热器性能指数劣化到一定程度后，做出预警提示更换的报警指令，有助于钢铁企业能耗利用率保持在良好的水平。

30、本发明通过换热性能指数来获得换热器的劣化程度，初始化运行阶段可以选择任意一个工作阶段，这有利于评价模型的建立不会受到限制。

技术特征：

1.一种基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法，其特征在于：所述初始化阶段的运行时间大于2000h，初始化运行阶段与继续运行阶段是连续的。

3.如权利要求1所述的基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法，其特征在于：所述检测周期为每小时检测一次运行数据；所述烟气的进口温度为150℃～200℃，烟气的平均定压比热容为1.34kj/(m3℃)。

4.如权利要求1所述的基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法，其特征在于：当指数差值δb大于报警阈值时，判断该检测节点之后的p个指数差值是否也大于对应检测节点的报警阈值；

5.如权利要求4所述的基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法，其特征在于：当吹灰操作完成后，检测煤气换热器的煤气进出口压力差和烟气进出口压力差是否大于阈值，若小于阈值则判定吹灰操作成功，若大于阈值，则发送第一提醒信息。

6.如权利要求1所述的基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法，其特征在于：判断当前检测节点下，通过数据采集计算得到的换热性能指数b和通过拟合指数曲线计算得到的换热性能指数b2是否低于最低限值，若低于最低限值，则发出更换设备的报警信息。

7.如权利要求1所述的基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法，其特征在于，还包括对拟合指数曲线进行修订的步骤，具体过程为：

技术总结
本发明公开了一种基于物质流能量流的钢铁企业煤气加热器评价方法，包括获取煤气加热器在初始化阶段的运行数据，计算换热性能指数，根据初始化阶段运行时间和换热性能指数的映射关系，生成煤气加热器的拟合指数曲线，在继续运行阶段时计算指数差值，判断指数差值是否大于报警阈值，并根据判断结果发出操作指令。本发明根据煤气换热器的物质能量流向，通过计算煤气换热器的换热性能指数，搭建运行阶段的评价模型，使其对后续的工况进行预测，同时通过预测值与实际值进行对比，来评价换热器的工作状况；有助于钢铁企业能耗利用率保持在良好的水平。

技术研发人员：郑宏,刘逍,李河,万铭,何一鸣,张晋秋,陈嘉明,邢超
受保护的技术使用者：四川川锅环保工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13