一种球式热风炉烧炉过程控制方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110257577A(43)申请公布日2019.09.20(21)申请号201910642705.6(22)申请日2019.07.16(71)申请人中南大学地址410000湖南省长沙市麓山南路932号(72)发明人蒋朝辉李金鹏陈致蓬张海峰桂卫华谢永芳阳春华(74)专利代理机构长沙朕扬知识产权代理事务所(普通合伙)43213代理人马家骏(51)Int.Cl.C21B9/00(2006.01)权利要求书2页说明书11页附图5页(54)发明名称一种球式热风炉烧炉过程控制方法及系统(57)摘要本发明公开了一种球式热风炉烧炉过程控制方法及系统，通过基于热风炉烧炉历史数据，匹配获得最佳空燃比，依据炉内气固两相传热及工艺结构，建立热风炉蓄热室瞬态传热模型，基于热风炉蓄热室瞬态传热模型，建立温度预测模型，温度预测模型包括拱顶温度预测模型和废气温度预测模型以及基于温度预测模型，实时获得控制热风炉烧炉过程的最优控制参数，解决了现有技术难以对热风炉烧炉过程进行实时精准控制的技术问题，通过分析球式热风炉烧炉过程，依据现场工艺从数据角度控制空燃比，从机理角度控制煤气流量，使两者同时达到最优，且结合匹配的最佳空燃比对最佳煤气流量实时寻优，可实现对热风炉烧炉过程的实时精准控制。CN110257577ACN110257577A权利要求书1/2页1.一种球式热风炉烧炉过程控制方法，其特征在于，所述方法包括：基于热风炉烧炉历史数据，匹配获得最佳空燃比；依据炉内气固两相传热及工艺结构，建立热风炉蓄热室瞬态传热模型；基于所述热风炉蓄热室瞬态传热模型，建立温度预测模型，所述温度预测模型包括拱顶温度预测模型和废气温度预测模型；基于所述温度预测模型，实时获得控制热风炉烧炉过程的最优控制参数。2.根据权利要求1所述的球式热风炉烧炉过程控制方法，其特征在于，基于热风炉烧炉历史数据，匹配获得最佳空燃比包括：对采集的热风炉烧炉历史数据进行预处理；通过有限时间窗口，对状态参数向量和操作参数向量重新描述，从而获得符合工艺的操作模式；基于所述操作模式和自定义的评价指标，获得优良操作模式库，并对所述优良操作模式库进行两级分类，其中一级分类依据废气温度进行分类，二级分类采用密度峰值聚类；将当前烧炉状态与所述优良操作模式库进行三级匹配，从而获得最佳空燃比。3.根据权利要求2所述的球式热风炉烧炉过程控制方法，其特征在于，将当前烧炉状态与所述优良操作模式库进行三级匹配，从而获得最佳空燃比包括：将当前废气温度与所述优良操作模式库进行一级匹配，获取最佳操作模式子集；采用欧氏距离在所述一级分类中进行粗匹配，获取最大相似的聚类子类中心；采用基于线性统计特征的聚合近似进行精匹配，并根据匹配相似度获得最佳空燃比。4.根据权利要求3所述的球式热风炉烧炉过程控制方法，其特征在于，根据匹配相似度获得最佳空燃比包括：当匹配相似度大于或等于预设阈值时，设定最佳空燃比为匹配到的空燃比；当匹配相似度小于预设阈值时，依据最相似的预设个数操作模式进行模糊推理，获取最佳空燃比。5.根据权利要求1-4任一所述的球式热风炉烧炉过程控制方法，其特征在于，基于所述热风炉蓄热室瞬态传热模型，建立的拱顶温度预测模型具体为：Tvt(t)＝Tr(0,0,t)＝(1-φ3+φ4+φ6-ζ2)Tr(0,0,t-Δt)+φ4Tr(0,Δz,t-Δt)+φ5Tr(Δr,0,t-Δt)+(φ2+ζ1)Ts(0,0,t-Δt)其中，Tvt(t)表示t时刻的拱顶温度，Tr(0,0,t)表示t时刻蓄热室最上层蓄热球中心点处的温度，Tr(0,0,t-Δt)表示t-Δt时刻蓄热室最上层蓄热球中心点处的温度，Tr(0,Δz,t-Δt)表示t-Δt时刻蓄热室Δz处蓄热球中心点处的温度，φ2表示替换变量2，φ3表示替换变量3，φ4表示替换变量4，φ5表示替换变量5，φ6表示替换变量6，ζ2表示线性化参数2，Tr(Δr,0,t-Δt)表示t-Δt时刻蓄热室最上层蓄热球Δr处的温度，ζ1表示线性化参数1，Ts(0,0,t-Δt)表示t-Δt时刻蓄热室最上层废气中心点处的温度；且建立的废气温度预测模型具体为：其中，Twt(t)表示t时刻的废气温度，Ts(0,L,t)表示t时刻蓄热室最底层废气中心点处2CN110257577A权利要求书2/2页的温度，Ts(0,L-Δz,t)表示t时刻蓄热室L-Δz处废气中心点处的温度，Tr(0,L-Δz,t)表示t时刻蓄热室L-Δz处蓄热球中心点处的温度，mg表示烟气质量流量，φ1表示替换变量1，ξ1表示线性化参数1，ζ2表示线性化参数2。6.根据权利要求5所述的球式热风炉烧炉过程控制方法，其特征在于，基于所述温度预测模型，实时获得控制热风炉烧炉过程的最优控制参数