【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高炉热风炉节能，尤其涉及一种基于数字孪生模型实现高炉热风炉煤气消耗预测的方法。
技术介绍
1、钢铁行业副产品煤气是钢厂最重要的二次能源，占企业总能耗的30％左右，科学合理地对煤气资源的能耗趋势进行追踪预测，使调度人员从总体把握煤气资源的波动趋势，进行优化调配，最大限度地利用煤气资源，对节约成本和减少环境污染具有重要意义。热风炉是高炉系统的主要耗能设备，消耗了大约40％的高炉煤气。随着炼铁技术的不断进步，对热风炉降低能耗的要求逐步提高。
2、目前，高炉一般配置有三或四座热风炉，一般采用两烧一送或两烧两送的工作制度，热风炉要经过燃烧-闷炉-送风-换炉-燃烧这样一个周期过程，其中只在燃烧状态消耗煤气。热风炉每日换炉的次数和每次换炉的时间由热风炉的座数和燃烧制度而定。一个热风炉的煤气消耗是间断性的，而一座高炉的3个或4个热风炉的煤气消耗特性却是连续性的。准确预测燃烧状态热风炉的煤气消耗量，能够对煤气产耗动态平衡和优化调配提供有力支撑。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是要提供一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法。本专利技术主要利用数字孪生技术构建热风炉的数字孪生模型，通过数字孪生模型得出煤气剩余用量和烧炉剩余时长预测值。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，包括以下步骤：
4、s1、根据热风炉设计图、历史运行数据、传热学与流体力学原理建立热风炉的初始数字孪生模型
5、s2、获取实际烧炉初始条件，将所述实际烧炉的初始条件输入初始数字孪生模型中，从而生成模拟的温度变化特性曲线，所述烧炉初始条件包括煤气温度、煤气流量、空气温度以及空气流量，所述温度变化曲线包括拱顶温度变化特性曲线和排烟温度变化特性曲线；
6、s3、获取实际烧炉过程中的温度变化特性曲线；
7、s4、根据模拟的温度变化特性曲线与实际温度变化特性曲线的比较结果对初始数字孪生模型进行修正，并基于修正后的数字孪生模型生成不同初始条件的温度变化特性曲线合集，所述热风炉烧炉温度曲线合集通过修正后的数字孪生模型模拟不同初始条件下热风炉烧炉过程获取；
8、s5、获取待预测的烧炉初始条件对应的温度变化特性曲线，根据烧炉所需总时间、煤气流量以及热风炉运行时间对煤气剩余用量和烧炉剩余时长进行预测。
9、进一步地，根据模拟的温度变化特性曲线与实际温度变化特性曲线的比较结果对初始数字孪生模型进行修正，包括：
10、s401、获取由初始的数字孪生模型m根据实际烧炉的初始条件生成的模拟的拱顶温度变化特性曲线g和排烟温度变化特性曲线p；
11、s402、获取实际烧炉的初始条件下生成的真实的拱顶温度变化特性曲线g'和排烟温度变化特性曲线p'进行对比；
12、s403、将模拟的拱顶温度变化特性曲线g和真实的拱顶温度变化特性曲线g'根据以下比较函数获生成拱顶温度变化差异值：
13、
14、其中，g(t)表示拱顶温度变化差异值，g”(t)表示t时刻热风炉拱顶温度，gw(t)表示t时刻模拟的拱顶温度，t′表示烧炉过程从开始到当前时刻所经历的时间；
15、s404、将模拟的排烟温度变化特性曲线p和真实的排烟温度变化特性曲线p'根据以下比较函数获生成排烟温度变化差异值：
16、
17、其中，p(t)表示排烟温度变化差异值，p”(t)表示t时刻排烟温度，pw(t)表示t时刻模拟的排烟温度，t′表示烧炉过程从开始到当前时刻所经历的时间；
18、s405、根据拱顶温度变化差异值g(t)和排烟温度变化差异值p(t)对初始的数字孪生模型m进行修正，从而生成修正的数字孪生模型m'。
19、进一步地，s405还包括：
20、将拱顶温度变化差异值和排烟温度变化差异值分别与预设阈值进行比较，比较结果符合要求则判断修正的数字孪生模型有效，再基于有效的数字孪生模型根据不同初始条件生成对应的温度变化特性曲线；否则按照当前条件对修正的数字孪生模型进行再次修正。
21、进一步地，判断当前数字孪生模型有效的要求为：
22、拱顶温度变化差异值g(t)＜100，且排烟温度变化差异值p(t)＜50。
23、进一步地，根据烧炉所需总时间、煤气流量以及热风炉运行时间对煤气剩余用量和烧炉剩余时长进行预测，包括：
24、根据烧炉所需的总时间tw以及烧炉过程从开始到当前时刻所经历的时间t′计算烧炉剩余时长的预测值ts；
25、同时，根据初始条件给出的煤气流量qm以及烧炉所需的总时间tw计算烧炉过程煤气消耗总量qw，基于煤气流量qm以及烧炉过程从开始到当前时刻经历的时间t′计算已经消耗的煤气量qy，再基于烧炉过程煤气消耗总量qw和烧炉过程从开始到当前时刻已经消耗的煤气量qy计算煤气计划用量的预测值qs。
26、进一步地，将所述实际烧炉的初始条件输入初始数字孪生模型中，从而生成模拟的温度变化特性曲线，包括：
27、记录拱顶温度变化特性曲线g直至热风炉拱顶温度达到工艺所规定的目标温度为止，记录排烟温度变化特性曲线p直至热风炉排烟温度达到工艺所规定的排烟温度上限值为止。
28、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
29、1、本专利技术通过数字孪生模型对热风炉的烧炉过程进行仿真模拟，并根据实际烧炉过程的真实历史数据，对数字孪生模型进行修正，减小了数字孪生模型的仿真效果与真实烧炉过程的差异。
30、2、本专利技术通过修正的数字孪生模型预测煤气剩余用量和烧炉剩余时长，后续可以根据预测值及时调整管网相关煤气用户的煤气使用计划，为优化煤气调配提供了有力的数据支持和可靠的智力保障。
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1.一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，其特征在于，根据模拟的温度变化特性曲线与实际温度变化特性曲线的比较结果对初始数字孪生模型进行修正，包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，其特征在于，S405还包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，其特征在于，判断当前数字孪生模型有效的要求为：
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，其特征在于，根据烧炉所需总时间、煤气流量以及热风炉运行时间对煤气剩余用量和烧炉剩余时长进行预测，包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，其特征在于，将所述实际烧炉的初始条件输入初始数字孪生模型中，从而生成模拟的温度变化特性曲线，包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，其特征在于，根据模拟的温度变化特性曲线与实际温度变化特性曲线的比较结果对初始数字孪生模型进行修正，包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生模型的高炉热风炉煤气消耗预测方法，其特征在于，s405还包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生模型的高...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙守斌，刘常鹏，李卫东，闫东阳，孟迪，张炎，王东山，赵俣，郝博，贾振，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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