一种电石炉炉况诊断方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电石炉炉况诊断方法和系统，属于电石生产控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 电石的主要成分是CaC2，是有机合成工业的重要原料，在化学工业中具有重要作 用。电石的熔炼过程是一个高温物理化学变化过程，将焦炭和石灰按一定比例投入炉内，在 高温下发生化学反应，产生碳化钙。电石冶炼通过三相电极向炉内导入电流，产生电弧电阻 热，使原料在一定温度下发生化学还原反应生成电石。
[0003] 电石作为的主要化工原料已经成为我国各地重要的支柱产业之一，尤其是西北地 区电石行业近些年发展迅速，规模不断扩大，电石产业也不断壮大。生产电石的方法主要有 电热法和氧热法，，目前工业上生产电石的方法主要是电热法。电热法生产电石的主要设备 是矿热电弧炉，大量消耗电热，被称为"电老虎"，电石行业普遍存在高能耗、低效率、操作水 平低的问题，随着国家对电石行业能耗的控制，电石生产的节能改造势在必行。
[0004] 我国是一个"富煤少油缺气"的国家，以煤电化冶相结合的多联产业必然在长时间 内不会改变。2013年我国的PVC产能2455万t，其中电石法占81.3%。中国电石行业发展 速度较快，目前中国已成为世界第一生产和消费大国。2013年世界电石总产能3755万t， 我国的电石产量为3605万t。电石行业需要消耗大量的能源，有巨大的节能空间。节能工 作进入国家基本国策，淘汰落后产能是大势所趋。
[0005] 研究开发电石炉生产过程控制系统是节能的重要手段。电石炉是电石生产的关键 设备，其控制的好坏决定了整个电石厂的生产目标和经济效益。现有的电石炉控制系统，如 恒电流控制系统、恒电压控制系统等，都是基于电流、电压等电参数进行控制，不能满足电 石生产复杂控制特点。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种电石炉炉况诊断方法和系统，以实现对电石炉的运行状 态进行监测和诊断。
[0007] 本发明为解决上述技术问题提供了一种电石炉炉况诊断方法，该诊断方法包括以 下步骤：
[0008] 1)根据电石生产原理及电石生产工艺过程，采集电石生产过程中的物性参数、电 极参数和生产参数；
[0009] 2)建立电石冶炼过程数学模型，并将采集到参数带入到所建立的数学模型中计 算；
[0010]3)根据采集的原始数据及模型计算得到的中间数据，对冶炼过程中电石炉的炉况 进行诊断，通过对不同炉况的判断规则的调用，分析各种炉况产生的原因，并根据不同的原 因给出不同的操作指导对炉况进行调整。
[0011] 所述步骤2)中所建立的数学模型为塌料指数计算模型，
[0013] 其中f(x)为周期内密闭电石炉内塌料发生情况的量度；P为一次塌料峰值； ΔImax为塌料时电流谷值与平衡状态下的偏差；N为周期内塌料次数。
[0014] 所述的步骤2)中建立的数学模型还包括热计量模型，该热计量模型包括电石液 发气量计算、电石液产量计算和理论耗电量计算，所述理论耗电量为：
[0015]Q理论=Q主反应+Q副反应+Q显热 [0016]
[0017] Q副反应=Σ叫XΔ私
[0018] Q通=
[0019] 其中L为电石发气量，为电石生产主反应的反应热，ΔΖ/^相变为CaC2的相 变热，h为物质的摩尔量，ΔL为各种副反应的反应热，q为物质的比热容，m1为各种物质 的质量，AT为温度变化量。
[0020] 所述步骤2)中建立的数学模型还包括优化配料模型，该优化配料模型以原料的 配比X为决策变量，以原料的电阻率、透气性为目标函数，目标函数方程表示为：
[0023] 其中eier代表材料的孔隙度，fai代表原料的形状因子，Vr代表碳材、石灰体积 比，w[0]，w[l]，w[2]代表混合原料粒度的质量分数，d[0]，d[l]，d[2]代表配成料的粒度。
[0024] 所述步骤2)中建立的数学模型还包括炉热指数计算模型，该计算模型利用物料 平衡和热平衡计算推导出综合反应炉热状态的炉热指数，然后利用BP神经网络预测电石 液温度，根据预测到的电石液温度判断炉温状态。
[0025] 所述的诊断方法还包括对采集到的参数进行异常数据处理的步骤，该步骤采用拉 依达准则，该准则用于剔除所采集每组样本数据中偏差大于3 〇的数，拉依达准则的数学 表达式如下：
[0027] 其中f为每组样本数据的平均值，
对于残差ei满足|h| > 3σ的数 据Xl，则认为Xl存在粗差属于异常数据应被剔除，在完成一次异常数据操作以后，按上述准 则计算、判别和剔除剩下的数据，直到不再有异常数据为止。
[0028] 本发明还提供了一种电石炉炉况诊断系统，该诊断系统包括参数采集单元、电石 冶炼过程数学模型单元和诊断调整单元，
[0029] 所述参数采集单元用于根据电石生产原理及电石生产工艺过程，采集电石生产过 程中的物性参数、电极参数和生产参数；
[0030] 所述电石冶炼过程数学模型单元建立电石冶炼过程数学模型，并将采集到参数带 入到所建立的数学模型中计算；
[0031] 所述诊断调整单元用于根据采集的原始数据及模型计算得到的中间数据，对冶炼 过程中电石炉的炉况进行诊断，通过对不同炉况的判断规则的调用，分析各种炉况产生的 原因，并根据不同的原因给出不同的操作指导对炉况进行调整。
[0032] 所述电石冶炼过程数学模型单元包括塌料指数计算模型，该塌料指数计算模型 为：
[0034] 其中f(x)为周期内密闭电石炉内塌料发生情况的量度；P为一次塌料峰值； ΔImax为塌料时电流谷值与平衡状态下的偏差；N为周期内塌料次数。
[0035] 所述的电石冶炼过程数学模型单元建立的数学模型还包括热计量模型，该热计量 模型包括电石液发气量计算、电石液产量计算和理论耗电量计算，所述理论耗电量为：
[0036] Q擁=Q主反应+Q副反应+Q显热
[0037]
[0038] Q副反应=Σ叫XΔΗ;
[0039] Q显热=Σ(]典ΔTi
[0040] 其中L为电石发气量，A〃(.~为电石生产主反应（C+Ca0-CaC2)的反应热 为CaC2的相变热，叫为物质的摩尔量，ΔHi为各种副反应的反应热，C为物质的 比热容，1?为各种物质的质量，ΔT为温度变化量。
[0041] 该诊断系统还包括异常数据处理单元，该异常数据处理单元用于对参数采集单元 所采集到参数进行异常数据处理，以剔除偏差过大的数据，该异常数据处理单元采用拉依 达准则，该准则用于剔除所采集每组样本数据中偏差大于3σ的数，拉依达准则的数学表 达式如下：
[0043] 其中无为每组样本数据的平均值
于残差ei满足|e」> 3 〇的数 据Xl，则认为Xl存在粗差属于异常数据应被剔除，在完成一次异常数据操作以后，按上述准 则计算、判别和剔除剩下的数据，直到不再有异常数据为止。
[0044]本发明的有益效果是：本发明首先根据电石生产原理以及电石生产工艺过程，采 集电石生产过程中的物性参数、电极参数和生产参数，建立电石冶炼过程数学模型，并将采 集到的参数用于电石冶炼过程数学模型计算，通过这些模型的计算弥补基础自动化监控仅 有原始数据的简单的不足，为正确判断电石炉的热状态、提高精细化操作水平提供重要参 考。综合分析采集的原始数据及模型计算得到的中间数据，实时辨识冶炼过程中电石炉的 炉况，通过对不同炉况的判断规则的调用，分析各种炉况产生的原因，并根据不同的原因给 出不同的操作指导对炉况进行调整。本发明对于稳定电石炉生产、改善电石产品质量、节能 降耗、改善工作环境、统一工人操作具有重要意义。
【附图说明】
[0045] 图1是本发明电石炉炉况诊断系统的原理示意图；
[0046] 图2是数据采集的流程图；
[0047]图3是本发明实施例中两段电石炉平衡计算模型示意图；
[0048] 图4是本发明实施例中所用到的BP神经网络结构图；
[0049] 图5是本发明实施例中所建立的热计量模型的原理示意图。
【具体实施方式】
[0050] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0051] 本发明的一种电石炉炉况诊断方法的实施例
[0052] -.根据电石生产原理以及电石生产工艺过程，采集专家系统运行所需的大量数 据。所采集的参数