一種高爐煤氣預(yù)測平衡調(diào)度系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于自動控制領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼鐵行業(yè)副產(chǎn)高爐煤氣發(fā)生量和消耗量 預(yù)測及高爐煤氣優(yōu)化平衡的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 高爐煤氣（BFG)是高爐煉鐵的副產(chǎn)品，主要可燃成份為0)、氏和少量的CH4，還含 有大量的N 2和CO2，是鋼鐵企業(yè)中非常重要的二次能源。其回收利用水平與供需平衡調(diào)度 對鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排具有重要意義。由于高爐煤氣的發(fā)生與消耗隨時發(fā)生變化，供需之間 的不平衡時有發(fā)生，使得鋼鐵企業(yè)的高爐煤氣有時大量放散，有時出現(xiàn)短缺。尤其對于臨時 檢修引起的煤氣不平衡問題，不能及時做出應(yīng)對措施，致使煤氣管網(wǎng)波動較大，造成煤氣放 散，浪費能源。
[0003] 專利公開號CN101709919A公開了一種用于鋼鐵企業(yè)的煤氣平衡裝置及煤氣平衡 工藝，該裝置在煤氣回收管道的一端與煤氣排放裝置連接，另一端與煤氣存儲裝置連接。煤 氣存儲裝置通過煤氣輸出管道與用氣裝置連接。該裝置只是被動的在煤氣出現(xiàn)過剩或缺 口時，通過煤氣用氣和排放裝置對煤氣進行調(diào)整，很難及時對整個煤氣系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)度。 CN103439926A公開了一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，該裝置利用各工序煤氣消耗量與 生成量歷史數(shù)據(jù)和煤氣柜存量數(shù)據(jù)，對煤氣當(dāng)前時刻和未來時刻的生成量和消耗量進行預(yù) 測，并通過優(yōu)化器基于上述預(yù)測數(shù)據(jù)，進行煤氣分配優(yōu)化。該種裝置在煤氣生成量和消耗量 的預(yù)測上利用歷史數(shù)據(jù)進行估算，很難保證預(yù)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。CN103426035A公開了一種鋼 鐵行業(yè)副產(chǎn)高爐煤氣自平衡調(diào)度系統(tǒng)及產(chǎn)消量預(yù)測方法。該方法通過高爐煤氣預(yù)測子系統(tǒng) 根據(jù)收集的原始數(shù)據(jù)預(yù)測高爐煤氣發(fā)生消耗量；高爐煤氣產(chǎn)消平衡調(diào)度子系統(tǒng)通過預(yù)測煤 氣發(fā)生消耗量及原有煤氣存儲量判斷煤氣量供需情況，給出平衡調(diào)度方案。該方法通過訓(xùn) 練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對高爐煤氣發(fā)生量/消耗量進行預(yù)測，但沒有考慮煤氣發(fā)生工序和煤 氣消耗工序的不同，在預(yù)測結(jié)果上也很難保證準(zhǔn)確性。
[0004] 綜上所述，以上各種裝置及方法在高爐煤氣預(yù)測上，沒有考慮到煤氣發(fā)生工序和 煤氣消耗工序的不同，而且即使對于煤氣發(fā)生或消耗的同一工序也由于生產(chǎn)狀態(tài)的不同， 在煤氣預(yù)測上很難有某一種預(yù)測模型可以保證對所有生產(chǎn)狀態(tài)的預(yù)測準(zhǔn)確。因此，亟需探 尋更加準(zhǔn)確有效的高爐煤氣預(yù)測及平衡調(diào)度系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在提供一種可提高煤氣預(yù)測結(jié)果的及時性和準(zhǔn)確性，并為生產(chǎn)現(xiàn)場提供 高爐煤氣優(yōu)化調(diào)度方案，從而減少高爐煤氣放散量，降低能源消耗的高爐煤氣預(yù)測及平衡 調(diào)度系統(tǒng)。
[0006] 為達此目的，本發(fā)明采取的解決方案為：
[0007] -種高爐煤氣預(yù)測及平衡調(diào)度系統(tǒng)，包括高爐煤氣發(fā)生設(shè)備、高爐煤氣消耗設(shè)備、 系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、高爐煤氣預(yù)測模塊、高爐煤氣平衡調(diào) 度模塊及煤氣管控中心。
[0008] 數(shù)據(jù)采集處理模塊由數(shù)據(jù)采集子模塊和數(shù)據(jù)除干擾子模塊組成，數(shù)據(jù)分析模塊由 煤氣發(fā)生量標(biāo)定子模塊、煤氣消耗量標(biāo)定子模塊及標(biāo)定數(shù)據(jù)存儲子模塊組成，高爐煤氣預(yù) 測模塊由計劃與突發(fā)事件子模塊、發(fā)生量預(yù)測子模塊及消耗量預(yù)測子模塊組成，高爐煤氣 平衡調(diào)度模塊由煤氣平衡子模塊和煤氣調(diào)度子模塊組成。
[0009] 高爐煤氣發(fā)生設(shè)備和高爐煤氣消耗設(shè)備均分別與系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫及煤氣管控中 心連接，系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫連接數(shù)據(jù)采集處理模塊，數(shù)據(jù)采集處理模塊分別與數(shù)據(jù)分析模塊 的煤氣發(fā)生量標(biāo)定子模塊和煤氣消耗量標(biāo)定子模塊連接，數(shù)據(jù)分析模塊連接高爐煤氣預(yù)測 模塊，高爐煤氣預(yù)測模塊與高爐煤氣平衡調(diào)度模塊連接，高爐煤氣平衡調(diào)度模塊連接煤氣 管控中心，煤氣管控中心還分別與高爐煤氣預(yù)測模塊的突發(fā)事件子模塊及高爐煤氣平衡調(diào) 度模塊的煤氣平衡子模塊連接。
[0010] -種高爐煤氣預(yù)測平衡調(diào)度方法，其具體方法為：
[0011] 高爐煤氣發(fā)生設(shè)備與高爐煤氣消耗設(shè)備將高爐煤氣發(fā)生量數(shù)據(jù)、高爐煤氣消耗量 數(shù)據(jù)及設(shè)備運行參數(shù)傳送給系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)采集處理模塊中的數(shù)據(jù)采集子模塊從系 統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫中讀取高爐煤氣發(fā)生設(shè)備與高爐煤氣消耗設(shè)備的歷史高爐煤氣數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)除 干擾子模塊對以上采集的歷史高爐煤氣數(shù)據(jù)進行除干擾處理，運用小波分析及濾波方法， 將煤氣歷史數(shù)據(jù)中的干擾數(shù)據(jù)剔除；經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)分析模塊中，其中各高爐 的煤氣發(fā)生量數(shù)據(jù)及高爐的主要運行指標(biāo)和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進入煤氣發(fā)生量標(biāo)定子模塊， 煤氣發(fā)生量標(biāo)定子模塊根據(jù)各高爐運行狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)，對高爐煤氣發(fā)生量數(shù)據(jù)進行分 類：對于正常生產(chǎn)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，將相同標(biāo)準(zhǔn)工況下的高爐煤氣發(fā)生量數(shù)據(jù)進行歸類標(biāo)定； 對于非正常生產(chǎn)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，將相同非標(biāo)準(zhǔn)工況下的的高爐煤氣發(fā)生量數(shù)據(jù)進行歸類標(biāo) 定；其中各個高爐煤氣消耗用戶消耗高爐煤氣量數(shù)據(jù)，及煤氣消耗用戶的主要運行指標(biāo)和 運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進入煤氣消耗量標(biāo)定子模塊，煤氣消耗量標(biāo)定子模塊根據(jù)各個煤氣消耗用 戶運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)，對高爐煤氣消耗量數(shù)據(jù)進行分類，并采用與上述煤氣發(fā)生量標(biāo)定子 模塊相同方式進行歸類標(biāo)定，分類標(biāo)定完的數(shù)據(jù)存儲到標(biāo)定數(shù)據(jù)存儲子模塊中。
[0012] 高爐煤氣發(fā)生設(shè)備與高爐煤氣消耗設(shè)備向煤氣管控中心提供生產(chǎn)、檢修計劃事件 或突發(fā)事件，煤氣管控中心向高爐煤氣預(yù)測模塊的計劃與突發(fā)事件子模塊中輸入高爐煤氣 相關(guān)各個主體設(shè)備的生產(chǎn)、檢修計劃或突發(fā)事件；發(fā)生量預(yù)測子模塊根據(jù)計劃與突發(fā)事件 子模塊中各個高爐的計劃或突發(fā)事件，分辨出每個高爐在不同時間點下的生產(chǎn)狀態(tài)及主要 運行工況，進而根據(jù)數(shù)據(jù)存儲子模塊中高爐煤氣發(fā)生量在不同生產(chǎn)狀態(tài)、不同工況下的標(biāo) 定數(shù)據(jù)，通過煤氣發(fā)生量預(yù)測模型計算出計劃事件或突發(fā)事件時間內(nèi)的各個高爐煤氣發(fā)生 預(yù)測量；消耗量預(yù)測子模塊也根據(jù)計劃與突發(fā)事件子模塊中各個消耗高爐煤氣主體設(shè)備的 計劃或突發(fā)事件，分辨出每個主體設(shè)備在不同時間點下的生產(chǎn)狀態(tài)及主要運行工況，并根 據(jù)對應(yīng)的標(biāo)定數(shù)據(jù)通過煤氣消耗量預(yù)測模型計算出計劃或突發(fā)事件時間內(nèi)的各個主體設(shè) 備高爐煤氣消耗預(yù)測量。
[0013] 高爐煤氣平衡調(diào)度模塊中的高爐煤氣平衡子模塊，通過高爐煤氣平衡調(diào)度模型對 計劃事件或突發(fā)事件時間內(nèi)高爐煤氣發(fā)生與消耗預(yù)測量進行供需平衡對比，對高爐煤氣系 統(tǒng)的平衡性進行判斷：如高爐煤氣系統(tǒng)滿足平衡條件，則直接通過高爐煤氣調(diào)度子模塊將 預(yù)測發(fā)生的高爐煤氣進行調(diào)度分配；若沒有滿足平衡條件，需要判斷輸入事件是否為計劃 事件；如輸入事件為計劃事件，需將生產(chǎn)、檢修計劃返回煤氣管控中心，重新對生產(chǎn)計劃或 檢修計劃進行調(diào)整，再將計劃事件輸入到計劃與突發(fā)事件子模塊中，并預(yù)測煤氣發(fā)生量及 消耗量，對煤氣系統(tǒng)平衡性重新進行判斷，只有高爐煤氣系統(tǒng)達到平衡條件后，才通過高爐 煤氣調(diào)度子模塊將預(yù)測發(fā)生的高爐煤氣進行調(diào)度分配；如輸入事件為突發(fā)事件時，則不對 高爐煤氣系統(tǒng)平衡性進行判斷，直接通過高爐煤氣調(diào)度子模塊對突發(fā)事件下的煤氣發(fā)生量 進行分配調(diào)度，最大化減小突發(fā)事件對高爐煤氣用戶系統(tǒng)的沖擊影響。
[0014] 高爐煤氣調(diào)度子模塊通過高爐煤氣平衡調(diào)度模型，采用專家系統(tǒng)模式給出合理的 高爐煤氣調(diào)度方案，并將高爐煤氣調(diào)度方案提供給煤氣管控中心，煤氣管控中心將高爐煤 氣調(diào)度方案提供給高爐煤氣發(fā)生設(shè)備與高爐煤氣消耗設(shè)備，指導(dǎo)高爐煤氣發(fā)生設(shè)備與高爐 煤氣消耗設(shè)備的運行，保證高爐煤氣供需平衡，減少高爐煤氣放散量。
[0015] 所述煤氣發(fā)生量預(yù)測模型為：
[0017] 公式中，i表示第i座高爐，η表示共有η座高爐；j表示標(biāo)準(zhǔn)工況下的第j個影響 事件，s表示標(biāo)準(zhǔn)工況下共有s個影響事件；k表示標(biāo)準(zhǔn)工況下的第k個影響事件，t表示非 標(biāo)準(zhǔn)工況下共有t個影響事件；表示高爐煤氣總發(fā)生量；表示第i座 高爐在標(biāo)準(zhǔn)工況下的高爐煤氣發(fā)生量；表示第i座高爐在非標(biāo)準(zhǔn)工況下的 高爐