一种应用于转底炉燃烧智能控制的方法和系统与流程

1.本发明属于自动化领域，涉及一种应用于转底炉燃烧智能控制的方法和系统。


背景技术：

2.转底炉工艺主要用于钢铁企业含铁含锌尘泥的环保处理，并产生金属化球团和次氧化锌粉，该工艺逐渐被国内认可和接受。随着生产实践的进行，新工艺也暴露了新的问题，例如由于转底炉内的高温焙烧过程不仅有来自于外部煤气的燃烧释放热量，还涉及到金属氧化物碳热直接还原反应内部的吸热与放热过程，而传统的燃烧控制仅是单一的以炉温为目标来调节空煤气流量，没有充分考虑原料内部化学反应过程的影响，这就导致基于传统控制模式的燃烧控制系统普遍存在滞后性大、稳定性差甚至调节失控的问题，造成出炉产品的产量、质量以及能耗成本均难以实现精细化控制，无法支撑进一步降本增效的现实需求，遂提出本发明，一种应用于转底炉燃烧智能控制的方法。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于转底炉燃烧智能控制的方法和系统。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种应用于转底炉燃烧智能控制的系统，该系统包括输送设备1，生球2，成分检测仪3，称重仪表4，摄像机5，烟气成分监测装置6，测温装置7，炉盘驱动调速装置8，空煤气系统9，热值仪10，流量计11，调节阀组12，电脑端13，转底炉14；
6.输送设备1上设有成分检测仪3和称重仪表4；
7.输送设备1的终端与转底炉14连接；
8.转底炉14上设有烟气成分监测装置6、测温装置7、炉盘驱动调速装置8和调节阀组12；
9.成分检测仪3、称重仪表4、摄像机5、测温装置7、炉盘驱动调速装置8和调节阀组12通过有线连接至电脑端13；
10.空煤气系统9、热值仪10、流量计11和调节阀组12依次有线连接；
11.热值仪10和流量计11通过有线连接至电脑端13。
12.基于所述系统的应用于转底炉燃烧智能控制方法，该方法包括以下步骤：
13.1)通过入炉输送设备上设置的成份检测仪和称重仪表，分别采集入炉原料的实时化学成份和料量；
14.2)通过转底炉的布料器处设置的摄像机，基于机器视觉分析技术的图像识别，完成对入炉原料的粒度识别和料量校正分析；
15.3)通过空煤气系统的管道上的热值仪、流量计获取燃烧用煤气的实时热值、空煤气流量；
16.4)通过转底炉内设置的测温装置实时采集炉内温度分布ti；
＝k*wc*m*22.4/12/e，k为预设系数，一般在0.8～1.5，直至δt≤
±
5℃；
37.33)空气流量需与煤气流量需同步调节，结合烟气成份仪检测出的v
co
、v
co2
和v
o2
实时计算v
co
/(v
co
+v
co2
)并维持v
co
/(v
co
+v
co2
)＜0.1％和v
o2
＝1％～4％，通过调节空气调节阀门开度来控制空气加入量q
空
，并记录统计实际空煤比系数α的数值，α＝q
空
/q
煤
；
38.34)根据原料检测出的w
sio2
、w
cao
、w
mgo
、w
al2o3
等主要化学成份含量预测，计算原料碱度，结合内置的经验数据库，通过线下试验或文献查阅获取，获取原料熔化生成液相的温度值td，然后以td为炉温预警上限，即控制ti≤td；
39.35)根据烟气检测出的so2、no
x
浓度，按照当地要求污染物排放控制要求上限，若超出环保上限，则发出报警提示，并限制入炉原料和煤气量的继续提升。
40.可选的，所述10)具体为：对线上积累的运行数据进行统计分析，不断训练获取系数k与煤气热值e原料碳含量wc*m之间的最佳适配区间，不同煤气量情况下，q
空
与q
煤
的比值系数a的最佳适配区间，完善专家知识库，然后对控制模型进行迭代优化管理，形成转底炉燃烧效果的改进。
41.本发明的有益效果在于：本发明完全不同于传统转底炉燃烧过程的被动控制模式，利用本发明可实现转底炉燃烧过程生产的智能控制，助力产线高效稳定运行。
42.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
43.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
44.图1为本发明系统示意图；
45.图2为本发明方法流程图。
46.附图标记：1-输送设备，2-生球，3-成分检测仪，4-称重仪表，5-摄像机，6-烟气成分监测装置，7-测温装置，8-炉盘驱动调速装置，9-空煤气系统，10-热值仪，11-流量计，12-调节阀组，13-电脑端，14-转底炉。
具体实施方式
47.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
48.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是
可以理解的。
49.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
50.参见图1和图2。本发明系统包括输送设备1，生球2，成分检测仪3，称重仪表4，摄像机5，烟气成分监测装置6，测温装置7，炉盘驱动调速装置8，空煤气系统9，热值仪10，流量计11，调节阀组12，电脑端13，转底炉14。
51.输送设备1上设有成分检测仪3和称重仪表4；
52.输送设备1的终端与转底炉14连接。
53.转底炉14上设有烟气成分监测装置6、测温装置7、炉盘驱动调速装置8和调节阀组12。
54.成分检测仪3、称重仪表4、摄像机5、测温装置7、炉盘驱动调速装置8和调节阀组12通过有线连接至电脑端13。
55.空煤气系统9、热值仪10、流量计11和调节阀组12依次有线连接。
56.热值仪10和流量计11通过有线连接至电脑端13。
57.本发明的方法，实施步骤如下：
58.1)通过入炉输送设备上设置的成份检测仪和称重仪表，分别采集入炉原料的实时化学成份和料量。
59.2)通过转底炉布料器处设置的摄像机，基于机器视觉分析技术的图像识别，完成对入炉原料的精准粒度识别和料量校正分析。
60.3)通过空煤气系统的管道上的热值仪(煤气管道)、流量计实时获取燃烧用煤气的实时热值、空煤气流量。
61.4)通过转底炉内设置的测温装置实时采集炉内温度分布ti。
62.5)通过转底炉内设置的烟气成份检测装置，实时获取co、co2、o2、so2、no
x
等烟气关键成份数据。
63.6)各数据统一接入电脑端，然后由数据挖掘分析模块和控制模型进行自动分析计算，并通过数据看板进行动态呈现。
64.7)按照预设炉膛所需的温度值t0，电脑端根据入炉原料碳含量、料量以及煤气热值参数，基于冶金反应原理模型计算和下下达开度调节指令，通过配套的炉盘驱动调速装置自适应调节转底炉转动周期，通过调节阀组控制空煤气供给量，同时结合各分区烟气成份反馈修正对应分区的空煤气流量，与此同时，根据测温装置反馈的各区内外环温度值，进一步循环迭代调整内外环阀门开度，直至设定温度t0与实测温度ti两者的偏差小于允许阈值，确保温度分布均匀。
65.8)根据原料检测出的化学成份和基于冶金物理化学原理的专家知识模型，预测原料开始熔化生成液相的温度下限，然后修正炉温预警上限。
66.9)根据烟气检测出的so2、no
x
浓度，结合污染物排放控制标准，反馈协同控制上游
供料。
67.10)将积累的运行数据进行持续挖掘分析，训练形成各参数的最佳匹配区间，不断丰富完善专家知识库，然后对控制模型进行迭代优化管理，形成转底炉燃烧效果的持续升级改进。
68.计算举例：
69.a)边界条件获取
70.11)通过入炉输送设备上设置的成份检测仪，实时检测获取入炉原料的主要成份，包括但不限于含碳量wc、含硅量w
sio2
、含钙量w
cao
等。
71.12)通过入炉输送设备上设置的称重仪表，实时检测获取入炉原料的料量m；
72.13)通过煤气管道上的热值仪，实时检测获取煤气的实时热值e；
73.14)通过空、煤气管道上的流量计，实时检测获取空气、煤气流量q
空
和q
煤
；
74.15)通过转底炉内设置的测温装置，实时检测获取炉内温度ti；
75.16)通过转底炉内设置的烟气成份检测装置，实时获取烟气成份数据v
co
、v
co2
、v
o2
、v
so2
、v
nox
。
76.b)边界条件校对修正
77.21)将成份检测仪获取的实时成份数据(取一定时间段内采样均值)与系统内存储的最近三天(预设可调)检化验历史数据均值进行自动比对，误差绝对值超过10％(预设可调)的数值以检化验数据进行替代，误差绝对值在10％(预设可调)以内的数值维持成份检测仪数据不变；
78.22)通过转底炉布料器处设置的摄像机，基于机器视觉分析技术的图像识别，完成对入炉原料的粒度识别获取流体积流量v
球
，然后根据设定的入炉原料密度ρ，计算出入炉原料量m’＝ρ*v
球
，将m’与m进行自动比对，误差绝对值超过10％(预设可调)时，以m’替代入炉原料量m，误差绝对值在10％(预设可调)以内的数值维持称重仪表检测值不变；
79.23)通过转底炉炉膛设置的炉温检测装置获取实时温度ti，并自动计算其与预设炉膛温度t0的差值δt。
80.c)模型计算与温度调节控制
81.31)当δt＞
±
20℃(预设可调)，采用常规pid控制自动调节煤气阀门开度；
82.32)当δt≤
±
20℃(预设可调)，基于化学反应原理与热平衡模型计算所需煤气量q0，然后下达开度煤气调节阀门开度指令，调节煤气调节阀开度控制煤气供给量q
煤
，使q
煤＝
q0，其中：q0＝k*wc*m*22.4/12/e，k为预设系数，一般在0.8～1.5，直至δt≤
±
5℃(预设可调)；
83.33)空气流量需与煤气流量需同步调节，结合烟气成份仪检测出的v
co
、v
co2
和v
o2
实时计算v
co
/(v
co
+v
co2
)并维持v
co
/(v
co
+v
co2
)＜0.1％和v
o2
＝1％～4％，通过调节空气调节阀门开度来控制空气加入量q
空
，并记录统计实际空煤比系数α的数值(α＝q
空
/q
煤
)；
84.34)根据原料检测出的w
sio2
、w
cao
、w
mgo
、w
al2o3
等主要化学成份含量预测，计算原料碱度，结合内置的经验数据库(一般通过线下试验或文献查阅获取)，获取原料熔化生成液相的温度值td，然后以td为炉温预警上限，即控制ti≤td。
85.35)根据烟气检测出的so2、no
x
浓度，按照当地要求污染物排放控制要求上限，一旦超出环保上限要求，立即发出报警提示，并限制入炉原料和煤气量的继续提升。
86.d)对线上积累的运行数据进行统计分析，不断训练获取系数k与煤气热值e原料碳含量wc*m之间的最佳适配区间，不同煤气量情况下，q
空
与q
煤
的比值系数a的最佳适配区间，不断丰富完善专家知识库，然后对控制模型进行迭代优化管理，形成转底炉燃烧效果的持续升级改进。
87.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。