[发明专利]一种轧钢加热炉煤气消耗量预测方法

权利要求书

1.一种轧钢加热炉煤气消耗量预测方法，其特征在于，所述的方法以轧钢系统生产计划、设备检修计划、加热炉近年的生产数据、煤气消耗指标及热平衡测试数据为基本参数，以当日加热钢种计划、加热炉小时产量计划、钢坯入炉及出炉平均温度、空气与煤气平均预热温度为动态预测修正参数，通过热平衡测试，建立统计分析与机理相结合的数学模型，进行轧钢加热炉煤气消耗量的中、长期及短期预测；具体包括如下步骤：

步骤一、按加热制度对钢种进行分类；按钢种所属类别，分别统计各台加热炉近年来的生产数据；包括：加热炉小时产量、加热钢种、钢坯平均装炉温度及热装率，空、煤气平均预热温度及煤气单耗；

步骤二、每年对各台加热炉进行一次典型工况的热平衡测试，获得该工况条件下的加热炉煤气单耗、热效率、热收入及热损失项数据，并存入该加热炉历史数据库；

步骤三、建立单座加热炉煤气消耗量预测数学模型；

所述的步骤三具体包括如下步骤：

步骤3.1加热炉煤气消耗量中、长期预测模型，中、长期包括：周、月、季、年；

依据企业年、季、月、周生产计划、设备检修计划、轧制钢种、煤气热值，建立下列数学模型，进行加热炉煤气消耗量中、长期预测：

(1)单座加热炉煤气消耗量中、长期预测模型

Q_g＝Q₀e^kp                   (1)

b＝Q_g/p                    (2)

b＝Q₀e^kp/p                  (3)

B＝Q_g/Q_d                    (4)

式中：Q_g：加热炉供热负荷(kj/h)，Q₀：空炉热负荷(kj/h)，p：加热炉产量(t/h),k：统计系数，b：加热炉单耗(kj/t),B：加热炉煤气消耗量(Nm³/h)，Q_d：煤气低倍发热量，(kj/Nm³)；其中Q₀在待轧工况下进行标定，各钢种的k值通过加热炉生产历史数据回归获得；

(2)多座加热炉煤气消耗量中、长期预测模型

首先利用上述单座加热炉煤气消耗量中、长期预测模型(1)～(4)式，分别求出第i座加热炉预测周期的煤气消耗量，然后进行求和计算；

式中：B_z：煤气消耗总量(Nm³)，B(i)：第i座加热炉煤气消耗量(Nm³/h)，t1：预测时间周期(h)，n：生产的加热炉座数；

步骤3.2加热炉煤气消耗量短期预测模型

加热炉煤气消耗量短期预测模型，短期包括：10分钟、1小时、4小时、8小时；

以上述加热炉煤气消耗量中、长期预测数据为基础，以前一预测周期内在线采集到的钢坯热装温度、钢坯出炉温度、空气预热温度、煤气预热温度、加热炉实际产量为修正变量，建立加热炉煤气消耗量短期预测模型；

(1)单座加热炉煤气消耗量短期预测模型

考虑到各座加热炉的实际工况，抓住影响煤气消耗量的主要因素，进行动态修正；

①钢坯入炉温度变化对加热炉煤气消耗量的影响：

η＝Q_x/Q_g                   (6)

Q_x＝(C₂T₂-C₁T₁)×p       (7)

b＝(C₂T₂-C₁T₁)/η          (8)

式中：η：加热炉热效率(％)，Q_x：钢坯获得的有效热(kj/h)，Q_g：加热炉供热负荷(kj/h)，C₁、C₂：钢坯入炉与出炉时的平均比热(kj/Kg.℃)，T₁、T₂：分别为钢坯入炉与出炉平均温度(℃)，p：加热炉产量(t/h)，b：加热炉单耗(kj/t)；

当加热炉其它条件不变，只有钢坯入炉温度由T₁变为T₁₁，钢坯入炉时比热从C₁变为C₁₁时，则煤气单耗变化：

Δb₁＝(C₁₁T₁₁-C₁T₁)/η       (9)

②钢坯出炉温度变化对热炉煤气消耗量的影响：

同理，当加热炉其它条件不变，只有钢坯出炉温度由T₂变为T₂₂，钢坯出炉时比热从C₂变为C₂₂时，则煤气单耗变化：

Δb₂＝(C₂₂T₂₂-C₂T₂)/η        (10)

关于加热炉热效率η，它是随着钢坯入炉温度及出炉温度的变化而变化的，不同钢坯入炉温度与出炉温度条件下的η，通过热平衡计算或历史数据统计回归获得；

③空气与煤气预热温度变化对加热炉煤气消耗量的影响：

Q_k＝(C_k2T_k2-C_k1T_k1)V_k       (11)

Q_m＝(C_m2T_m2-C_m1T_m1)V_m     (12)

η＝(Q_g+Q_k+Q_m-Q_s)/Q_g        (13)

Q_g＝(Q_s-Q_k-Q_m)/(1-η)        (14)

b＝(Q_s-Q_k-Q_m)/p(1-η)       (15)

式中：Q_k、Q_m：分别为空气与煤气预热后带入炉膛的物理热(kj/h)；

C_k1、C_k2、C_m1、C_m2：分别为空气与煤气入口与出口时的平均比热(kj/m³.℃)；

T_k1、T_k2、T_m1、T_m2：分别为空气与煤气入口与出口时的平均温度(℃)；

V_k、V_m：分别为预测前一周期的空气与煤气的小时体积流量(Nm³/h)；

Q_s：加热炉所有热损失(kj/h)；

当加热炉其它条件不变，只有空气与煤气预热温度发生变化，则加热炉煤气单耗的变化按下式计算：

Δb₃＝(ΔQ_k+ΔQ_m)/P(1-η)      (16)

④当加热炉出现待轧时，依据待轧时间长短，按待轧制度标定其加热炉供热负荷；

Q_g＝f(t2)，式中：t2为待轧时间(min)

⑤当钢坯计数器采集到的累计数据与计划产量出现偏差时，对加热炉实际产量按下式进行动态修正：

P(t)＝P+ΔP                (17)

式中：ΔP＞0,表示实际产量大于计划产量,ΔP≤0,表示实际产量小于或等于计划产量；

⑤单座加热炉煤气消耗量短期预测模型按下式计算：

以预测周期的生产计划及加热炉的排产计划为基础，以前一预测周期采集到的钢坯入炉温度、钢坯出炉温度、空气预热温度、煤气预热温度、待轧时间、实际加热炉小时产量数据为参考进行动态修正，其预测数学模型为：

Q_g(t)＝Q₀e^kp+[Δb₁(t-1)+Δb₂(t-1)+Δb₃(t-1)]×P(t)+f(t)……(18)

B(t)＝Q_g(t)/Q_d(t)……(19)

式中：Q_g(t)：t时段第i座加热炉供热负荷(kj/h)，

Δb₁(t-1)、Δb₂(t-1)、Δb₃(t-1)：分别为前一预测周期(t-1)时段钢坯入炉温度、出炉温度、空、煤气预热温度引起的加热炉单耗变化量，B(t)：t时段第i座加热炉煤气消耗量(Nm³/h)；

(2)多座加热炉煤气消耗量短期预测模型按下式计算：

首先利用上述单座加热炉煤气消耗量短期期预测模型(6)～(19)式，分别求出第i座加热炉预测周期的煤气消耗量，然后进行求和计算；

式中：B_z(t)：煤气消耗总量(Nm³)，B(i)：第i座加热炉煤气消耗量(Nm³/h)，1≤i≤n；t：预测时间周期(h)，0≤t≤m；

为提高模型动态预测精度，依据加热炉出钢频率，每10分钟进行一次滚动预测修正。