基于Rist操作线的高炉能耗监测与富氢冶炼预测方法技术

本发明专利技术公开一种基于Rist操作线的高炉能耗监测与富氢冶炼预测方法，监测方法包括导入高炉生产数据计算氢的利用率及氢的还原度，并确定有氢参与的高炉Rist操作线，以确定直接还原度；根据所述直接还原度以及所述氢的还原度进行高炉能耗监测，确定各项能量消耗数据。预测方法基于风口前碳氧平衡和各个区域的物料平衡、热平衡约束条件，通过循环迭代法不断迭代当前燃料比以及直接还原度，确定B点最终坐标和最终燃料比，以确定最终有氢参与的高炉Rist操作线；根据最终有氢参与的高炉Rist操作线预测不同富氢冶炼条件下高炉各项能耗指标。本发明专利技术不仅提高了高炉能耗监测效果而且能够预测出不同富氢冶炼条件下的高炉各项能量消耗数据。耗数据。耗数据。

【技术实现步骤摘要】
基于Rist操作线的高炉能耗监测与富氢冶炼预测方法


[0001]本专利技术涉及高炉炼铁领域，特别是涉及一种基于Rist操作线的高炉能耗监测与富氢冶炼预测方法。

技术介绍

[0002]现代钢铁产业作为国民经济的支柱，也是高能耗、高排放的产业，其中高炉作为钢铁冶炼中最重要的设备之一，CO2排放占钢铁工业总排放的87％以上，能耗占钢铁总能耗的70％左右，因此肩负着钢铁生产节能减排的重要责任。随着近年来“双碳”目标的提出，高炉富氢冶炼技术逐渐受到广泛关注，得到了进一步的发展和推进。但由于高炉内反应复杂，被认为“最复杂的冶金反应器”。虽然目前高炉中控室有料尺线、炉顶料面成像、风口成像等自动化设备来辅助高炉上下部调剂，以稳定高炉生产，但高炉内还原度的变化、吨铁C消耗情况、煤气生成过程、能量消耗与CO2排放等关键能源消耗指标却无法直接获得，而这些指标涉及到高炉内复杂的物料平衡、热平衡计算，计算过程繁杂。通常为简化计算过程会给出直接还原度r
d
、氢的利用率η
H2
、气体热容等作为计算基础，但随着高炉富氧大喷煤、喷吹富氢物质、使用铁焦等众多新技术的推动，高炉冶炼条件越发复杂，再以经验常数为基础的计算显然是不合理的，并且实际高炉生产中炉顶煤气中H2O的含量，尤其是参与还原的水是无法直接监测和获得的，无法精准预测生产高炉内矿石还原情况以及煤气生成过程，高炉能耗监测效果差，另外在高炉富氢冶炼实施前也需要进行不同富氢冶炼工艺的预测和评估，因此急需一种富氢高炉的能耗监测与预测方法。

技术实现思路
/>[0003]本专利技术的目的是提供一种基于Rist操作线的高炉能耗监测与富氢冶炼预测方法，主要考虑了氢的影响，确定有氢参与的高炉Rist操作线，以解决无法精准预测生产高炉内矿石还原情况以及煤气生成过程，提高高炉能耗监测效果并能实现不同富氢冶炼工艺的预测和评估。
[0004]本专利技术所提供的生产高炉能耗监测方法和富氢高炉预测方法最关键在于确定直接还原度和氢的还原度，此外，预测高炉中燃料比也很重要。要得到高炉能耗指标，燃料比、直接还原度、氢的还原度是必不可少的，在生产高炉能耗监测方法中燃料比是已知的，而富氢高炉预测方法中多了一个预测燃料比。
[0005]结合附图有氢参与的高炉Rist中横坐标为[n(O)+n(H2)]/[n(C)+n(H2)]表示了每摩尔(C+H2)结合的氧和氢摩尔数，体现了氧和氢的去向，纵坐标为[n(O)+n(H2)]/n(Fe)表示了冶炼每摩尔Fe氧和氢的来源；A点代表入炉铁矿石的氧化度和炉顶煤气中碳的氧化度；B点为直接还原和间接还原的理论分界点；E点为风口前生成CO和H2的起点；W点为间接还原铁的极限点；Z点为炉身工作效率关键点；G点为横坐标为1的直线上的一点，G点的炉身工作效率为0。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于Rist操作线的高炉能耗监测方法，包括：
[0008]导入高炉生产数据，并根据所述高炉生产数据及氢平衡计算氢的利用率；所述高炉生产数据包括高炉原燃料条件、产品参数和喷吹参数；
[0009]根据所述氢的利用率计算氢的还原度；
[0010]根据所述高炉生产数据确定有氢参与高炉Rist操作线上的A点坐标以及E点坐标；
[0011]根据所述A点坐标以及所述E点坐标确定有氢参与的高炉高炉Rist操作线；
[0012]根据所述有氢参与的高炉高炉Rist操作线确定直接还原度；
[0013]根据所述直接还原度以及所述氢的还原度进行高炉能耗监测，确定各项能量消耗数据；所述能量消耗数据包括物料平衡、还原度分布、煤气生成过程、风口区域理论燃烧温度、高温区热平衡、低温区热平衡、高炉整体热平衡、炉身工作效率、吨铁C消耗量以及CO2排放量、吨铁理论碳消耗以及节碳潜力。
[0014]可选的，根据所述高炉生产数据及氢平衡计算氢的利用率，具体包括：
[0015]利用公式计算所述氢的利用率；
[0016]其中，η
H2
为氢的利用率，vH2O为参与还原氢生成水量；ΣvH2为入炉氢气总体积，所述入炉氢气总体积包括原燃料及热风中水裂解出的氢气以及喷入富氢介质的等效氢气；v
g
为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气体积；为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气中氢气的体积百分比；为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气中甲烷的体积百分比；为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气中CO2体积百分比；为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气中CO体积百分比；C
总
为入炉碳的总量，包括焦炭和煤粉中碳；C
渗
为铁水中渗碳量；C
尘
为炉尘带出的碳量。
[0017]可选的，所述氢的还原度为：
[0018][0019]其中，[Fe]为铁水中铁的质量分数。
[0020]一种基于Rist操作线的富氢冶炼预测方法，在不同富氢冶炼条件下通过循环迭代法确定最终有氢参与的高炉Rist操作线，包括：
[0021]导入高炉原燃料条件、产品参数、喷吹参数及炉身工作效率η
shaft
；所述高炉原燃料条件包括铁矿石种类、炉料结构、燃料比、原燃料化学成分、鼓风参数；所述产品参数包括铁水成分、炉渣成分、炉尘成分、炉尘量；所述喷吹参数包括喷吹介质种类、喷吹量、喷吹温度、喷吹位置、氢的利用率；所述鼓风参数包括鼓风湿度、鼓风温度、富氧率以及氧气纯度；
[0022]根据所述高炉原燃料条件、所述产品参数、所述炉身工作效率η
shaft
以及所述喷吹参数确定有氢参与的高炉Rist操作线中G点坐标以及W点坐标；
[0023]基于三角形相似原理，根据所述炉身工作效率η
shaft
、所述W点坐标以及所述G点坐
标确定Z点坐标；
[0024]对直接还原度以及当前燃料比进行赋值，基于风口前碳氧平衡和各个区域的物料平衡、热平衡约束条件，采用循环迭代法不断迭代所述直接还原度和所述当前燃料比，确定B点最终坐标和最终燃料比；所述各个区域的热平衡约束条件包括风口区物料平衡、热平衡及理论燃烧温度约束条件、高温区物料平衡、热平衡约束条件、低温区物料平衡、热平衡约束条件以及全炉物料平衡、热平衡约束条件；
[0025]根据所述B点最终坐标及所述Z点坐标确定最终有氢参与的高炉Rist操作线；
[0026]根据所述最终有氢参与的高炉Rist操作线预测不同富氢冶炼条件下的各项能耗指标；所述能耗指标包物料平衡、还原度分布、煤气生成过程、风口区域理论燃烧温度、高温区热平衡、低温区热平衡、高炉整体热平衡、最终燃料比、吨铁C消耗量以及CO2排放量、吨铁理论碳消耗以及节碳潜力。
[0027]可选的，所述G点坐标为(x
G
，y
G
)；
[0028]其中，x
G
＝1，y
A
为有氢参与高炉Rist操作线上的A点的纵坐标；j为高炉原料铁矿石的种类；ω(Fe2O3)
j<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Rist操作线的高炉能耗监测方法，其特征在于，包括：导入高炉生产数据，并根据所述高炉生产数据及氢平衡计算氢的利用率；所述高炉生产数据包括高炉原燃料条件、产品参数和喷吹参数；根据所述氢的利用率计算氢的还原度；根据所述高炉生产数据确定有氢参与高炉Rist操作线上的A点坐标以及E点坐标；根据所述A点坐标以及所述E点坐标确定有氢参与的高炉Rist操作线；根据所述有氢参与的高炉Rist操作线确定直接还原度；根据所述直接还原度以及所述氢的还原度进行高炉能耗监测，确定各项能量消耗数据；所述能量消耗数据包括物料平衡、还原度分布、煤气生成过程、风口区域理论燃烧温度、高温区热平衡、低温区热平衡、高炉整体热平衡、炉身工作效率、吨铁C消耗量以及CO2排放量、吨铁理论碳消耗以及节碳潜力。2.根据权利要1所述的基于Rist操作线的高炉能耗监测方法，其特征在于，根据所述高炉生产数据及氢平衡计算氢的利用率，具体包括：利用公式计算所述氢的利用率；其中，为氢的利用率，vH2O为参与还原氢生成水量；ΣvH2为入炉氢气总体积，所述入炉氢气总体积包括原燃料及热风中水裂解出的氢气以及喷入富氢介质的等效氢气；v
g
为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气体积；为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气中氢气的体积百分比；为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气中甲烷的体积百分比；为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气中CO2体积百分比；为冶炼单位生铁高炉炉顶煤气中CO体积百分比；C
总
为入炉碳的总量，包括焦炭和煤粉中碳；C
渗
为铁水中渗碳量；C
尘
为炉尘带出的碳量。3.根据权利要2所述的基于Rist操作线的高炉能耗监测方法，其特征在于，所述氢的还原度为：其中，[Fe]为铁水中铁的质量分数。4.一种基于Rist操作线的富氢冶炼预测方法，其特征在于，在不同富氢冶炼条件下通过循环迭代法确定最终有氢参与的高炉Rist操作线，包括：导入高炉原燃料条件、产品参数、喷吹参数和炉身工作效率η
shaft
；所述高炉原燃料条件包括铁矿石种类、炉料结构、燃料比、原燃料化学成分、鼓风参数；所述产品参数包括铁水成分、炉渣成分、炉尘成分、炉尘量；所述喷吹参数包括喷吹介质种类、喷吹量、喷吹温度、喷吹位置、氢的利用率；所述鼓风参数包括鼓风湿度、鼓风温度、富氧率以及氧气纯度；根据所述高炉原燃料条件、所述产品参数、所述炉身工作效率η
shaft
以及所述喷吹参数
确定有氢参与的高炉Rist操作线中G点坐标以及W点坐标；基于三角形相似原理，根据所述炉身工作效率η
shaft
、所述W点坐标以及所述G点坐标确定Z点坐标；对直接还原度以及当前燃料比进行赋值，基于风口前碳氧平衡和各个区域的物料平衡、热平衡约束条件，采用循环迭代法不断迭代所述直接还原度和所述当前燃料比，确定B点最终坐标和最终燃料比；所述各个区域的热平衡约束条件包括风口区物料平衡、热平衡及理论燃烧温度约束条件、高温区物料平衡、热平衡约束条件、低温区物料平衡、热平衡约束条件以及全炉物料平衡、热平衡约束条件；根据所述B点最终坐标及所述Z点坐标确定最终有氢参与的高炉Rist操作线；根据所述最终有氢参与的高炉Rist操作线预测不同富氢冶炼条件下的各项能耗指标；所述能耗指标包物料平衡、还原度分布、煤气生成过程、风口区域理论燃烧温度、高温区热平衡、低温区热平衡、高炉整体热平衡、最终燃料比、吨铁C消耗量以及CO2排放量、吨铁理论碳消耗以及节碳潜力。5.根据权利要4所述的基于Rist操作线的富氢冶炼预测方法，其特征在于，所述G点坐标为(x
G
，y
G
)；其中，x
G
＝1，y
A
为有氢参与高炉Rist操作线上的A点的纵坐标；j为高炉原料铁矿石的种类；ω(Fe2O3)
j
为高炉原料铁矿石中三氧化二铁Fe2O3的含量；ω(FeO)
j
为高炉原料铁矿石中氧化铁FeO的含量；ω(TFe)
j
为高炉原料铁矿石中全铁TFe的含量；所述W点坐标为(x
W
，y
W
)；其中，y
W
＝1.056；K
CO
为1000℃下一氧化碳CO还原FeO的平衡常数；为1000℃下H2还原FeO的平衡常数；φ
CO
为高炉内1000℃下还原煤气中CO的体积占比；为高炉内1000℃下还原煤气中H2的体积占比。6.根据权利要5所述的基于Rist操作线的富氢冶炼预测方法，其特征在于，所述基于三角形相似原理，根据所述炉身工作效率η
shaft
、所述W点坐标以及所述G点坐标确定Z点坐标，具体包括：根据所述三角形相似原理，确定直线GZ与直线GW的对边成比例关系根据所述对边成比例关系确定所述Z点坐标；所述Z点坐标为(x
Z
，y
Z
)，x
Z
＝η

【专利技术属性】
技术研发人员：郄亚娜，李建鹏，刘小杰，兰臣臣，张淑会，李福民，吕庆，刘然，孙艳芹，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：