高炉煤气的智能管控是钢铁工业智慧能源管理的重要一环,高炉煤气管网是一个大型复杂的系统,各环节相互影响制约,开展高炉煤气管网水力模型的研究是当前钢铁工业煤气智能管控的现实需求.而目前钢铁企业的煤气调度主要依靠调度人员在现场观测的实时数据,根据经验推断系统的演化状态来制定调度方案,这种调度模式很难精确获取调度的最优量值,而工业现场情况复杂,往往多个节点的流量和压力同时发生变化,使得经验型的煤气调度方式更难实现精准操作,当煤气流量或管网压力超出设定的范围时,依托煤气管网水力模型就可以精准、快速地得到高炉煤气系统的最佳调度策略,使煤气管网快速恢复安全运行状态.因此有必要依据管网系统中各管段和节点的流量和压力变化制定明确的调度方案。
国内外相关领域学者通过水力计算,针对不同工况下副产煤气在管网间的调度方案开展了一些研究.滕卯寅等[7]通过建立模拟实验系统分析了高炉煤气系统用户端用气量突变工况下各管段压力与流量的变化情况.结果表明,该系统产生的瞬时稳态流动可以很好地模拟因非管元件状态改变而产生的事故工况,对指导实际生产中的调度问题有较大帮助,分析管网中煤气波动、分配和放散特点,建立简单煤气仿真系统.结果表明,所提出的优化模型可以很好地完成副产煤气的优化调度任务,缓解富余煤气波动的影响.Kim等分析锅炉燃料波动、锅炉效率和煤气柜供需状况等工况,建立了优化调度模型,预测了煤气的供求状况.分析结果表明,该优化模型在几类工况的调度问题上具有适用性.Yang等探讨在产气用户流量变化、煤气柜柜容变化时煤气柜和锅炉间剩余气体在管网间的调度问题,提出了一种控制副产煤气放散量的分析模型.结果表明,该模型可以很好地控制副产煤气的放散,为煤气的调度问题提供了有用信息.
高炉煤气管网规模庞大、结构复杂,气源和用户状态变化速度快,其调度的实时性要求较高.目前,大部分研究所建立的水力模型计算时间长,响应速度慢,不适合在线分析与策略制定.另外,现有研究大多仅根据管网流量变化趋势作粗略调度分析,调度效果不理想.本文通过分析高炉煤气管网中各设备的运行特性,综合考虑管网中不同类型设备的运行状态变化对压力和流量的影响规律,建立高炉煤气管网水力模型,并基于水力计算模型提出一种适用于在线调度策略的生成机制.所提出的计算方法可以大大节省模型求解工作量和运算时间,适用于快速准确分析整个管网的煤气流动特性.所提出的调度策略借助预先设定的设备调节优先级顺序确定调节量,使管网压力在最短时间内恢复到允许范围.