CN108009580B - 一种煤调湿出口煤湿度的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤调湿出口煤湿度的测量方法,包括采集数据、筛选数据、数据处理与建模、模型检验、湿度检测。本发明公开的一种煤调湿出口煤湿度的测量方法,通过构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型,可以通过直接测量干燥器蒸汽出口温度值实时得到出口煤湿度值,解决了无法实现准确在线测量出口煤湿度值,在实验室测量存在时滞性的问题。
Description
技术领域
本发明属于煤湿度的测量方法领域,尤其涉及一种能够快速检测煤调湿出口煤湿度的在线测量方法。
背景技术
煤料水分本身为一个多参数耦合,非线性大时滞的分布式参数系统,采用传统的建模测量方法较难获得其准确数据。在目前的实际生产过程中,回转窑出口湿度虽已实际采用过国际最先进的多种直接测量仪器进行测量,如:雷达、超声波、红外等,但由于回转窑出口测量处的环境和介质中含有大量的水蒸气和焦油等挥发分等混和介质原因,最终均无法实现准确在线测量;目前生产中采用化验室对干燥机出口煤水分的化验结果要滞后于生产约15个小时,难以及时指导生产操作。在干燥机入口煤水分稳定时,这种时间上的滞后还能维持干燥机出口煤水分的稳定,但当江南地区梅雨天气造成露天煤场水分波动较大时,导致出口煤湿度波动较大,影响了煤调湿系统运行以及焦炉炼焦质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够快速检测煤调湿出口煤湿度的在线测量方法,通过该方法可以快速准确的实时测量出口煤湿度值,实现煤调湿的自动在线闭环控制,达到节省炼焦耗热量,避免焦炉炉温的波动,减少煤气损失,提高焦炭生产能力,提高焦炭质量目的。
为解决上述问题,本发明的技术方案为:
一种煤调湿出口煤湿度的测量方法,包括以下步骤,
S1:采集数据;
采集切入煤的重量值、入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值、干燥器蒸汽出口温度值;
其中,所述切入煤的重量值、入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值、干燥器蒸汽出口温度值在时间上相互对应;
S2:筛选数据;包括,
S21:将采集到的所有错误的数据删除,筛选出合格数据;
S22:将所述合格数据分为训练数据、测试数据,所述训练数据、测试数据的数据量相等;
S3:数据处理与建模;使用所述训练数据构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型;
S4:模型检验;使用所述测试数据检验所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型的计算准确度误差;若所述计算准确度误差满足要求,进入步骤S5;
S5:湿度检测;测量干燥器蒸汽出口温度值,将所述测量的干燥器蒸汽出口温度值作为所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型的输入,通过所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型得到出口煤湿度检测值。
根据本发明的一实施例,所述步骤S21包括,
S211:分别设置所述入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值对应的基准值;设置误差百分比上限值;
S212:分别计算所述入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值与所述对应的基准值之间的误差百分比值;
S213:超过所述误差百分比上限值的数据点认为是错误数据,删除所述错误数据对应的所述采集的所有数据,筛选出合格数据;
其中,所述错误数据对应的所述采集的所有数据包括采集的所述切入煤的重量值、入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值、干燥器蒸汽出口温度值。
根据本发明的一实施例,所述对应的基准值之间的误差百分比值为10%。
根据本发明的一实施例,所述步骤S3包括,
S31:以所述训练数据中的入口煤湿度值、切入煤的重量值作为输入,以所述训练数据中的出口煤湿度值作为输出构建神经网络扰动模型,并使用神经网络拟合函数做非线性拟合;
S32:使用所述神经网络拟合函数非线性拟合的结果和所述训练数据中对应的干燥器蒸汽出口温度值构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型。
根据本发明的一实施例,所述步骤S31包括,
S311:对所述训练数据中的入口煤湿度值、切入煤的重量值、出口煤湿度值进行归一化处理;
S312:所述归一化处理之后的入口煤湿度归一化值、切入煤的重量归一化值作为输入;所述归一化处理之后的出口煤湿度归一化值作为输出构建神经网络扰动模型,并使用神经网络拟合函数做非线性拟合。
根据本发明的一实施例,所述神经网络拟合函数采用径向基函数神经网络。
根据本发明的一实施例,所述步骤S4包括,
S41:设置计算准确度误差上限;
S42:以所述测试数据中的所述干燥器蒸汽出口温度值作为所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型的输入;
S43:通过所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型得到出口煤湿度计算值;
S44:计算所述出口煤湿度计算值与所述测试数据中的出口煤湿度值之间的计算准确度误差并与所述计算准确度误差上限进行比较;
S45:若所述计算准确度误差小于等于所述计算准确度误差上限,进入步骤S5。
根据本发明的一实施例,所述计算准确度误差上限为5%。
本发明由于采用以上技术方案,使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果:
1)通过构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型,可以通过直接测量干燥器蒸汽出口温度值实时得到出口煤湿度值,解决了无法实现准确在线测量出口煤湿度值,在实验室测量存在时滞性的问题。采用构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型,可以快速准确的实时测量混合复杂情况下煤粉的水分值,实现煤调湿的自动在线闭环控制,直接可实现提高煤调湿效率,降低能耗,间接可节省炼焦耗热量,避免焦炉炉温的波动,减少煤气损失,提高焦炭生产能力,提高焦炭质量,减少污染物排放等经济和社会效益。
2)将波动较大的数据删除,减少了测量现场干扰信号带来的影响,提高了数据的准确度,进一步高了构建的模型的可靠性。
3)使用测试数据对构建的干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型进行检验,测试数据与训练数据是同一批现场测量的数据,因此测试数据能够作为检验模型计算准确度的标准,可以用于检验模型的可靠性,能够提高出口煤湿度值计算的准确度。
4)煤料水分本身为一个多参数耦合,非线性大时滞的分布式参数系统,通过使用神经网络拟合函数做非线性拟合,能够有效处理非线性多参数问题。
5)神经网络拟合函数使用用径向基函数神经网络,径向基函数神经网络能够逼近任意的非线性函数,可以处理系统内的难以解析的规律性,具有良好的泛化能力,并有很快的学习收敛速度,技术上比较成熟,已成功应用于非线性函数逼近、时间序列分析、数据分类、模式识别、信息处理、图像处理、系统建模、控制和故障诊断等。
6)对训练数据中的入口煤湿度值、切入煤的重量值、出口煤湿度值进行归一化处理之后可以提高算法计算的速度与效率。
附图说明
图1为本发明使用的径向基函数神经网络扰动模型;
图2为本发明构建的干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型;
图3为本发明不同温度下的计算准确度误差折线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种煤调湿出口煤湿度的测量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
一种煤调湿出口煤湿度的测量方法,包括以下步骤,
S1:采集数据;采集切入煤的重量值、入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值、干燥器蒸汽出口温度值;
其中,切入煤的重量值、入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值、干燥器蒸汽出口温度值在时间上相互对应。
S2:筛选数据;包括,
S21:将采集到的所有错误的数据删除,筛选出合格数据,将波动较大的数据删除,减少了测量现场干扰信号带来的影响,提高了数据的准确度,进一步高了构建的模型的可靠性。;
具体地,步骤S21包括,
S211:分别设置入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值对应的基准值;设置误差百分比上限值;
可将误差百分比上限值设为10%,误差值超过10%的可认为是采集数据时现场的干扰信号。
S212:分别计算入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值与对应的基准值之间的误差百分比值;
S213:超过误差百分比上限值的数据点认为是错误数据,删除错误数据对应的采集的所有数据,筛选出合格数据;其中,错误数据对应的采集的所有数据包括采集的切入煤的重量值、入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值、干燥器蒸汽出口温度值。
S22:将合格数据分为训练数据、测试数据,训练数据、测试数据的数据量相等,例如,训练数据为奇数天的数据,测试数据为偶数天的数据。
S3:数据处理与建模;使用训练数据构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型。
进一步地,步骤S3包括,
S31:以训练数据中的入口煤湿度值、切入煤的重量值作为输入,以训练数据中的出口煤湿度值作为输出构建神经网络扰动模型,并使用神经网络拟合函数做非线性拟合;
S32:使用神经网络拟合函数非线性拟合的结果和训练数据中对应的干燥器蒸汽出口温度值构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型。
优选地,步骤S31包括,
S311:对训练数据中的入口煤湿度值、切入煤的重量值、出口煤湿度值进行归一化处理,对训练数据中的入口煤湿度值、切入煤的重量值、出口煤湿度值进行归一化处理之后,上述数据范围均为[0,1],可以提高算法计算的速度与效率;
具体为,
出口煤湿度归一化值=(出口煤湿度值-7.2333)/(8.4333-7.2333);
入口煤湿度归一化值=(入口煤湿度值-9.9)/(11.5-9.9);
切入煤的重量归一化值=(切入煤的重量值-225.0104)/(272.8646-225.0104)。
上述归一化公式中的参数为一具体实施方式中的经验值,本领域技术人员能够根据现场实际应用的情况修改对应参数以获得对应的归一化值。
S312:归一化处理之后的入口煤湿度归一化值X1、切入煤的重量归一化值X2作为输入;归一化处理之后的出口煤湿度归一化值作为输出构建神经网络扰动模型,并使用神经网络拟合函数做非线性拟合。煤料水分本身为一个多参数耦合,非线性大时滞的分布式参数系统,通过使用神经网络拟合函数做非线性拟合,能够有效处理非线性多参数问题。
较佳地,参看图1,神经网络拟合函数采用径向基函数神经网络。径向基函数神经网络能够逼近任意的非线性函数,可以处理系统内的难以解析的规律性,具有良好的泛化能力,并有很快的学习收敛速度,技术上比较成熟,已成功应用于非线性函数逼近、时间序列分析、数据分类、模式识别、信息处理、图像处理、系统建模、控制和故障诊断等。
参看图2,使用现场采集到的数据构建的干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型为:
其中,x为干燥器蒸汽出口温度值,单位为摄氏度,y为出口煤湿度值;
应该意识到,上述具体的关系模型并不适用于所有生产情况,但是本领域技术人员能够使用本发明中提供的建模方法在特定生产情况下采集数据并进行建模。
S4:模型检验;使用测试数据检验干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型的计算准确度误差;若计算准确度误差满足要求,进入步骤S5。使用测试数据对构建的干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型进行检验,测试数据与训练数据是同一批现场测量的数据,因此测试数据能够作为检验模型计算准确度的标准,可以用于检验模型的可靠性,能够提高出口煤湿度值计算的准确度。
进一步地,步骤S4包括,
S41:设置计算准确度误差上限;根据工作人员的经验,可将计算准确度误差上限设为5%,技术人员能够根据对出口煤湿度的要求修改误差上限值。
S42:以测试数据中的干燥器蒸汽出口温度值作为干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型的输入;
S43:通过干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型得到出口煤湿度计算值y1;
S44:计算出口煤湿度计算值y1与测试数据中的出口煤湿度值y2之间的计算准确度误差并与计算准确度误差上限进行比较;
其中,误差计算公式为error=y2-y1;参看图3,为本发明一实例中的误差图;
S45:若计算准确度误差小于等于计算准确度误差上限,进入步骤S5。
S5:湿度检测;测量干燥器蒸汽出口温度值,将测量的干燥器蒸汽出口温度值作为干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型的输入,通过干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型得到出口煤湿度检测值。
本发明通过构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型,可以通过直接测量干燥器蒸汽出口温度值实时得到出口煤湿度值,解决了无法实现准确在线测量出口煤湿度值,在实验室测量存在时滞性的问题。采用构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型,可以快速准确的实时测量混合复杂情况下煤粉的水分值,实现煤调湿的自动在线闭环控制,直接可实现提高煤调湿效率,降低能耗,间接可节省炼焦耗热量,避免焦炉炉温的波动,减少煤气损失,提高焦炭生产能力,提高焦炭质量,减少污染物排放等经济和社会效益。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化,倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种煤调湿出口煤湿度的测量方法,其特征在于,包括以下步骤,
S1:采集数据;
采集切入煤的重量值、入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值、干燥器蒸汽出口温度值;
其中,所述切入煤的重量值、入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值、干燥器蒸汽出口温度值在时间上相互对应;
S2:筛选数据;包括,
S21:将采集到的所有错误的数据删除,筛选出合格数据;
S22:将所述合格数据分为训练数据、测试数据,所述训练数据、测试数据的数据量相等;
S3:数据处理与建模;使用所述训练数据构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型;包括:
S31:以所述训练数据中的入口煤湿度值、切入煤的重量值作为输入,以所述训练数据中的出口煤湿度值作为输出构建神经网络扰动模型,并使用神经网络拟合函数做非线性拟合;
S32:使用所述神经网络拟合函数非线性拟合的结果和所述训练数据中对应的干燥器蒸汽出口温度值构建干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型;
S4:模型检验;使用所述测试数据检验所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型的计算准确度误差;若所述计算准确度误差满足要求,进入步骤S5;
S5:湿度检测;测量干燥器蒸汽出口温度值,将所述测量的干燥器蒸汽出口温度值作为所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型的输入,通过所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型得到出口煤湿度检测值。
2.如权利要求1所述煤调湿出口煤湿度的测量方法,其特征在于,所述步骤S21包括,
S211:分别设置所述入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值对应的基准值;设置误差百分比上限值;
S212:分别计算所述入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值与所述对应的基准值之间的误差百分比值;
S213:超过所述误差百分比上限值的数据点认为是错误数据,删除所述错误数据对应的所述采集的所有数据,筛选出合格数据;
其中,所述错误数据对应的所述采集的所有数据包括采集的所述切入煤的重量值、入口煤湿度值、出口煤湿度值、切出煤的重量值、干燥器蒸汽出口温度值。
3.如权利要求2所述煤调湿出口煤湿度的测量方法,其特征在于,所述对应的基准值之间的误差百分比值为10%。
4.如权利要求1所述煤调湿出口煤湿度的测量方法,其特征在于,所述步骤S31包括,
S311:对所述训练数据中的入口煤湿度值、切入煤的重量值、出口煤湿度值进行归一化处理;
S312:所述归一化处理之后的入口煤湿度归一化值、切入煤的重量归一化值作为输入;所述归一化处理之后的出口煤湿度归一化值作为输出构建神经网络扰动模型,并使用神经网络拟合函数做非线性拟合。
5.如权利要求1所述煤调湿出口煤湿度的测量方法,其特征在于,所述神经网络拟合函数采用径向基函数神经网络。
6.如权利要求1所述煤调湿出口煤湿度的测量方法,其特征在于,所述步骤S4包括,
S41:设置计算准确度误差上限;
S42:以所述测试数据中的所述干燥器蒸汽出口温度值作为所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型的输入;
S43:通过所述干燥器蒸汽出口温度值与出口煤湿度值模型得到出口煤湿度计算值;
S44:计算所述出口煤湿度计算值与所述测试数据中的出口煤湿度值之间的计算准确度误差并与所述计算准确度误差上限进行比较;
S45:若所述计算准确度误差小于等于所述计算准确度误差上限,进入步骤S5。
7.如权利要求6所述煤调湿出口煤湿度的测量方法,其特征在于,所述计算准确度误差上限为5%。
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- 2017-11-29 CN CN201711227582.7A patent/CN108009580B/zh active Active
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