CN114875189A - 一种基于数据分析的热风炉无流量计控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数据分析的热风炉无流量计控制方法，在历史烧炉数据中择优提取烧炉信息的基础上学习并提升烧炉模式，同时考虑历史炉效数据，根据不同的工况环境信息输出合适的煤气/助燃气阀位，以期达到优化烧炉的目的。
Description
技术领域
本发明涉及高炉热风炉优化控制技术领域，尤其涉及高炉热风炉优化燃烧无流量计控制方案。
背景技术
目前国内高炉炼钢厂300多家，高炉总数1000多个，高炉热风炉是高炉鼓风的预热器，是高炉生产必不可少的一部分，目前多数高炉热风炉烧炉方式是手动烧炉，手动烧炉存在以下问题：调节不及时，造成热风炉运行不稳定，送风温度较低，送风始末温差较大；不能实现最佳的经济燃烧，造成煤气资源的浪费，能耗较高。由于高炉热风炉大多数现场存在流量计设备损坏，流量计长时间得不到有效校验和维护，造成空气流量计和煤气流量计数值不准，基于流量计热风炉燃烧优化系统没法保证长期连续投用。
发明内容
针对高炉热风炉流量计不准特点，依托于流量计(热风炉内)的热风炉燃烧优化系统无法长期投用，故采用高炉热风炉无流量计优化燃烧控制方案，使高炉热风炉燃烧优化系统不依托流量计，就能实现长期高效、经济、安全、稳定的运行。它解决了现有热风炉燃烧优化系统依托于流量计的问题。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种热风炉无流量计控制方法包括以下步骤：
(1)建立历史数据库：通过采集热风炉历史运行过程中的实时数据，经预处理保留有效数据后，存储至历史数据库；
(2)历史数据统计分析：调取历史数据库中的数据，采用回归算法建立数据模型；并计算历史每一炉炉效，存储至炉效历史数据库；
(3)控制系统指标设定：当前实时工况下，结合炉效历史数据、数据模型，确定热风炉的最优废气温度设定值、最优空气阀位、最优煤气阀位、最优拱顶温度设定值、最优氧量设定值；
(4)烧炉控制
拱顶温度控制：在初始烧炉阶段，保持最优空气阀位和最优煤气阀位设定值，尽快提高拱顶温度；当拱顶温度接近最优拱顶温度设定值时，通过拱顶温度优化算法，直接控制煤气阀门开度，控制拱顶温度输出，保证拱顶温度接近设定值，又不会超温；
废气温度控制：在烧炉中后期，控制空气阀门和煤气阀门开度，使废气温度在烧炉时间到时，正好达到最优废气温度设定值附近；
氧含量控制：采用氧含量优化算法，判断煤气热值变化，使氧含量控制在最优氧含量设定值附近，控制空气阀门开度，使热风炉燃烧实际风燃配比始终保持在最佳区域；
(5)数据更新：当烧炉结束后，将该炉的数据通过步骤(1)、步骤(2)完成数据模型、炉效历史数据库迭代更新。
本发明取消了热风炉内流量计的使用，在热风炉历史烧炉数据的基础上进行数据建模，并考虑历史炉效数据，根据不同的工况条件对拱顶温度、废气温度和氧含量进行实时控制，实现热风炉长期可靠的全自动优化运行，在节能降耗的同时，使生产安全性也大大提高。
更为具体的，本发明热风炉无流量计控制方法包括以下功能模块：
1、数据统计分析功能模块
数据统计分析功能模块，通过实时数据采集模块采集历史烧炉数据(包括各座热风炉对应的煤气阀位、空气阀位、拱顶温度、废气温度、氧含量、冷风流量、冷风温度、热风温度等)，经数据预处理模块，保留有效数据，有效数据通过数据存储模块存储在历史数据库里，数据统计分析功能模块通过调取历史数据库的数据，采用回归算法得到煤气阀位与空气阀门、空气压力、煤气压力、拱顶温度等之间的关系，在烧炉过程中，保证空气和煤气处于合适的配比；拱顶温度和废气温度最佳设定值。
2、废气温度智能模块
废气温度是热风炉生产过程中的一个重要指标，废气温度智能模块，考虑烧炉时间、当前废气温度、废气温度控制目标等因素，通过直接控制空气、煤气阀门开度自动控制废气温度的增长速率，使废气温度在烧炉时间到时正好达到最优废气温度设定值附近(±5℃以内)，如果废气温度已经非常接近废气温度上限，系统在历史库提取煤气、空气最佳小阀位设定值，保证废气温度不超限。
3、拱顶温度优化算法块
在初始烧炉阶段，保持空气和煤气最佳阀位设定值，尽快提高拱顶温度，当拱顶温度接近设定的保护值(即图1中的最优拱顶温度设定值)时，通过拱顶温度优化算法块直接控制煤气阀门开度的方式，遏制拱顶温度的继续上涨，保证拱顶温度低于设定值10℃以内，又不会使拱顶温度超温，最大限度增加热风炉蓄热量。
4、氧含量优化算法块
在实际生产过程中，燃料热值会随燃料质量、气候环境等因素出现波动，这些波动会对控制效果产生直接或间接的影响。为克服热值变化对控制效果的负面影响，使用氧含量优化算法块，判断出煤气热值的变化，使热风炉燃烧实际风燃配比始终保持在最佳区域，确保热风炉最佳燃烧状态。
5、热风炉炉效评价模块
热风炉炉效评价模块，根据烧炉过程中拱顶温度变化值，废气温度最大值，拱顶温度、废气温度设定值，煤气、空气阀位开度，空气压力，煤气压力等推算出烧炉效果，结合数据统计分析功能模块，给出煤气和空气阀位最佳设定值，实现热风炉长期可靠的全自动运行的同时，实现节能降耗的目的。
通过以上技术手段，本发明有效解决因流量计不准和煤气热值波动，造成人工难以实时判定，煤气资源没有充分利用，造成煤气资源浪费的问题。通过热风炉无流量计优化燃烧控制方案，最大限度地利用煤气，使热风炉长期实现优化燃烧控制，实现热风炉经济燃烧，高炉获得更高的送风温度，延长热风炉使用寿命。
采用本发明控制方法，能有效实现热风炉长期可靠的全自动优化运行；实现热风炉炉效评价系统，实现热风炉优化运行，提升经济性，实现节能降耗的目的；实现多种安全控制功能，使生产安全性大大提高。
附图说明
图1为本发明基于数据分析的热风炉无流量计控制方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
高炉热风炉无流量计燃烧优化控制模型的核心是数据分析挖掘技术，是在历史烧炉数据中择优提取烧炉信息的基础上学习并提升烧炉模式，同时考虑历史炉效数据，根据不同的工况环境信息输出合适的煤气/助燃气阀位，以期达到优化烧炉的目的。本发明最大的特点是通过数据模型与氧含量优化块结合，在工况或者热值发生变化时，迅速对煤气阀位做出相对合理的调整，这样就使得热风炉(无流量计)在其生产的每一个周期都始终能够运行在基于历史信息的最佳状体之上。如图1所示，具体步骤如下：
1)历史数据采集、存储和分析。
通过OPC通讯实时采集原PLC系统数据：1-n座热风炉煤气阀位，1-n座热风炉空气阀位，1-n座热风炉拱顶温度，1-n座热风炉废气温度，1-n座热风炉氧含量，冷风流量，冷风温度，热风温度等，通过数据预处理模块，保留有效数据，有效数据通过数据存储模块存储在历史数据库里，通过调取历史数据库的数据，采用回归算法，采用回归算法得到1-n座热风炉煤气阀位与空气阀门、空气压力、煤气压力、拱顶温度等之间的关系。同时通过热风炉炉效评价模块计算出历史每一炉炉效，筛选出高能效炉数据进行存储。
2)热风炉燃烧优化控制：
烧炉初始阶段，根据实时工况结合热风炉炉效评价模块、数据模型，输出的1-n座热风炉最优空气阀位、最优煤气阀位，尽快提高拱顶温度。
烧炉过程中，当拱顶温度接近设定的保护值(即最优拱顶温度设定值)时，通过拱顶温度优化算法块直接控制煤气阀门开度的方式，遏制拱顶温度的继续上涨，在拱顶温度优化算法块控制拱顶温度输出时，使得拱顶温度接近最优拱顶温度设定值，即保证拱顶温度在低于设定值10℃以内波动，又不会使拱顶温度超温。
烧炉中后期，开启废气温度智能模块，考虑烧炉时间、当前废气温度、废气温度控制目标等因素，优化系统会自动控制废气温度的增长速率，使废气温度在烧炉时间到时正好达到最优废气温度设定值附近(±5℃以内)，而该设定点一般接近废气温度控制上限，已最大限度增加热风炉蓄热量；如果废气温度已经非常接近废气温度上限，系统会自动大幅减少煤气量，保证废气温度不超限。
烧炉过程中，通过数据统计分析功能模块输出的1-n座热风炉最优氧量设定值。在实际生产过程中，燃料热值会随燃料质量、气候环境等因素出现波动，这些波动会对控制效果产生直接或间接的影响。为克服热值变化对控制效果的负面影响，使用氧含量优化算法块，判断出煤气热值的变化，使氧含量控制在最优氧量设定值附近(±0.3％以内)，使热风炉燃烧实际风燃配比始终保持在最佳区域，确保热风炉最佳燃烧状态。
3)数据模型及炉效历史数据迭代更新
当烧炉结束后，利用送风、闷炉时间，完成数据模型及炉效历史库数据迭代。
通过采用上述高炉热风炉无流量计优化控制技术可实现如下功能：实现热风炉长期可靠的全自动优化运行；实现煤气、助燃空气及主要控制点的三维优化，提升经济性，实现节能降耗的目的；实现多种安全控制功能，使生产安全性大大提高。
Claims (4)
1.一种基于数据分析的热风炉无流量计控制方法，其特征在于，所述热风炉无流量计控制方法包括以下步骤：
(1)建立历史数据库：通过采集热风炉历史运行过程中的实时数据，经预处理保留有效数据后，存储至历史数据库；
(2)历史数据统计分析：调取历史数据库中的数据，采用回归算法建立数据模型；并计算历史每一炉炉效，存储至炉效历史数据库；
(3)控制系统指标设定：当前实时工况下，结合炉效历史数据、数据模型，确定热风炉的最优废气温度设定值、最优空气阀位、最优煤气阀位、最优拱顶温度设定值、最优氧量设定值；
(4)烧炉控制
拱顶温度控制：在初始烧炉阶段，保持最优空气阀位和最优煤气阀位设定值，尽快提高拱顶温度；当拱顶温度接近最优拱顶温度设定值时，通过拱顶温度优化算法，直接控制煤气阀门开度，控制拱顶温度输出，保证拱顶温度接近设定值，又不会超温；
废气温度控制：在烧炉中后期，控制空气阀门和煤气阀门开度，使废气温度在烧炉时间到时，正好达到最优废气温度设定值附近；
氧含量控制：采用氧含量优化算法，判断煤气热值变化，使氧含量控制在最优氧含量设定值附近，控制空气阀门开度，使热风炉燃烧实际风燃配比始终保持在最佳区域；
(5)数据更新：当烧炉结束后，将该炉的数据通过步骤(1)、步骤(2)完成数据模型、炉效历史数据库迭代更新。
2.根据权利要求1所述的热风炉无流量计控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中的实时数据包括热风炉煤气阀位、空气阀位、拱顶温度、废气温度、氧含量、冷风流量、冷风温度、热风温度。
3.根据权利要求1或2所述的热风炉无流量计控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用回归算法建立数据模型为热风炉煤气阀位与空气阀位、空气压力、煤气压力、拱顶温度之间的关系。
4.根据权利要求3所述的热风炉无流量计控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中当烧炉结束后，利用送风、闷炉时间，完成数据模型及炉效历史数据迭代。
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