專利名稱：焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及煉焦生產(chǎn)中煤炭資源配置、焦炭質(zhì)量預(yù)測，尤其是焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法。
背景技術(shù)：
煉焦生產(chǎn)一般由三到五種或者更多地單種煤配合后，經(jīng)過高溫碳化獲得一定質(zhì)量要求的高爐焦炭。用于高爐冶煉的焦炭通常只對(duì)其灰分、硫份、機(jī)械強(qiáng)度等指標(biāo)有一定的要求，高爐大型化、噴吹煤粉等強(qiáng)化操作對(duì)焦炭的熱性質(zhì)提出新的要求?，F(xiàn)有的焦炭質(zhì)量控制方法是以煤質(zhì)指標(biāo)來指導(dǎo)煉焦配煤，并輔以小焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)，結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于專家經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)焦?fàn)t的結(jié)果。上述焦炭質(zhì)量的控制方式是比較原始和粗放型的首先，對(duì)于多數(shù)焦化企業(yè)，入廠的單種煤本身就是混配煤，且這些煤的質(zhì)量波動(dòng)較大；其次，煤質(zhì)指標(biāo)只反映煤某些方面的性質(zhì)，目前尚沒有找到一個(gè)或兩個(gè)煤質(zhì)指標(biāo)能夠與配煤生成的焦炭質(zhì)量直接掛鉤；第三，雖然國內(nèi)煉焦煤種類齊全，但是煤質(zhì)結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)煉焦煤短缺，高揮發(fā)分弱粘煤相對(duì)較多。
國內(nèi)外現(xiàn)有的關(guān)于焦炭質(zhì)量的預(yù)測模型，多數(shù)僅局限于灰分、硫分、冷強(qiáng)度方面，沒有體現(xiàn)煉焦煤資源的有效利用、焦炭熱性質(zhì)控制以及低成本配煤等內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法，解決煉焦煤資源有效利用、焦炭熱性質(zhì)控制以及低成本配煤中的技術(shù)問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的首先對(duì)企業(yè)生產(chǎn)用煤歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，或者對(duì)可能利用的單種煤煤源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得煤資源數(shù)據(jù)庫的相關(guān)信息；其次，對(duì)當(dāng)前使用或者以后可能采用的單種煤進(jìn)行單種焦試驗(yàn)研究，獲得單種煤結(jié)焦性以及對(duì)焦炭質(zhì)量貢獻(xiàn)的評(píng)價(jià)信息；第三，在煉焦配煤專家系統(tǒng)的構(gòu)架下，建立涉及煤資源狀況、配煤與煉焦工藝、運(yùn)輸、焦炭質(zhì)量目標(biāo)、配煤成本等的專家系統(tǒng)知識(shí)庫內(nèi)容；第四，根據(jù)專家知識(shí)庫確定各單種煤使用的約束條件；第五，利用非線性規(guī)劃以及模擬進(jìn)化算法確定最優(yōu)化配煤比，最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為保證焦炭質(zhì)量前提下的配煤成本最??；第六，由焦炭質(zhì)量預(yù)測模型計(jì)算最優(yōu)化配比下的焦炭質(zhì)量預(yù)測值，再經(jīng)過配煤專家系統(tǒng)或?qū)＜掖_認(rèn)，生成生產(chǎn)最優(yōu)配煤比；第七，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制配煤槽操作，使控制配煤比精度在97％以上；第八，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)績實(shí)現(xiàn)模型的自學(xué)習(xí)和控制模型的修正。
其中，單種煤煉焦性能價(jià)格評(píng)價(jià)體系、配煤知識(shí)庫、配比生成的算法以及焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法是本發(fā)明的特色和創(chuàng)新之處。
本方法具體實(shí)施步驟如下(1)建立煉焦用煤資源數(shù)據(jù)庫該煉焦用煤數(shù)據(jù)庫與相關(guān)企業(yè)大型數(shù)據(jù)庫連接，自動(dòng)處理采購、銷售、生產(chǎn)與管理等信息；該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與工作站人機(jī)界面，在數(shù)據(jù)采集時(shí)，輸入歷史數(shù)據(jù)或者在線采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和工作站共享并實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過窗口切換實(shí)現(xiàn)單獨(dú)項(xiàng)目或者數(shù)據(jù)的顯示。
煉焦煤資源數(shù)據(jù)庫信息是實(shí)現(xiàn)合理利用煤炭資源和資源最優(yōu)化配置的基本條件。單種煤信息庫提供了來煤標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，如來煤日期、煤種、班次，單種煤數(shù)量、工業(yè)分析數(shù)據(jù)(水分、干基揮發(fā)分、干燥無灰基揮發(fā)分、灰分、硫分、固定碳)、粘結(jié)性數(shù)據(jù)(G值、膠質(zhì)層厚度X、Y、曲線類型)、結(jié)焦性數(shù)據(jù)(奧亞a、b、a+b、T1、T2、T3)、煤巖數(shù)據(jù)(鏡質(zhì)組最大平均反射率、反射率分布圖)、焦炭灰組成等詳細(xì)信息。
(2)建立單種煤評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)于單種煤的評(píng)價(jià)，以往的研究中多數(shù)學(xué)者僅給出定性描述，本發(fā)明基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立定量的評(píng)價(jià)體系和使用約束條件，輸出煤質(zhì)的煉焦性能與性能價(jià)格比。
評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的波動(dòng)性分析是指對(duì)長時(shí)間使用煤種的均值和方差分析，以確定預(yù)測模型的誤差線，同時(shí)建立該煤種的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，簡稱標(biāo)準(zhǔn)單煤。真實(shí)性評(píng)價(jià)是該煤種分析數(shù)據(jù)與其標(biāo)準(zhǔn)單煤的指標(biāo)比較，以判斷來煤的穩(wěn)定性和真實(shí)煉焦性能。
評(píng)價(jià)體系中結(jié)焦性分類包含若干專家理性知識(shí)判斷。按大類分成強(qiáng)粘煤、準(zhǔn)強(qiáng)粘煤、標(biāo)粘煤和弱粘煤，第二層次類別按照國家煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)劃分氣煤、1/3焦煤、焦煤、非煤、瘦煤和非煉焦煤，最后再進(jìn)行模糊分類，標(biāo)注為++、+、0、-、--五個(gè)小類別。每一小類別的煤種賦值不同權(quán)重，歸一為相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)單煤(標(biāo)粘煤)。
煤種相對(duì)價(jià)格＝煤種采購均價(jià)×折算系數(shù)性能價(jià)格＝煤種相對(duì)價(jià)格×灰分系數(shù)×硫分系數(shù)×揮發(fā)分系數(shù)×粘結(jié)性系數(shù)性價(jià)比＝煤種采購價(jià)/性能價(jià)格(3)建立煉焦配煤與焦炭質(zhì)量預(yù)測模型按照目前國內(nèi)企業(yè)或公司的體制，煉焦生產(chǎn)的配煤與焦炭質(zhì)量預(yù)測軟件設(shè)計(jì)的功能模塊劃分為信息管理部分、數(shù)據(jù)模型部分、配比生成部分三大模塊。
①信息管理的功能，實(shí)現(xiàn)與些企業(yè)大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，完成一般性的統(tǒng)計(jì)、管理、數(shù)據(jù)采集和傳輸功能。
②數(shù)據(jù)模型包括歷史數(shù)據(jù)模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)模型，預(yù)測與控制指標(biāo)包括由單種煤到配合煤的預(yù)測、配合煤到焦炭的預(yù)測以及焦炭到配合煤和單種煤的預(yù)測。關(guān)于焦炭的預(yù)測包含了灰分、硫分、抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度、反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度全部指標(biāo)。其中1、灰分預(yù)測模型形式Ashcoke＝a+b*Ashcoal+c*Vdaf2、硫分預(yù)測模型形式Scoke＝m+n*Scoal+q*Vdaf+p*Ashcoal3、抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度預(yù)測模型形式M40＝k+f*Vdaf(R0)+g*(a+b)(y、G、lgMF)+h*AshcoalM10＝t+u*Vdaf(R0)+v*(a+b)(y、G、lgMF)+w*Ashcoal4、反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度預(yù)測模型形式CRI＝A+f(a*Vdaf+b*Vdaf2)+B*MBI*+C*(y、G、lgMF)CSR＝M+N*CRI+L*Vdaf(R0)或者CSR＝A’+f’(a*Vdaf+b*Vdaf2)+B’*MBI*+C’*(y、G、lgMF)③配比生成由自主設(shè)計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)，其功能是滿足一定焦炭質(zhì)量要求，軟件方便地按照不同約束情況獲得最優(yōu)化的配比方案；或者給定配比后迅速地獲得焦炭質(zhì)量預(yù)測結(jié)果。計(jì)算工具為模擬進(jìn)化算法。
(4)專家知識(shí)庫的數(shù)學(xué)表達(dá)來自不同專家配煤經(jīng)驗(yàn)的定性描述，涵蓋與焦炭質(zhì)量有關(guān)的全部過程因素，針對(duì)某一企業(yè)可能只使用其中少部分的經(jīng)驗(yàn)描述。采用專用的數(shù)學(xué)表達(dá)方式來對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表達(dá)和對(duì)專家知識(shí)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型化的處理。數(shù)學(xué)表達(dá)格式對(duì)確定性知識(shí)(如經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)公式)和非確定性知識(shí)(如自然語言表達(dá)的專家經(jīng)驗(yàn))的處理方式。
(5)最優(yōu)化算法以及結(jié)果尋優(yōu)考慮不同種類數(shù)據(jù)對(duì)于焦炭質(zhì)量預(yù)測的貢獻(xiàn)形式不同，采取不同的處理方式?？杉雍椭笜?biāo)，直接加權(quán)求和，作為配合煤指標(biāo)代入預(yù)測公式；不可直接加和指標(biāo)，加權(quán)求和，修正，作為配合煤指標(biāo)參與預(yù)測公式；其他條件指標(biāo)，根據(jù)規(guī)定條件，設(shè)定獎(jiǎng)懲系數(shù)，根據(jù)獎(jiǎng)懲函數(shù)的結(jié)果為預(yù)測結(jié)果進(jìn)行修正。
(6)最優(yōu)配比下的精確控制本發(fā)明利用性能穩(wěn)定的PLC自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)施配煤比的精確控制。在生產(chǎn)過程中，稱量皮帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，由給煤圓盤旋轉(zhuǎn)裝置使配煤槽中的煤落到皮帶上，皮帶配煤核子秤控制器接收速度和重量信號(hào)，計(jì)算皮帶上物料的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，同時(shí)與設(shè)定的流量值進(jìn)行比較，通過控制器調(diào)節(jié)，使配煤量穩(wěn)定在設(shè)定值。


圖焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法流程示意圖
具體實(shí)施例方式為了更好的說明本發(fā)明的實(shí)際效果，下面結(jié)合某企業(yè)的煉焦生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)過程說明本方法的實(shí)施過程。根據(jù)高爐生產(chǎn)對(duì)焦炭質(zhì)量提出具體要求，抗碎強(qiáng)度M40≥82％、耐磨強(qiáng)度M10≤7％、焦炭反應(yīng)性CRI≤30％、焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度CSR≥60％、焦炭灰分Ad≤12.50％、硫分St，d≤0.5％。該企業(yè)冶金焦炭生產(chǎn)能力360萬噸/年。常規(guī)使用煤種中，屬于氣煤類4種，焦煤類3種，肥煤2種，瘦煤1種以及1種不粘煤。將本方法用于統(tǒng)計(jì)上述煤種近五年來的歷史數(shù)據(jù)，得到各單種煤的波動(dòng)性和結(jié)焦性能，由此給出使用煤種的調(diào)整方案為，新增氣煤單種煤1個(gè)，替換焦煤1個(gè)。
單種煤的灰分、硫分指標(biāo)與配合煤的灰分、硫分指標(biāo)之間采用加權(quán)計(jì)算，誤差線分別控制為0.1％和0.05％。配合煤粘結(jié)性指標(biāo)采用lgMF和溫度間隔ΔT，表征煤化度的指標(biāo)使用最大鏡質(zhì)組反射率。粘結(jié)性指標(biāo)和煤化度指標(biāo)采用加權(quán)修正方法計(jì)算，由單種煤預(yù)測配合煤指標(biāo)與實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)誤差均小于3σ。使用本發(fā)明所建立的配合煤與焦炭預(yù)測模型預(yù)測焦炭質(zhì)量指標(biāo)，要求預(yù)測值均滿足上述焦炭質(zhì)量要求，得到一系列的合格方案，采用最低成本為目標(biāo)函數(shù)，確定出最佳配煤方案。
權(quán)利要求
1.一種焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法，其特征在于，首先對(duì)企業(yè)生產(chǎn)用煤歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，或者對(duì)可能利用的單種煤煤源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得煤資源數(shù)據(jù)庫的相關(guān)信息；其次，對(duì)當(dāng)前使用或者以后可能采用的單種煤進(jìn)行單種焦試驗(yàn)研究，獲得單種煤結(jié)焦性以及對(duì)焦炭質(zhì)量貢獻(xiàn)的評(píng)價(jià)信息；第三，在煉焦配煤專家系統(tǒng)的構(gòu)架下，建立涉及煤資源狀況、配煤與煉焦工藝、運(yùn)輸、焦炭質(zhì)量目標(biāo)、配煤成本等的專家系統(tǒng)知識(shí)庫內(nèi)容；第四，根據(jù)專家知識(shí)庫確定各單種煤使用的約束條件；第五，利用非線性規(guī)劃以及模擬進(jìn)化算法確定最優(yōu)化配煤比，最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為保證焦炭質(zhì)量前提下的配煤成本最??；第六，由焦炭質(zhì)量預(yù)測模型計(jì)算最優(yōu)化配比下的焦炭質(zhì)量預(yù)測值，再經(jīng)過配煤專家系統(tǒng)或?qū)＜掖_認(rèn)，生成生產(chǎn)最優(yōu)配煤比；第七，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制配煤槽操作，使控制配煤比精度在97％以上；第八，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)績實(shí)現(xiàn)模型的自學(xué)習(xí)和控制模型的修正；本方法具體實(shí)施步驟如下(1)建立煉焦用煤資源數(shù)據(jù)庫，(2)建立單種煤評(píng)價(jià)系統(tǒng)(3)建立煉焦配煤與焦炭質(zhì)量預(yù)測模型(4)專家知識(shí)庫的數(shù)學(xué)表達(dá)(5)最優(yōu)化算法以及結(jié)果尋優(yōu)(6)最優(yōu)配比下的精確控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法，其特征在于所述的煉焦配煤與焦炭質(zhì)量預(yù)測模型中，單種煤預(yù)測配合煤，由配合煤指標(biāo)進(jìn)一步預(yù)測焦炭質(zhì)量，關(guān)于焦炭的預(yù)測包含了灰分、硫分、抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度、反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度全部指標(biāo)。上述模型的形式又分為理論研究與生產(chǎn)控制模型，其中生產(chǎn)控制模型給定誤差控制線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法，其特征在于所述的煉焦配煤與焦炭質(zhì)量預(yù)測模型中，焦炭的強(qiáng)度和熱性質(zhì)指標(biāo)預(yù)測，具體為①抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度預(yù)測模型形式M40＝k+f*Vdaf(R0)+g*(a+b)(y、G、lgMF)+h*AshcoalM10＝t+u*Vdaf(R0)+v*(a+b)(y、G、lgMF)+w*Ashcoal②反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度預(yù)測模型形式CRI＝A+f(a*Vdaf+b*Vdaf2)+B*MBI*+C*(y、G、lgMF)CSR＝M+N*CRI+L*Vdaf(R0)或者CSR＝A’+f’(a*Vdaf+b*Vdaf2)+B’*MBI*+C’*(y、G、lgMF)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法，其特征在于，所述配煤比的實(shí)現(xiàn)采用PLC自動(dòng)控制技術(shù)，具體步驟是在配煤槽下方設(shè)置皮帶秤量系統(tǒng)，當(dāng)稱量皮帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，由給煤圓盤旋轉(zhuǎn)裝置使配煤槽中的煤落到皮帶上，皮帶配煤核子秤控制器接收速度和重量信號(hào)，計(jì)算皮帶上物料的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，同時(shí)與設(shè)定的流量值進(jìn)行比較，通過控制器調(diào)節(jié)，使配煤量穩(wěn)定在設(shè)定值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種焦炭熱性質(zhì)預(yù)測與控制方法，該方法首先對(duì)企業(yè)生產(chǎn)用煤歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得煤資源數(shù)據(jù)庫的相關(guān)信息；獲得單種煤結(jié)焦性以及對(duì)焦炭質(zhì)量貢獻(xiàn)的評(píng)價(jià)信息；建立涉及煤資源狀況、配煤與煉焦工藝、運(yùn)輸、焦炭質(zhì)量目標(biāo)、配煤成本等的專家系統(tǒng)知識(shí)庫內(nèi)容；根據(jù)專家知識(shí)庫確定各單種煤使用的約束條件；利用非線性規(guī)劃以及模擬進(jìn)化算法確定最優(yōu)化配煤比；由焦炭質(zhì)量預(yù)測模型計(jì)算最優(yōu)化配比下的焦炭質(zhì)量預(yù)測值，生成生產(chǎn)最優(yōu)配煤比；采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制配煤槽操作，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際實(shí)現(xiàn)模型的自學(xué)習(xí)和控制模型的修正。本方法的實(shí)用能解決煉焦煤資源有效利用、焦炭熱性質(zhì)控制以及低成本配煤中的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)C10B41/00GK1831087SQ20061003937
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月7日
發(fā)明者鄭明東, 任學(xué)延, 楊建華, 張代林, 李德瑾, 崔平, 余亮, 王鑫海, 陳平, 張初永, 彭宗勝, 李玉華 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)