一種高爐煤氣預(yù)測(cè)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(dòng)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(cè)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(duì)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(shí)發(fā)生變化，供需之間 的不平衡時(shí)有發(fā)生，使得鋼鐵企業(yè)的高爐煤氣有時(shí)大量放散，有時(shí)出現(xiàn)短缺。尤其對(duì)于臨時(shí) 檢修引起的煤氣不平衡問題，不能及時(shí)做出應(yīng)對(duì)措施，致使煤氣管網(wǎng)波動(dòng)較大，造成煤氣放 散，浪費(fèi)能源。
[0003] 專利公開號(hào)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(chǔ)裝置連接。煤 氣存儲(chǔ)裝置通過煤氣輸出管道與用氣裝置連接。該裝置只是被動(dòng)的在煤氣出現(xiàn)過?；蛉?口時(shí)，通過煤氣用氣和排放裝置對(duì)煤氣進(jìn)行調(diào)整，很難及時(shí)對(duì)整個(gè)煤氣系統(tǒng)進(jìn)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(duì)煤氣當(dāng)前時(shí)刻和未來時(shí)刻的生成量和消耗量進(jìn)行預(yù) 測(cè)，并通過優(yōu)化器基于上述預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)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(cè)上利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，很難保證預(yù)測(cè)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(cè)方法。該方法通過高爐煤氣預(yù)測(cè)子系統(tǒng) 根據(jù)收集的原始數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)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(cè)煤 氣發(fā)生消耗量及原有煤氣存儲(chǔ)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(duì)高爐煤氣發(fā)生量/消耗量進(jìn)行預(yù)測(cè)，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(cè)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(cè)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(duì)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(cè)上很難有某一種預(yù)測(cè)模型可以保證對(duì)所有生產(chǎn)狀態(tài)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。因此，亟需探 尋更加準(zhǔn)確有效的高爐煤氣預(yù)測(cè)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(cè)結(jié)果的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，并為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)及平衡 調(diào)度系統(tǒng)。
[0006] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采取的解決方案為：
[0007] -種高爐煤氣預(yù)測(cè)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(cè)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(chǔ)子模塊組成，高爐煤氣預(yù) 測(cè)模塊由計(jì)劃與突發(fā)事件子模塊、發(fā)生量預(yù)測(cè)子模塊及消耗量預(yù)測(cè)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(cè) 模塊，高爐煤氣預(yù)測(cè)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(cè)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(cè)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(yùn)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(duì)以上采集的歷史高爐煤氣數(shù)據(jù)進(jìn)行除干擾處理，運(yùn)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(jìn)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(yùn)行指標(biāo)和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)高爐煤氣發(fā)生量數(shù)據(jù)進(jìn)行分 類：對(duì)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(jìn)行歸類標(biāo)定； 對(duì)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(jìn)行歸類標(biāo) 定；其中各個(gè)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(yùn)行指標(biāo)和 運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)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(gè)煤氣消耗用 戶運(yùn)行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)，對(duì)高爐煤氣消耗量數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行歸類標(biāo)定，分類標(biāo)定完的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到標(biāo)定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jì)劃事件 或突發(fā)事件，煤氣管控中心向高爐煤氣預(yù)測(cè)模塊的計(jì)劃與突發(fā)事件子模塊中輸入高爐煤氣 相關(guān)各個(gè)主體設(shè)備的生產(chǎn)、檢修計(jì)劃或突發(fā)事件；發(fā)生量預(yù)測(cè)子模塊根據(jù)計(jì)劃與突發(fā)事件 子模塊中各個(gè)高爐的計(jì)劃或突發(fā)事件，分辨出每個(gè)高爐在不同時(shí)間點(diǎn)下的生產(chǎn)狀態(tài)及主要 運(yùn)行工況，進(jìn)而根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(cè)模型計(jì)算出計(jì)劃事件或突發(fā)事件時(shí)間內(nèi)的各個(gè)高爐煤氣發(fā)生 預(yù)測(cè)量；消耗量預(yù)測(cè)子模塊也根據(jù)計(jì)劃與突發(fā)事件子模塊中各個(gè)消耗高爐煤氣主體設(shè)備的 計(jì)劃或突發(fā)事件，分辨出每個(gè)主體設(shè)備在不同時(shí)間點(diǎn)下的生產(chǎn)狀態(tài)及主要運(yùn)行工況，并根 據(jù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)定數(shù)據(jù)通過煤氣消耗量預(yù)測(cè)模型計(jì)算出計(jì)劃或突發(fā)事件時(shí)間內(nèi)的各個(gè)主體設(shè) 備高爐煤氣消耗預(yù)測(cè)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(duì) 計(jì)劃事件或突發(fā)事件時(shí)間內(nèi)高爐煤氣發(fā)生與消耗預(yù)測(cè)量進(jìn)行供需平衡對(duì)比，對(duì)高爐煤氣系 統(tǒng)的平衡性進(jìn)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(cè)發(fā)生的高爐煤氣進(jìn)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(jì)劃 事件；如輸入事件為計(jì)劃事件，需將生產(chǎn)、檢修計(jì)劃返回煤氣管控中心，重新對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃或 檢修計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，再將計(jì)劃事件輸入到計(jì)劃與突發(fā)事件子模塊中，并預(yù)測(cè)煤氣發(fā)生量及 消耗量，對(duì)煤氣系統(tǒng)平衡性重新進(jìn)行判斷，只有高爐煤氣系統(tǒng)達(dá)到平衡條件后，才通過高爐 煤氣調(diào)度子模塊將預(yù)測(cè)發(fā)生的高爐煤氣進(jìn)行調(diào)度分配；如輸入事件為突發(fā)事件時(shí)，則不對(duì) 高爐煤氣系統(tǒng)平衡性進(jìn)行判斷，直接通過高爐煤氣調(diào)度子模塊對(duì)突發(fā)事件下的煤氣發(fā)生量 進(jìn)行分配調(diào)度，最大化減小突發(fā)事件對(duì)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(yùn)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(cè)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(gè)影響 事件，s表示標(biāo)準(zhǔn)工況下共有s個(gè)影響事件；k表示標(biāo)準(zhǔn)工況下的第k個(gè)影響事件，t表示非 標(biāo)準(zhǔn)工況下共有t個(gè)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