以机理和数据为主要手段的高炉煤气温度场的建模方法
【专利说明】以机理和数据为主要手段的高炉煤气温度场的建模方法
[0001]所属领域
[0002]本发明属于高炉冶炼领域，具体涉及高炉煤气从炉缸到炉顶温度场的建模方法。
【背景技术】
[0003]钢铁工业是我国的主导产业，在我国工业发展中占有举足轻重的地位。在我国的钢铁气能源结构中，煤气对能源平衡和调节起到重要作用，特别是作为副产品的高炉煤气，由于发热量较低，是放散的首选对象，这对能源造成极大的浪费。煤气的温度变化直接反应高炉的运行状况。通过对高炉煤气的生成规律及温度变化规律进行研宄，能对高炉的有效控制提供重要的依据和参考。在以往的技术中，大多以铁水硅含量来测量炉温的状况，因为硅在铁水中的的含量能间接的反应高炉的炉温状况。掌握较准确的高炉煤气温度控制模型也对高炉煤气产出与消费企业的能源优化调度和利用，节约能源，提高能源利用率，降低企业生产成本，在提高钢铁企业竞争力等方面具有重要的意义。因此，通过高炉煤气的温度变化来反映高炉炉温的温度变化，以实现对高炉炉况的自动调节。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种高炉煤气温度场的建模方法，通过煤气温度场模型控制高炉的各种输入量使高炉温度达到理想状态。
[0005]为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种以机理和数据为主要手段的高炉煤气温度场的建模方法，该方法内容具体包括如下步骤:
[0007]A、确定建模思路，高炉煤气温度场模型采取从两端向中间建模型的策略，首先建立高炉下部煤气温度场模型，同时，建立高炉上部煤气温度场模型，然后，以上部煤气温度场和下部煤气温度场为依据建立中部温度场模型；对高炉输入数据进行数据预处理:先采用小波过滤手段对数据中的异常值进行剔除，克服离群点对真实模型的影响，提高模型的准确性；之后针对数据中的缺失部分，利用周边点均值平均的方法进行缺失数据补齐；
[0008]B、通过化学反应计算喷煤燃烧的热量、热风的热量和滴落区焦炭燃烧的热量，进而计算炉腹煤气的温度；
[0009]C、对高炉下部煤气温度场进行建模，通过热交换与反应热平衡原理计算高炉煤气在上升过程中的温度变化；所述的热交换包括对流热交换和辐射热交换；利用热交换方程计算高炉煤气在上升过程中的热量损失:
[0010]dQ — Q pF (t煤气料)d τ
[0011]得到高炉煤气热量变化的动态方程，其中Q为煤气传给炉料的热量，aFS传热系数，F为散料流量表面积，分别为某高度煤气和炉料的温度，τ为时间；
[0012]D、对高炉上部煤气温度场进行建模:通过十字测温装置测得料面温度值，通过煤气流逆向的方式得到高炉煤气的热量损失:dQ = a FF(tft -tsn ) d τ，由此得到高炉煤气的温度变化；
[0013]E、对高炉中部煤气温度场进行建模:采用双重修正的方法，利用煤气下部温度场的输出煤气温度得到煤气热量损失的动态方程，同时利用高炉上部煤气温度场逆向推得中部区域的煤气温度场模型；将两个模型进行比对，进行彼此修正，增加模型的准确性；
[0014]F、用新采集的输入数据对新建的煤气温度场模型进行验证，与炉顶十字测温温度进行比对，其误差为ε，确定模型是否能被接受，如果不能被接受，回到步骤C，重新给定热交换参数aF，F，继续建模直至模型被接受为止。
[0015]由于采用上述技术方案，本发明提供的一种以机理和数据为主要手段的高炉煤气温度场的建模方法，与现有技术相比具有这样的有益效果:
[0016]应用现有测量技术无法直接测得高炉中部温度数据，在本发明中，以高炉上部和下部数据为基础，通过机理分析和数据驱动相结合的方法对高炉中部温度场进行建模，能更加准确的模拟中部温度场的模型。本发明的建模方法可计算出某高度的高炉煤气的温度，并可通过煤气的温度反应高炉运行状况，以便为控制高炉提供依据。
【附图说明】
[0017]图1是高炉热交换区的分区图；
[0018]图2是高炉煤气流温度场模型的建模流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0020]一种以机理和数据为主要手段的高炉煤气温度场的建模方法，如图1所示，该方法的实施步骤如下:
[0021]A、确定建模思路，高炉煤气温度场模型采取从两端向中间建模型的策略，首先建立高炉下部煤气温度场模型，同时，建立高炉上部煤气温度场模型，然后，以上部煤气温度场和下部煤气温度场为依据建立中部温度场模型；对高炉输入数据进行数据预处理:
[0022]对高炉输入数据进行数据预处理:先采用小波过滤手段对数据中的异常值进行剔除，克服离群点对真实模型的影响，提高模型的准确性；之后针对数据中的缺失部分，利用周边点均值平均的方法进行缺失数据补齐；
[0023]B、通过化学反应计算喷煤燃烧的热量，热风的热量，滴落区焦炭燃烧的热量，进而计算炉腹煤气的温度；
[0024]C、对高炉下部煤气温度场进行建模，通过热交换与反应热平衡原理计算高炉煤气在上升过程中的温度变化；假设煤气从炉腹上升过程中有有限个煤气通道且相互独立，若连通即假设其为同一个煤气通道。以某个通道为研宄对象，煤气在上升过程中与炉料进行热交换，且煤气与炉料温差大，以对流热交换和辐射热交换显著；
[0025]利用热交换方程计算高炉煤气在上升过程中的热量损失dQ = a FF(t煤气~tn ) d τ得到高炉煤气热量变化的动态方程，其中Q为煤气传给炉料的热量，a F为传热系数，F为散料流量表面积，分别为某高度煤气和炉料的温度，τ为时间；
[0026]D、对高炉上部煤气温度场进行建模，通过十字测温装置可测得料面温度值，通过煤气流逆向的方式得到高炉煤气的热量损失:dQ = a FF(tft -tsn ) d τ，由此得到高炉煤气的温度变化；
[0027]E、对高炉中部煤气温度场进行建模，由于流料与每期在此区热交换不明显，而且输入输出量均不可直接测得。本发明采用双重修正的方法利用煤气下部温度场输出煤气温度得到煤气热量损失的动态方程，同时利用高炉上部煤气温度场逆向推得中部区域的煤气温度场模型；将两个模型进行比对，进行彼此修正，增加模型的准确性；
[0028]F、用新采集的输入数据对新建的煤气温度场模型进行验证，与炉顶十字测温温度进行比对，其误差为ε，确定模型是否能被接受，如果不能被接受，回到步骤C，重新给定热交换参数aF，F，继续建模直至模型被接受为止。
【主权项】
1.一种以机理和数据为主要手段的高炉煤气温度场的建模方法，其特征在于:该方法内容具体包括如下步骤: A、确定建模思路，高炉煤气温度场模型采取从两端向中间建模型的策略，首先建立高炉下部煤气温度场模型，同时，建立高炉上部煤气温度场模型，然后，以上部煤气温度场和下部煤气温度场为依据建立中部温度场模型；对高炉输入数据进行数据预处理:先采用小波过滤手段对数据中的异常值进行剔除，克服离群点对真实模型的影响，提高模型的准确性；之后针对数据中的缺失部分，利用周边点均值平均的方法进行缺失数据补齐； B、通过化学反应计算喷煤燃烧的热量、热风的热量和滴落区焦炭燃烧的热量，进而计算炉腹煤气的温度； C、对高炉下部煤气温度场进行建模，通过热交换与反应热平衡原理计算高炉煤气在上升过程中的温度变化；所述的热交换包括对流热交换和辐射热交换；利用热交换方程计算高炉煤气在上升过程中的热量损失:dQ = a fF (t煤气 _t料)d τ 得到高炉煤气热量变化的动态方程，其中Q为煤气传给炉料的热量，aF为传热系数，F为散料流量表面积，分别为某高度煤气和炉料的温度，τ为时间； D、对高炉上部煤气温度场进行建模:通过十字测温装置测得料面温度值，通过煤气流逆向的方式得到高炉煤气的热量损失:dQ = a FF(tft -tsn ) d τ，由此得到高炉煤气的温度变化； Ε、对高炉中部煤气温度场进行建模:采用双重修正的方法，利用煤气下部温度场的输出煤气温度得到煤气热量损失的动态方程，同时利用高炉上部煤气温度场逆向推得中部区域的煤气温度场模型；将两个模型进行比对，进行彼此修正，增加模型的准确性； F、用新采集的输入数据对新建的煤气温度场模型进行验证，与炉顶十字测温温度进行比对，其误差为ε，确定模型是否能被接受，如果不能被接受，回到步骤C，重新给定热交换参数aF，F，继续建模直至模型被接受为止。
【专利摘要】本发明公开了一种以机理和数据为主要手段的高炉煤气温度场的建模方法，通过对高炉可测数据分析，该煤气温度场模型采取一种“从两端向中间建模型的策略”。首先对高炉数据进行去噪处理，补齐趋势数据。其次，通过热交换与反应热平衡原理计算高炉煤气在上升过程中的温度变化，构建三个热交换区的模型。对于高炉中部煤气温度场建模，由于气料热交换不剧烈，温差比较小，采用“双重修正的方法”对其进行建模。最后，通过对模型的验证，不断修正热交换方程中的参数，直至达到模型的要求为止。本发明的建模方法可计算出某高度的高炉煤气的温度，并可通过煤气的温度反应高炉运行状况，以便为控制高炉提供依据。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104765972
【申请号】CN201510194053
【发明人】华长春, 张利民, 李军朋, 关新平, 李祥龙
【申请人】燕山大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月22日