【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢冶金和电力 ，尤其涉及一种氢冶金能质动态平衡调节方法和装置。
技术介绍
1、在钢铁低碳转型和新型电力系统发展的背景下，钢铁行业低碳转型，主要考虑采用先进的炼铁和炼钢工艺，包括直接还原炼铁（direct reduction iron, dri）、电弧炉冶炼等，以减少能源消耗和排放。
2、基于氢气的直接还原（dr）工厂的能源系统由多个元素组成，包括电力、热能和还原气体。为了实现最佳的运行性能，考虑发电、储能和氢冶金工艺的运行模式至关重要。
3、以新能源为主要电源的氢冶金能源系统中，如何将氢冶金工艺和新能源系统结合，匹配新能源出力的波动性、随机性及提升氢冶金工艺的灵活性为目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种氢冶金能质动态平衡调节方法和装置，用以实现在氢冶金能质平衡的条件下，匹配供电电源的波动性和随机性，对氢冶金过程进行灵活性调度和协同优化。
2、本专利技术提供一种氢冶金能质动态平衡调节方法，所述方法通过氢冶金能质动态平衡调节系统实现，所述氢冶金能质动态平衡调节系统包括竖炉、供气储气装置、供电装置、制氢装置、储氢装置；所述方法包括：
3、基于氢冶金的产能规划构建氢冶金竖炉质量平衡计算模型，基于氢冶金还原反应的动力学特性构建氢冶金竖炉热平衡模型；
4、基于所述氢冶金竖炉质量平衡计算模型、所述氢冶金竖炉热平衡模型、预先获取的供电装置中风光发电量日前预测剖面数据，构建新能源-制氢-储氢-氢冶金综
5、根据预先获取的氢冶金竖炉实测数据及预先构建的碳排放量计算模型，对所述新能源-制氢-储氢-氢冶金综合调度模型中的氢冶金竖炉还原铁球的每小时总量、还原气体中氢气和一氧化碳的比例关系、竖炉的小时级产能、供电装置中风光发电的出力量进行参数化调整；
6、基于预设的目标函数和约束条件，对所述新能源-制氢-储氢-氢冶金综合调度模型进行求解，得到可调节参数的求解结果。
7、根据本专利技术提供的氢冶金能质动态平衡调节方法，所述新能源-制氢-储氢-氢冶金综合调度模型还包括还原气体流量、入炉温度、炉顶各气体的组成和比例关系、入炉球团质量及出炉球团质量；
8、构建新能源-制氢-储氢-氢冶金综合调度模型之后，还包括：
9、根据预先获取的氢冶金竖炉实测数据及预先构建的碳排放量计算模型，对所述新能源-制氢-储氢-氢冶金综合调度模型中的还原气体流量、入炉温度、炉顶各气体的组成和比例关系、入炉球团质量及出炉球团质量进行参数化调整。
10、根据本专利技术提供的氢冶金能质动态平衡调节方法，所述氢冶金的产能规划包括可调节氢冶金产量、可调节氢冶金产量的能耗及还原气体用量；
11、所述质量平衡计算模型通过以下步骤得到：
12、基于氢冶金能耗模型，根据预设的氢冶金生产计划，确定可调节氢冶金产量、可调节氢冶金产量的能耗及还原气体用量，其中，所述还原气体包括氢气和一氧化碳；
13、基于所述氢冶金可调节产量、氢冶金可调节产量的能耗及还原气体用量，构建竖炉的质量平衡计算模型。
14、根据本专利技术提供的氢冶金能质动态平衡调节方法，所述氢冶金竖炉的质量平衡计算模型包括：
15、；
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20、；
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23、其中，表示在时间t内生产的铁元素含量，单位为吨/小时，表示在时间t内消耗的铁矿石的重量，单位为吨/小时；表示铁矿石的品位，为百分数； mfe表示铁的金属化率，为百分数；表示在时间t内产生的直接还原铁中feo的重量，单位为吨/小时；表示铁矿石的品位，为百分数；表示在时间t内产生的直接还原铁的重量，单位为吨/小时；表示什么一氧化铁的质量比例；表示时间t内消耗铁矿石的重量，单位为吨/小时；表示直接还原铁通过fe2o3还原至feo，再由feo还原至fe脱去的氧(o)的量，单位为吨/小时；表示直接还原铁由fe2o3还原产生每吨fe脱去的氧(o)的量，单位为吨/小时；表示直接还原铁由feo还原产生每吨fe的过程中脱去的氧(o)的量，单位为吨/小时；表示在t时段的fe2o3的质量，单位为吨/小时；表示在t时段的气化的h2o的质量，单位为吨/小时。
24、根据本专利技术提供的氢冶金能质动态平衡调节方法，所述氢冶金竖炉热平衡模型包括：
25、
26、；
27、；
28、；
29、；
30、其中，表示还原气体的显热，单位为j；表示固体材料的显热，单位为j；表示时间t所需直接还原反应热，单位为j；表示时间t蒸汽的热损失，单位为j；表示时间t煤气的热损失，单位为j；表示时间t竖炉的热损失，单位为j；表示入口气体中h2的体积分数；表示入口气体中co的体积分数；表示在时间t 时刻的直接还原铁的输出热量，单位为j；表示时间 t 时天然气中 ho2的体积分数；表示时间t顶煤气显热损失，单位为j；表示直接还原铁dri 中第m种物质的质量分数；表示气相各组分的摩尔定压热容，单位；表示固相中第m种物质的各组分摩尔质量；表示dri的还原温度，单位k；表示时间t所需的热力学平衡还原气体，单位为nm3/h；表示总加热效率；表示在时间t 时刻的氧气质量，单位为吨；表示氢基竖炉炉顶气体温度，单位k；、、、分别表示二氧化碳、水蒸气、一氧化碳和氢气的比热容，单位；表示竖炉还原气体入口处温度，单位k；表示入口处的还原气中各组分的体积分数；表示竖炉还原气体入口处气相各组分的摩尔定压热容，单位；η表示降低气体利用效率；表示炉顶气体中各组分的体积分数；表示竖炉炉顶处气相各组分的摩尔定压热容，单位。
31、根据本专利技术提供的氢冶金能质动态平衡调节方法，所述碳排放量计算模型包括：
32、；
33、其中，表示由于使用电网电力和co作为还原剂导致的co2排放总量，单位为吨；α表示碳排放因子，单位为吨co2/mwh；表示时间 t 电网功率；表示通过采用co作为还原剂导致的co2排放量，单位为吨；表示通过采用氢气作为还原剂减少的co2排放量，单位为吨；表示时间t还原气体的消耗量，单位为nm3。
34、根据本专利技术提供的氢冶金能质动态平衡调节方法，所述目标函数具体为：
35、；
36、其中，为储能系统操作成本，表示风力发电的运行成本，表示光伏发电的运行成本，表示电价，表示竖炉的运行成本，表示来自电网供电和co还原气体的能源供应导致的co2排放量，单位为吨， 、 、 、 、 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述方法通过氢冶金能质动态平衡调节系统实现，所述氢冶金能质动态平衡调节系统包括竖炉、供气储气装置、供电装置、制氢装置、储氢装置；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述新能源-制氢-储氢-氢冶金综合调度模型还包括还原气体流量、入炉温度、炉顶各气体的组成和比例关系、入炉球团质量及出炉球团质量；
3.根据权利要求2所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述氢冶金的产能规划包括可调节氢冶金产量、可调节氢冶金产量的能耗及还原气体用量；
4.根据权利要求3所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述氢冶金竖炉的质量平衡计算模型包括：
5.根据权利要求4所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述氢冶金竖炉热平衡模型包括：
6.根据权利要求5所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述碳排放量计算模型包括：
7.根据权利要求6所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述目标函数具体为：
9.根据权利要求8所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述能量平衡约束条件表示为：
10.根据权利要求8所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述还原气体剖面测定约束条件包括：
11.根据权利要求8所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述制氢约束条件包括：
12.根据权利要求8所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述储氢放氢约束条件包括：
13.根据权利要求8所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述电化学储能约束条件包括：
14.根据权利要求8所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述氢冶金竖炉的灵活性调节模型约束条件包括：
15.一种氢冶金能质动态平衡调节装置，其特征在于，所述装置设置于氢冶金能质动态平衡调节系统，所述氢冶金能质动态平衡调节系统包括竖炉、供气储气装置、供电装置、制氢装置、储氢装置；所述装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述方法通过氢冶金能质动态平衡调节系统实现，所述氢冶金能质动态平衡调节系统包括竖炉、供气储气装置、供电装置、制氢装置、储氢装置；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述新能源-制氢-储氢-氢冶金综合调度模型还包括还原气体流量、入炉温度、炉顶各气体的组成和比例关系、入炉球团质量及出炉球团质量；
3.根据权利要求2所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述氢冶金的产能规划包括可调节氢冶金产量、可调节氢冶金产量的能耗及还原气体用量；
4.根据权利要求3所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述氢冶金竖炉的质量平衡计算模型包括：
5.根据权利要求4所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述氢冶金竖炉热平衡模型包括：
6.根据权利要求5所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述碳排放量计算模型包括：
7.根据权利要求6所述的氢冶金能质动态平衡调节方法，其特征在于，所述目标函数具体为：
8.根据权利要求7所述的氢冶金能质动态平...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨乔尹，程林，杨颜凤，
申请(专利权)人：清华大学无锡应用技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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