高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法和装置

摘要

本发明公开了一种高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法和装置，通过获取高炉冷却壁循环冷却水系统运行时的历史监测数据，其中，历史监测数据包括各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标；根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度；更新工艺操作参数的配置组合，对于影响较为强烈的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于影响较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗。本发明提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法和装置，自动化程度高、节能效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及工业循环水系统节能领域，特别地，涉及一种高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法和装置。

背景技术

高炉炼铁是钢铁工业中十分重要的工艺环节，这一过程运行的安全稳定水平和能耗是钢铁企业生产运行能力的重要体现。高炉的循环水系统主要用于冷却高炉炉壁，是维护高炉安全、稳定和经济运行不可缺少的组成部分。高炉冷却壁循环冷却水系统通过向高炉炉壁供给具有一定温度和流量的循环水，来带走高炉生产过程中多余的热量，维持合理的炉壁温度(即热状况)，进而保护炉壁不被高炉内部的高温所破坏。高炉冷却壁循环冷却水系统的动力消耗主要包括水泵耗电和冷却塔风机耗电这两大部分，前者主要用于提供循环水系统所需要的流量，后者主要用于制冷以维持高炉循环水合适的温度。因此，流量和进入高炉的循环水温度是制约高炉热状况的工艺操作变量，二者的供给程度则分别对应着水泵和风机的电耗。由于高炉炉壁换热过程的复杂性和个体的差异性，公知的技术手段未能针对性地提供高炉冷却壁循环冷却水系统节能的较好方法。

因此，如何针对性地实现高炉冷却壁循环水系统的最优节能效果，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法和装置，通过对高炉炉壁温度和循环水系统工艺操作参数的历史数据统计分析，以提供个性化方案来解决高炉冷却壁循环冷却水系统节能的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉、用于存储冷水的冷水池、用于将冷水池中存储的冷水泵入高炉中进行换热的多个水泵、用于对高炉换热后的水进行冷却并返回给冷水池的多个冷却塔、依次设置于冷水池、高炉和冷却塔之间用于循环导流的循环冷却水母管、以及与多个冷却塔对应设置用于对送至多个冷却塔的水进行冷却的多个风机，高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法包括以下步骤：

S100、获取高炉冷却壁循环冷却水系统运行时的历史监测数据，其中，历史监测数据包括各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标；

S200、根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度；

S300、更新工艺操作参数的配置组合，对于影响较为强烈的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于影响较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗。

进一步地，步骤S300之后，还包括：

S400、重复步骤S100～步骤S300，持续降低高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，直至高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平。

进一步地，各工艺操作参数包括循环冷却水母管流量和循环冷却水母管入口温度。

进一步地，高温壁面热状况指标包括高炉壁面各测温点的温度最大值、平均值或中位数。

进一步地，加强其供给程度包括增加循环冷却水母管的流量和/或增强冷却塔的制冷能力；减少其供给程度包括减少循环冷却水母管的流量和/或减弱冷却塔的制冷能力。

进一步地，增加循环冷却水母管的流量包括增大水泵的阀门开度、提高配套电机转速、增大水泵叶轮直径、增加水泵开启台数中的一种或多种方式的组合；减少循环冷却水母管的流量包括减小水泵的阀门开度、降低配套电机转速、减小水泵叶轮直径、减少水泵开启台数中的一种或多种方式的组合。

进一步地，增强冷却塔的制冷能力包括提高冷却塔风机转速、提高冷却塔喷淋水喷淋量、增加风机开启台数和调节风机叶片安放角度中的一种或多种方式的组合，以降低进入高炉的循环水的温度；减弱冷却塔的制冷能力包括降低冷却塔风机转速、降低冷却塔喷淋水喷淋量、减少风机开启台数和调节风机叶片安放角度中的一种或多种方式的组合，以提高进入高炉的循环水的温度。

进一步地，较小幅度加强其供给程度，增加的幅度值控制在原供给程度的1％～3％的控制区间内；较大幅度减少其供给程度，减少的幅度值控制在原供给程度的2％～10％的控制区间内。

进一步地，高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平是指高炉冷却壁循环冷却水系统能耗值不再降低或高温壁面热状况指标已经达到许可的临界值范围。

根据本发明的另一方面，还提供一种高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉、用于存储冷水的冷水池、用于将冷水池中存储的冷水泵入高炉中进行换热的多个水泵、用于对高炉换热后的水进行冷却并返回给冷水池的多个冷却塔、依次设置于冷水池、高炉和冷却塔之间用于循环导流的循环冷却水母管、以及与多个冷却塔对应设置用于对送至多个冷却塔的水进行冷却的多个风机，高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置包括：

获取模块、用于获取高炉冷却壁循环冷却水系统运行时的历史监测数据，其中，历史监测数据包括各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标；

统计模块、用于根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度；

处理模块、用于更新工艺操作参数的配置组合，对于影响较为强烈的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于影响较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法和装置，通过获取高炉冷却壁循环冷却水系统运行时的历史监测数据；根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度；更新工艺操作参数的配置组合，对于影响较为强烈的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于影响较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，从而获得能耗低的工艺操作参数的配置组合。本发明提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法和装置，自动化程度高、节能效果好。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法优选实施例的流程示意图；

图2是高炉冷却壁循环冷却水系统的组成示意图；

图3是本发明高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置第一优选实施例的功能框图；

图4是本发明高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置第二优选实施例的功能框图。

附图标号说明：

10、冷水池；20、高炉；30、冷却塔；40、循环冷却水母管；50、水泵；60、风机；71、获取模块；72、统计模块；73、处理模块；74、节能优化模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1和图2，本发明的优选实施例提供了一种高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法和装置，通过对高炉炉壁温度和循环水系统工艺操作参数的历史数据统计分析，以提供个性化方案来解决高炉冷却壁循环冷却水系统节能的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉20、用于存储冷水的冷水池10、用于将冷水池10中存储的冷水泵入高炉20中进行换热的多个水泵50、用于对高炉20换热后的水进行冷却并返回给冷水池10的多个冷却塔30、依次设置于冷水池10、高炉20和冷却塔30之间用于循环导流的循环冷却水母管40、以及与多个冷却塔30对应设置用于对送至多个冷却塔30的水进行冷却的多个风机60，高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法包括以下步骤：

S100、获取高炉冷却壁循环冷却水系统运行时的历史监测数据，其中，历史监测数据包括各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标。

明确高炉冷却壁循环冷却水系统中的各工艺操作参数和壁面热状况指标，获取各工艺操作参数和壁面热状况指标的历史监测数据。其中，历史监测数据包括各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标。各个工艺操作参数包括循环冷却水母管流量和循环冷却水母管入口温度。高温壁面热状况指标包括高炉壁面各测温点的温度最大值、平均值或中位数。

S200、根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度。

根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，并按各个工艺操作参数与高温壁面热状况指标的相关性按序进行排列，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度。

S300、更新工艺操作参数的配置组合，对于影响较为强烈的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于影响较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗。

更新工艺操作参数的配置组合，对于影响较为强烈的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于影响较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗。其中，加强其供给程度包括增加循环冷却水母管的流量和/或增强冷却塔的制冷能力；减少其供给程度包括减少循环冷却水母管的流量和/或减弱冷却塔的制冷能力。增加循环冷却水母管的流量包括增大水泵的阀门开度、提高配套电机转速、增大水泵叶轮直径、增加水泵开启台数中的一种或多种方式的组合；减少循环冷却水母管的流量包括减小水泵的阀门开度、降低配套电机转速、减小水泵叶轮直径、减少水泵开启台数中的一种或多种方式的组合。具体地，增强冷却塔的制冷能力包括提高冷却塔风机转速、提高冷却塔喷淋水喷淋量、增加风机开启台数和调节风机叶片安放角度中的一种或多种方式的组合，以降低进入高炉的循环水的温度；减弱冷却塔的制冷能力包括降低冷却塔风机转速、降低冷却塔喷淋水喷淋量、减少风机开启台数和调节风机叶片安放角度中的一种或多种方式的组合，以提高进入高炉的循环水的温度。较小幅度加强其供给程度，增加的幅度值控制在原供给程度的1％～3％的控制区间内；较大幅度减少其供给程度，减少的幅度值控制在原供给程度的2％～10％的控制区间内。

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法，通过获取高炉冷却壁循环冷却水系统运行时的历史监测数据；根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度；更新工艺操作参数的配置组合，对于影响较为强烈的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于影响较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，从而获得能耗低的工艺操作参数的配置组合。本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法，自动化程度高、节能效果好。

优选地，本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法，步骤S300之后，还包括：

S400、重复步骤S100～步骤S300，持续降低高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，直至高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平。

获取更新后的工艺操作参数的配置组合，继续采集历史监测数据，对高炉冷却壁循环冷却水系统进行节省优化，持续降低高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，直至高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平。其中，高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平是指高炉冷却壁循环冷却水系统能耗值不再降低或所述高温壁面热状况指标已经达到许可的临界值范围。

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法，持续降低高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，直至高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平，最终在维持合适的高炉热状况的前提下，获得高炉冷却壁循环冷却水系统。本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能方法，自动化程度高、节能效果好。

如图3所示，本实施例还提供一种高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置，应用于高炉冷却壁循环冷却水系统中，高炉冷却壁循环冷却水系统包括高炉20、用于存储冷水的冷水池10、用于将冷水池10中存储的冷水泵入高炉20中进行换热的多个水泵50、用于对高炉20换热后的水进行冷却并返回给冷水池10的多个冷却塔30、依次设置于冷水池10、高炉20和冷却塔30之间用于循环导流的循环冷却水母管40、以及与多个冷却塔30对应设置用于对送至多个冷却塔30的水进行冷却的多个风机60，高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置包括获取模块71、统计模块72和处理模块73，其中，获取模块71、用于获取高炉冷却壁循环冷却水系统运行时的各工艺操作参数和高温壁面热状况指标的历史数据；统计模块72、用于根据获取的历史数据，统计各工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，并按照相关性的强弱程度对各工艺操作参数进行排序；处理模块73、用于更新工艺操作，对于与高温壁面热状况指标相关性较强的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于与高温壁面热状况指标相关性较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗。

获取模块71明确高炉冷却壁循环冷却水系统中的各工艺操作参数和壁面热状况指标，获取各工艺操作参数和壁面热状况指标的历史监测数据。其中，历史监测数据包括各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标各个工艺操作参数包括循环冷却水母管流量和循环冷却水母管入口温度。高温壁面热状况指标包括高炉壁面各测温点的温度最大值、平均值或中位数。根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，并按各个工艺操作参数与高温壁面热状况指标的相关性按序进行排列，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度。

统计模块72根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，并按各个工艺操作参数与高温壁面热状况指标的相关性按序进行排列，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度。

处理模块73更新工艺操作参数的配置组合，对于影响较为强烈的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于影响较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗。其中，加强其供给程度包括增加循环冷却水母管的流量和/或增强冷却塔的制冷能力；减少其供给程度包括减少循环冷却水母管的流量和/或减弱冷却塔的制冷能力。增加循环冷却水母管的流量包括增大水泵的阀门开度、提高配套电机转速、增大水泵叶轮直径、增加水泵开启台数中的一种或多种方式的组合；减少循环冷却水母管的流量包括减小水泵的阀门开度、降低配套电机转速、减小水泵叶轮直径、减少水泵开启台数中的一种或多种方式的组合。具体地，增强冷却塔的制冷能力包括提高冷却塔风机转速、提高冷却塔喷淋水喷淋量、增加风机开启台数和调节风机叶片安放角度中的一种或多种方式的组合，以降低进入高炉的循环水的温度；减弱冷却塔的制冷能力包括降低冷却塔风机转速、降低冷却塔喷淋水喷淋量、减少风机开启台数和调节风机叶片安放角度中的一种或多种方式的组合，以提高进入高炉的循环水的温度。较小幅度加强其供给程度，增加的幅度值控制在原供给程度的1％～3％的控制区间内；较大幅度减少其供给程度，减少的幅度值控制在原供给程度的2％～10％的控制区间内。

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置，通过获取高炉冷却壁循环冷却水系统运行时的历史监测数据；根据获取的历史监测数据，统计各个工艺操作参数和高温壁面热状况指标的相关性，得出各个工艺操作参数对高温壁面热状况指标的影响程度；更新工艺操作参数的配置组合，对于影响较为强烈的工艺操作参数，较小幅度加强其供给程度；对于影响较弱的工艺操作参数，较大幅度减少其供给程度以节约高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，从而获得能耗低的工艺操作参数的配置组合。本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置，自动化程度高、节能效果好。

如图4所示，本实施例还提供一种高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置，还包括节能优化模块74，节能优化模块74，用于持续降低高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，直至高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平。

节能优化模块74获取更新后的工艺操作参数的配置组合，继续采集历史监测数据，对高炉冷却壁循环冷却水系统进行节省优化，持续降低高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，直至高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平。其中，高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平是指高炉冷却壁循环冷却水系统能耗值不再降低或所述高温壁面热状况指标已经达到许可的临界值范围。

本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置，持续降低高炉冷却壁循环冷却水系统能耗，直至高炉冷却壁循环冷却水系统达到最优水平，最终在维持合适的高炉热状况的前提下，获得高炉冷却壁循环冷却水系统。本实施例提供的高炉冷却壁循环冷却水系统节能装置，自动化程度高、节能效果好。

请见图2，在本实施例的高炉冷却壁循环冷却水系统中，水泵50从冷水池10中吸水，增压后汇集，经循环冷却水母管40输送至高炉20换热，换热后的水送至冷却塔30冷却，最终冷却后回到冷水池10。采集信号包括压力表、流量计、水温计、壁温计(共计48个壁面温度监测点)、以及用电设备水泵、风机的电机电参数(功率和耗电量，图中未画出)。控制手段包括驱动水泵和风机的电机的启停及其转速、水泵出口和冷却塔上塔阀门、母管阀门的调节。

相关关系是一种非确定性的关系，相关系数是研究变量之间线性相关程度的量。由于研究对象的不同，相关系数有如下几种定义方式。

相关系数：又叫相关系数或线性相关系数，一般用字母r表示，用来度量两个变量间的线性关系。

相关系数的定义式为：

其中，Cov(X，Y)为X与Y的协方差；Var[X]为X的方差；Var[Y]为Y的方差。

本发明实施例提供的高炉循环冷却水系统，设计流量为3600m³/h，设计高炉入口循环水温度为40℃，许可的最高壁温为130℃。在设计工况下，对应的水泵和冷却塔风机的耗电功率分别为650kW和85kW。设定该系统的工艺操作参数为循环水流量和高炉入口循环水温度，热状况指标为所有壁面温度中的最大值，各经过半年历史数据分析统计，发现循环水流量和热状况指标之间的相关系数为-0.34，而高炉入口循环水温度和热状况参数之间的相关系数为-0.73，故认为对该高炉循环水系统而言循环水流量与热状况指标之间的相关性较弱，高炉入口循环水温度与热状况指标之间的相关性较强。应用本实施例中的步骤，将驱动冷却塔风机的电机转速升高，使冷却塔的制冷能力提升，导致高炉入口循环水温度在设计的40℃基础上降至37℃，同时冷却塔风机耗电由原来设计的85kW上升至102kW；而同时减小水泵出口的阀门开度，使循环水的流量由原来设计的3600m³/h降低至3300m³/h，水泵耗电由原来设计的650kW降低至520kW。经过上述供给配置优化后，热状况指标与优化前近似，炉壁最高温度控制在130℃以内，但风机和水泵的总电耗由原来的735kW降低至622kW，系统能耗降低了15％以上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。