一种焦炉在线热工测试方法技术

一种焦炉在线热工测试方法，解决传统的焦炉热工测试工作效率低，热工测试报告时效性差的问题。该焦炉在线热工测试方法，以焦炉炼焦过程中的工艺信号为基础，通过关联模型和算法得到实时在线的热工测试结果，并对测试结果进行诊断分析，指导焦炉生产存在的不足，从而实现热工效率的提高、吨产品煤气耗热量的降低、焦炉炼焦过程在线诊断分析节能降耗的目的。同时，减少人为参与，降低错误率，降低热工测试成本，提高热工测试效率；减少焦炉热工测试时间，做到实时在线测试，测试反馈的结果及时性好，并为后续指导焦炉生产和焦炉生产的智能化奠定良好的基础。

【技术实现步骤摘要】
一种焦炉在线热工测试方法
本专利技术属于冶金自动化的工业人工智能
，具体涉及一种工作效率高，时效性好，能够指导焦炉最优化生产，降低吨产品煤气耗热量，可实现焦炉炼焦过程的在线诊断分析、节能降耗的焦炉在线热工测试方法。
技术介绍
焦炉炼焦过程是一个对进入焦炉的煤进行高温干馏的过程，煤经过物理和化学反应达到指标，生成合格焦炭。在此过程中，焦炉煤气作为副产气，从焦炉炭化室顶部进行持续性回收。焦炉中的煤在隔绝空气的环境下吸收热量生成焦炉煤气和焦炭，所以焦炉炼焦是一个能源单向传递的过程。焦炉集气管中回收的气体为焦炉煤气。在保证焦炭质量的条件下，焦炉煤气的回收量越大，热值越高，则意味着整个焦炉炼焦过程的经济性越高。焦炉煤气的来源分为物理反应和化学反应两大块，物理反应由煤中水分从液相变为气相和煤表面附着气体受热溢出组成；化学反应则由煤的挥发分受热发生裂解和缩聚反应组成。焦炉炼焦时，通过改变加热煤气量，调节煤的升温速率，焦化工序从集气管收集的焦炉煤气，经过一系列净化工艺后的气体即为焦炉净煤气。焦炉净煤气的主要成分包括CO、CO2、H2、CH4、N2、CmHn等。焦炉煤气产生后，需要符合一定的指标和要求才能够进行回收，回收的焦炉煤气经过净化后才能进入煤气管网和煤气消耗端。焦炉炼焦过程中产生的焦炉煤气离开炭化室后，经过上升管和桥管、进入集气管。通常由焦炉煤气的压力和温度来判断焦炉炭化室顶部空间的状态；炭化室顶部空间需要保持在一定的压力和温度限定值之下，压力过大会使焦炉炸炉，温度过高则使焦炉煤气分解生成沉积碳、堵塞管道。通过流量计测定焦炉煤气离开炭化室的温度和压力，满足回收标准的焦炉煤气经过净化处理后通入煤气管网，不符合要求的焦炉煤气直接点火放散。以往的焦炉热工测试，是通过人员跟踪测试焦炉生产一周时间，获取焦炉各点的温度和气体成分，之后，再用一周时间去进行数据计算和诊断，最后整理出诊断报告。这种传统的测试方式，存在以下三个缺点：1、焦炉热工测试一次需要两周时间，时间跨度长、及时性差；2、需要大量的人员相互配合，人工成本高；3、每次焦炉的装煤量存在着差异，不同时间供给焦炉的热量不同，进而影响计算的准确性。故有必要对现有的焦炉热工测试方式予以改进。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述问题，提供一种工作效率高，时效性好，能够指导焦炉最优化生产，降低吨产品煤气耗热量，可实现焦炉炼焦过程的在线诊断分析、节能降耗的焦炉在线热工测试方法。本专利技术所采用的技术方案是：该焦炉在线热工测试方法包括如下步骤：步骤一、建立焦炉炼焦过程的信号关联性模型；首先，进行基础信号获取，确定焦炉基础参数，即：焦炉型号、炭化室的结构尺寸、焦炉散热面积，进而确定焦炉的基本结构；步骤二、确定煤的信息，每个厂的原煤多达数十种，将这数十种原煤混合形成焦炉所用煤；步骤三、信号在线实时获取和计算；焦炉有多个炭化室，获取推焦序列号N1、N2、N3……Nn，序列号与各个炭化室相对应；进入焦炉燃烧的加热煤气主要有高炉煤气和焦炉煤气，可采用流量计计量的方式，实时统计使用量；步骤四、采用模拟煤的温度场预测焦炉的焦炭、焦油、苯、氨、水和焦炉煤气产量，即：获取每个炭化室的空间结构，加热煤气量、空气量和结焦时间，计算炭化室所获取的热量；根据煤的传热效率和焦饼中心温度，模拟出煤的温度场，建立煤的温度与时间的函数；步骤五、信号汇总；汇总现场直接获取的信号，经过关联模型计算后得到一系列的参数，调用不同参数计算出指标，将指标反馈给现场人员；步骤六、实时在线的诊断分析与测试报告；首先对指标进行计算，当指标计算值在给定范围内时，指标正常，焦炉运行良好，无需诊断；当指标计算值在给定范围外时，指标异常，焦炉运行存在问题，需要诊断焦炉运行异常的原因；步骤七、确定好异常的指标后，找到计算指标的关联模型，确定模型中有哪些参数；当判断出参数项不在合理范围内时，继续判断此异常参数是否可拆解，如果可以继续拆解，则表明此参数是中间计算参数而不是直接从设备中获取的参数，所以找到计算此参数的关联模型；重复进行以上的判断步骤，直至所找到的异常参数不可拆解；之后，汇总所有的问题参数，形成诊断原因；步骤八、最优炉次数据统计和分析；最优炉次以指标值的大小为判定依据，在线热工测试的判定指标为热工效率和单耗；最优指标的炉次编号是将本炉次的指标值与历史最优指标值进行一对一地比对，所有满足判断要求的指标，用此指标对应的炉次编号替换历史最优炉次编号，否则对应指标的历史最优炉次编号保持不变。所述步骤二，按照公式(1)、(2)计算配煤的工业成分；式中：—煤的工业成分含量，％；—每种原煤所含工业成分含量，％；Kk—对应原煤的占比，％；式中：Kk—对应原煤的占比，％；是每种原煤对应的工业成分；K是每种原煤所占质量比例，总比例之和为1。所述步骤三，按照式(3)、(4)计算混合后的加热煤气量；式中：V加热煤气—加热煤气量，m3；Vk—不同种类的加热煤气的体积量，m3；实施方法为计量所用加热煤气的流量和对应的体积占比，保证体积占比之和为1。所述步骤四，根据焦炭、焦油、苯、氨、水和焦炉煤气在不同温度下理论产生最大速率和理论产生量，可预测不同结焦时间下每种物料的产生量和带出热量；一个周期的预测产量和带出热量根据实际产量统计值修正；以焦油为例，焦油的产生量和带出热量按式(5)、(6)计算；式中：G焦油—焦油产生量，t；T—结焦时间，h；f(T)—焦油产生量与结焦时间的函数，kg；T1—焦油开始产生对应的结焦时间，h；T2—焦油不再产生对应的结焦时间，h；式中：Q焦油—焦油带出热量，kJ；T—结焦时间，h；f(T)—焦油产生量与结焦时间的函数，kg；t(T)—焦油产生温度与结焦时间的函数，℃；c(T)—焦油的比热容与结焦时间的函数，kJ/(kg·℃)T1—焦油开始产生对应的结焦时间，h；T2—焦油不再产生对应的结焦时间，h；在模拟煤的温度场中，可获得对应结焦时间下焦油的产生温度，以此温度计算出焦油的比热容；焦油带出热量为产生量、产生温度和比热容乘积的累加值；焦炭、苯、氨、水和焦炉煤气的产生量、带出热量也按照此方法计算。进一步地，部分焦炉煤气通过炭化室和燃烧室顶部孔隙漏入到燃烧室中燃烧，此部分的焦炉煤气量无法计量，采用经验式(7)进行计算；Q漏入焦炉煤气燃烧热量＝K漏入率K焦炉煤气G湿煤q焦炉煤气(7)式中：Q漏入焦炉煤气燃烧热量—漏入燃烧室的焦炉煤气燃烧热量，kJ；K漏入率—焦炉煤气漏入燃烧室的质量百分比，％；K焦炉煤气—焦炉煤气的产生率，％；G湿煤—入炉湿煤量，kg；q焦炉煤气—焦炉煤气的热值，kJ/kg。所述步骤六，在线热工测试的指标计算包括：1kg干煤所消耗的加热煤气供给焦炉的热量Q吨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焦炉在线热工测试方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、建立焦炉炼焦过程的信号关联性模型；首先，进行基础信号获取，确定焦炉基础参数，即：焦炉型号、炭化室的结构尺寸、焦炉散热面积，进而确定焦炉的基本结构；/n步骤二、确定煤的信息，每个厂的原煤多达数十种，将这数十种原煤混合形成焦炉所用煤；/n步骤三、信号在线实时获取和计算；焦炉有多个炭化室，获取推焦序列号N

【技术特征摘要】
1.一种焦炉在线热工测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、建立焦炉炼焦过程的信号关联性模型；首先，进行基础信号获取，确定焦炉基础参数，即：焦炉型号、炭化室的结构尺寸、焦炉散热面积，进而确定焦炉的基本结构；
步骤二、确定煤的信息，每个厂的原煤多达数十种，将这数十种原煤混合形成焦炉所用煤；
步骤三、信号在线实时获取和计算；焦炉有多个炭化室，获取推焦序列号N1、N2、N3……Nn，序列号与各个炭化室相对应；进入焦炉燃烧的加热煤气主要有高炉煤气和焦炉煤气，可采用流量计计量的方式，实时统计使用量；
步骤四、采用模拟煤的温度场预测焦炉的焦炭、焦油、苯、氨、水和焦炉煤气产量，即：获取每个炭化室的空间结构，加热煤气量、空气量和结焦时间，计算炭化室所获取的热量；根据煤的传热效率和焦饼中心温度，模拟出煤的温度场，建立煤的温度与时间的函数；
步骤五、信号汇总；汇总现场直接获取的信号，经过关联模型计算后得到一系列的参数，调用不同参数计算出指标，将指标反馈给现场人员；
步骤六、实时在线的诊断分析与测试报告；首先对指标进行计算，当指标计算值在给定范围内时，指标正常，焦炉运行良好，无需诊断；当指标计算值在给定范围外时，指标异常，焦炉运行存在问题，需要诊断焦炉运行异常的原因；
步骤七、确定好异常的指标后，找到计算指标的关联模型，确定模型中有哪些参数；当判断出参数项不在合理范围内时，继续判断此异常参数是否可拆解，如果可以继续拆解，则表明此参数是中间计算参数而不是直接从设备中获取的参数，所以找到计算此参数的关联模型；重复进行以上的判断步骤，直至所找到的异常参数不可拆解；之后，汇总所有的问题参数，形成诊断原因；
步骤八、最优炉次数据统计和分析；最优炉次以指标值的大小为判定依据，在线热工测试的判定指标为热工效率和单耗；最优指标的炉次编号是将本炉次的指标值与历史最优指标值进行一对一地比对，所有满足判断要求的指标，用此指标对应的炉次编号替换历史最优炉次编号，否则对应指标的历史最优炉次编号保持不变。


2.根据权利要求1所述的焦炉在线热工测试方法，其特征在于：所述步骤二，按照公式(1)、(2)计算配煤的工业成分；



式中：—煤的工业成分含量，％；

—每种原煤所含工业成分含量，％；
Kk—对应原煤的占比，％；



式中：Kk—对应原煤的占比，％；

是每种原煤对应的工业成分；K是每种原煤所占质量比例，总比例之和为1。


3.根据权利要求1所述的焦炉在线热工测试方法，其特征在于：所述步骤三，按照式(3)、(4)计算混合后的加热煤气量；



式中：V加热煤气—加热煤气量，m3；
Vk—不同种类的加热煤气的体积量，m3；



实施方法为计量所用加热煤气的流量和对应的体积占比，保证体积占比之和为1。


4.根据权利要求1所述的焦炉在线热工测试方法，其特征在于：所述步骤四，根据焦炭、焦油、苯、氨、水和焦炉煤气在不同温度下理论产生最大速率和理论产生量，可预测不同结焦时间下每种物料的产生量和带出热量；一个周期的预测产量和带出热量根据实际产量统计值修正；
以焦油为例，焦油的产生量和带出热量按式(5)、(6)计算；



式中：G焦油—焦油产生量，t；
T—结焦时间，h；
f(T)—焦油产生量与结焦时间的函数，kg；
T1—焦油开始产生对应的结焦时间，h；
T2—焦油不再产生对应的结焦时间，h；



式中：Q焦油—焦油带出热量，kJ；
T—结焦时间，h；
f(T)—焦油产生量与结焦时间的函数，kg；
t(T)—焦油产生温度与结焦时间的函数，℃；
c(T)—焦油的比热容与结焦时间的函数，kJ/(kg·℃)
T1—焦油开始产生对应的结焦时间，h；
T2—焦油不再产生对应的结焦时间，h；
在模拟煤的温度场中，可获得对应结焦时间下焦油的产生温度，以此温度计算出焦油的比热容；焦油带出热量为产生量、产生温度和比热容乘积的累加值；焦炭、苯、氨、水和焦炉煤气的产生量、带出热量也按照此方法计算。

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【专利技术属性】
技术研发人员：杨靖辉，耿胜松，夏袁昊，张朋刚，
申请(专利权)人：南京罕华流体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32