CN1749358A - 计算机控制的炼焦配煤优化系统 - Google Patents

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CN1749358A CN 200510047314 CN200510047314A CN1749358A CN 1749358 A CN1749358 A CN 1749358A CN 200510047314 CN200510047314 CN 200510047314 CN 200510047314 A CN200510047314 A CN 200510047314A CN 1749358 A CN1749358 A CN 1749358A
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Abstract

本发明涉及一种计算机控制的炼焦配煤优化系统，焦炭生产信息系统集成配合煤和焦炭信息形成生产信息数据库，为焦炭质量预测系统提供回归数据；煤场信息系统集成单种煤信息形成原料煤信息库；配煤优化系统通过焦炭质量预测系统保证焦炭质量，通过煤场信息系统优化出成本最低的实用的配煤方案；炼焦配煤优化系统通过接口控制系统监控自动配煤装置配煤生产作业；本发明将煤场管理系统、生产信息系统、焦炭质量预测系统、配煤优化系统和接口控制系统有机集成，严密构成一体，形成焦化厂配煤生产新方法；该炼焦配煤优化系统，通过最优决策，在保证焦炭质量、现有煤种和库存限量的条件下，系统自动优化出炼焦用煤成本最低的配煤方案。

Description

计算机控制的炼焦配煤优化系统
技术领域
本发明涉及一种炼焦配煤的控制系统，特别是一种计算机控制的炼焦配煤优化系统。
背景技术
目前国内外在炼焦配煤优化技术的研究已有数十年，多半集中在焦炭质量预测的研究，配煤优化的研究更不多见。因此，数十年来，国内外绝大部分焦化厂的配煤技术仍处在宏观理论配煤、模糊估算配煤、人工经验配煤的水平，这种以耗主焦煤为主的配煤技术，势必加速主焦煤的消耗，使世界储量稀少的主焦煤供应日趋紧张。
发明内容
本发明的目的是提供一种计算机控制的炼焦配煤优化系统，该系统在保证焦炭质量的前提下，尽量少配主焦煤和煤源紧张的煤种；尽量多配挥发份高的弱性粘煤或不粘性煤；尽量开发扩大新的炼焦煤源，节能增源，最后自动优化出炼焦用煤成本最低的配煤方案，以实现炼焦配煤科学化、数值化、精确化。
本发明的目的是通过一种计算机控制的炼焦配煤优化系统来实现的，这套系统包括煤场信息系统、焦炭生产信息系统、焦炭质量预测系统、配煤优化系统和接口控制系统，其特征在于：焦炭生产信息系统集成配合煤和焦炭信息形成生产信息数据库，为焦炭质量预测系统提供回归数据，是焦炭质量预测系统的基础；煤场信息系统集成单种煤信息形成原料煤信息库，是配煤优化系统优化的根据；配煤优化系统通过焦炭质量预测系统保证焦炭质量，通过煤场信息系统优化出成本最低的实用的配煤方案；炼焦配煤优化系统通过综合显示系统生成各种生产报表，通过接口控制系统监控自动配煤装置配煤生产作业。
该炼焦配煤优化系统与自动配煤装置相连接，实时监控配煤生产；
所述煤场信息系统是在煤场货位管理的数学模型下，对原料煤信息进行采集和加工，形成原料煤数据库，保证原料煤信息的真实性、实时性和完整性；
所述焦炭生产信息系统是将配合煤与焦炭信息集合成生产信息数据库，实时更新，与生产同步，动态跟进；
所述焦炭质量预测系统，通过采用实时逐步回归法，产生预测焦炭质量的最优回归方程，在α＝0.05置信度下相关性强，可指导生产；
所述的炼焦配煤优化系统，通过最优决策，在保证焦炭质量、现有煤种和库存限量的条件下，系统自动优化出炼焦用煤成本最低的配煤方案。
所述接口控制系统，内有计算机、网络交换机、UPS、输入设备、通讯设备、显示设备以及与自动配煤装置的接口插件等，可以实时监控自动配煤装置配煤生产作业。
本发明将煤场信息系统、焦炭生产信息系统、焦炭质量预测系统、配煤优化系统和接口控制系统有机集成，严密构成一体，强力形成焦化厂配煤生产新方法；该炼焦配煤优化系统，通过最优决策，在保证焦炭质量、现有煤种和库存限量的条件下，系统自动优化出炼焦用煤成本最低的配煤方案；尽量少配主焦煤和煤源紧张的煤种；尽量多配挥发份高的弱性粘煤或不粘性煤；尽量开发扩大新的炼焦煤源，节能增源，最后自动优化出炼焦用煤成本最低的配煤方案，以实现炼焦配煤科学化、数值化、精确化。
附图说明
图1是配煤优化系统图。
图2是煤场管理系统图。
图3是煤场信息显示图。
具体实施方式
为实现本发明的目的，采取如下技术措施：
a)煤场信息系统
原料煤信息按现有焦化厂的作业流程大致可分为两个阶段：原料煤进厂、过磅到煤场的堆放、落地为第一阶段；从煤场取煤、配合、粉碎到煤塔入炉为第二阶段。每个阶段信息类别和要求不同，但都应通过网络系统汇总、分析、计算、签字确认、可追溯，供优化配煤系统使用。
原料煤信息主要由磅房、化验室、备煤车间三处产生，通过网络汇总于服务器数据库中。
原料煤分类堆放的原则：
●按种煤堆放
●按煤镜质组最大反射图分布堆放。堆入同一货位的各批来煤，原则上其最大平均镜质组反射率Rmax相近，反射率分布图所围成的面积图绝大部分应重选，以此保证同一堆煤其结焦性稳定均一。
尽量做到主要用煤占用二个(或二个以上)货位，堆完再取，取完再堆，交替进行，避免堆煤时间过长，煤质氧化变质。
同货位、同一种煤K次堆放，则此货位煤(均匀混合后)的分析值应按下述公式计算(以A为例，其余类推)：
A ‾ = 1 n 1 + n 2 + · · · + n k ( n 1 A 1 + n 2 A 2 + · · · + n k A k )
其中：n1，n2，…，nk  K次堆煤的重量(t)
      A1，A2，…，Ak  K批次煤的灰分含量
若××货位剩n吨煤，又堆上K批次煤，则此货位的分析值为：
A ‾ = 1 n + n 1 + n 2 + · · · + n k ( nA + n 1 A 1 + n 2 A 2 + · · · + n k A k )
为消除堆、取煤计量误差的累计，煤场货位信息应定期核实修正。
货位信息的更新只有当所需信息全部到齐后才能进行。例如××ID号煤入厂过磅落地后，其化验数据可能仍滞后，系统自动将此煤信息另存挂起，等待化验数据的到来。若在规定期限内到来，则解挂、激活所挂起的ID煤更新货位信息；若超过规定期限，所需信息仍未到来，系统则打印出超期挂起的有关信息，供有关人员处理。
通过煤场信息系统，控制来煤质量，科学指导煤场分堆，确保单种煤结焦性稳定均一，单种煤煤场库存量准确、清楚，配合优化配煤系统就能确保配合煤的质量，达到焦炭质量稳定之目的。
b)焦炭质量预测系统
影响焦炭质量的可测因素很多，例如：
配合煤：Mt、Ad、Vdaf、Std、X、Y、G、 Rmax、a、b、…………
配合煤的粉碎粒度：σ
炼焦最终温度：t
煤堆比重：D
………………
这些因素分别对M40、M10、Std、Ad、Vdaf、CRI、CSR、……等指标产生不同程度的影响，相关性参差不齐。我们应从诸因素中分别找出对应焦炭每一项指标影响最大的几个主要因素，通过观察数据散点图大致可以看出有些因素可能呈线性关系影响焦炭质量；有些因素可能呈非线性关系影响焦炭质量。对于非线性关系，我们总可以通过变量变换，变成线性关系处理。
在实际回归分析中我们采用诸因素分别对焦炭质量指标进行逐步最优回归处理，最终得到一个比较合理的最优回归方程。
逐步回归的基本思想是依次拟合一系列回归方程，后一个回归方程是在前一个的基础上增加或剔除一个自变量，增加或剔除某个自变量的准则是用残差平方和的增加或减少来衡量。本系统中采用偏F检验统计量来确定某个自变量的增减。增减迭代直至回归模型中已再无自变量可增加或再无自变量可剔除为止。
偏F检验统计量的计算为：
F = SSR ( x k | A ) MSE ( A , x k )
当Fk≥FK-1  Xk加入模型
  FK＜FK-1  Xk不加入模型
式中：
  SSR-回归平方和
  MSE-回归残差均方差
  A-模型中已有自变量的集合
  Xk-待加进或剔除的一个自变量
c)配煤优化系统
假设焦化厂现有焦、肥、气、瘦、弱粘等共n种煤参加配煤选择，我们要从这n种煤中选出K种煤，按不同配比组成炼焦配合煤。选煤的原则应满足下述条件：
●配合煤能炼出满足焦炭质量的焦炭。
●所选定各煤种的配煤量应在煤场现有各煤种库存量之限度内。
●选出K种煤的总成本应在诸方案中最低。
显见，这是一个以配合煤最低成本为目标函数，以配合煤煤质参数的限制、焦炭质量要求、各种煤量使用限制以及本厂多年来配煤经验等为约束条件的线性规划。
min S = CX AX ≤ ( ≥ ) b X i ≥ 0
在约束条件中，分别加入松驰变量或人工变量，将不等式约束通通改为等式约束。上式可改写成：
min S = C B X B + C N X N B X B + N X N = b X B , X N ≥ 0
经过矩阵运算后可写成：
S = C B · B - 1 · b + ( C N - C B · B - 1 · N ) X N X B = B - 1 · b - B - 1 · N · X N X B , X N ≥ 0
经过K次替换迭代，若非基变量XN的检验数
TN＝CNK-CBK·BK -1·NK≤0，则得到最优；若B-1Pk≤0问题无解，否则继续迭代计算。
d)接口控制系统
配煤优化系统通过接口控制系统与自动配煤装置相连接，既可通过接口控制系统向自动配煤装置发送配煤指令，又可监控配煤生产作业。
如图2所示，磅房输入的信息是：
  煤的ID号   产地   煤种   重量   签字
化验室输入的信息是：
  煤的ID号   M   A   V   S   X   Y   G   a   b   R   L   I   IA   签字
堆煤作业输入的信息是：
  煤的ID号   堆放地(货位号)   堆放时间   签字
取煤作业输入的信息是：
  货位号   煤种   取重量   取时间   签字
上述信息输入完整后，系统启动货位管理数学模型自动汇总生成货位信息表：
  堆次数   煤的ID号   煤种   产地   重量   M   A   V   S   X   Y   G   a   b   R   L   I   IA   签字人
  1
  2
  3
  …
堆合计 M A V S X Y G a b R L I IA
  取次数   取重量   取时间   签字人
  1
  2
  3
  ……
  取合计
  剩余
自动生成煤场综合信息表：
  NO   煤种   产地   重量    M    A    V    S    X    Y    G    a    b    R    L    IA    I
  1
  2
  …
每当堆煤操作或取煤操作完成一次(含化验结束)，煤场综合信息表自动修改更新。煤场信息可模拟显示在屏幕上，如图3所示
如图1所示，某厂的配合煤信息和所对应的焦炭质量信息集成如下：
  Mt   A   V   S   Y   G   X   JA   JV   JS   M40   M10   M25   CRI   CSR
  0.00   10.56   28.24   0.86   17.63   80.55   31.00   13.49   0.00   0.76   80.20   8.00   1.00   0.00   0.00
  0.00   10.80   29.29   0.91   16.53   82.00   31.00   13.27   0.00   0.77   81.00   8.90   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.71   25.82   0.83   17.00   82.00   31.00   12.26   0.00   0.71   82.70   6.60   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.65   26.28   0.77   17.00   82.00   31.00   12.40   0.00   0.69   82.10   7.30   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.75   25.14   0.77   17.00   82.00   31.00   12.52   0.00   0.68   83.00   7.00   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.60   25.03   0.77   17.00   82.00   31.00   12.49   0.00   0.65   83.10   5.40   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.55   26.48   0.77   16.31   76.27   31.00   12.15   0.00   0.68   80.00   7.60   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.41   27.06   0.71   15.50   79.00   30.00   12.41   0.00   0.65   80.60   6.10   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.78   27.90   0.76   15.50   79.00   30.00   12.31   0.00   0.65   79.80   7.60   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.50   26.78   0.73   15.50   79.00   30.00   12.23   0.00   0.67   80.70   7.30   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.61   26.50   0.76   15.50   79.00   30.00   12.30   0.00   0.68   80.30   8.20   0.00   0.00   0.00
  0.00   9.85   27.79   0.50   15.50   79.00   30.00   12.45   0.00   0.69   81.80   6.90   0.00   0.00   0.00
此数据库实时更新，与生产同步，动态跟进。
如图1所示，对焦炭生产数据库的信息进行逐步回归分析，在α＝0.05，F0＝3.9设定下可得下述焦炭质量预测方程。
  回归方程   F   R   S
  M40＝61.5238-0.4864V+0.4094G   17.2668   0.8903   0.6074
  M10＝-5.3191+0.4939V-0.0088G   3.6577   0.6696   0.7746
  JS＝0.1098+0.743S   263.9801   0.8660   0.0342
  JA＝3.6599+0.9031A   55.6396   0.9207   0.1709
回归显著，相关性强，可指导生产。
如图1所示，在煤场信息库和焦炭质量预测系统支持下，启动配煤优化系统就可以得到最优配煤方案，某焦化厂年产100万吨焦炭，主焦煤供应日趋紧张，千树焦煤每吨买价达1150元，炼焦利润空间越来越小，通过配煤优化系统，所产生的优化配煤方案如下：
  序号   1   2   3   4   5   6   7   8   9   原配合煤   优化配合煤计算值   小焦炉配合煤实测值
  煤种   1/3焦   1/3焦   1/3焦   焦   肥   焦   焦   瘦   瘦
  产地   开滦   邢台   固城   介体   焦1   千树   柳林   西山   斜坡
  煤质指标   A   10.15   9.37   14.06   9.77   9.89   7.53   10.72   10.05   10.38   9.95   10.07   9.88
  V   33.43   37.09   33.83   19.52   26.59   17.56   24.13   16.36   16.78   24.49   24.61   27.13
  S   0.53   0.49   0.83   1.06   0.99   0.39   0.52   1   0.74   0.73   0.80   0.78
  Y   22   18   12   18   27   13   18   5   8   16.60   18.16   15
  G   96   90   70   90   98   80   92   20   40   76.66   79.10   78
  效益分析   (元/吨)   790   790   790   750   850   1150   1050   670   690   总价
  原配比   12％   10％   5％   10％   18％   12％   10％   10％   10％   100％
  原成本   94.8   79   39.5   75   163   138   105   67   89.7   841
  优化配比   15％   7％   0％   15％   25％   0％   16％   13％   10％   100％
  优化成本   118.5   55.3   0   112.5   212.5   0   157.5   87.1   69   812.4
每吨焦炭用煤成本下降了(841-812.4)×1.5＝42.7(元)。
按此配煤方案，进行小焦炉试验，试验结果如下，完全在预测之中。
  焦炭指标   预测值   实验值
  M40   81.647   81.67
  M10   6.155   7.4
  JA   12.7   13.18
  JS   0.6964   0.72
  JV   1.33
按此配煤方案进行大焦炉生产，焦炭各项指标也完全满足要求：
  焦炭指标   预测值   实际值
  M40   81.647   82.2
  M10   6.155   7.0
  JA   12.7   13.16
  JS   0.6964   0.7
  JV   1.29
  Mt
  CRI   25.5
  CSR   60.6
如附图1所示，配煤优化系统可监控自动配煤装置的配煤作业，监控信息如下：
  槽号   货位   煤种   设定配比   设定流量   实际流量   设定上煤量   实际干煤量   实际湿煤量   实际配比
  A1   中1   邢台1/3   15.00   45.00   .00   390.00   134.81   145.58   15.00
  A2   北1   西山   10.00   30.00   .00   260.00   89.81   97.83   9.99
  A3   北2   介休   10.00   30.00   .00   260.00   89.83   100.14   10.00
  A4   南4   中新肥   10.00   30.00   .00   260.00   89.85   97.66   10.00
  A5   中5   千树   12.00   36.00   .00   312.00   107.83   119.28   12.00
  B1   北5   气煤   .00   .00   .00   .00   .00   .00   .00
  B2   中4   焦3   5.00   15.00   .00   130.00   44.83   49.10   4.99
  B3   中3   木村   16.00   48.00   .00   416.00   143.86   158.44   16.01
  B4   南5   斜坡   12.00   36.00   .00   312.00   107.94   120.47   12.01
  B5   中2   开滦1/3   10.00   30.00   .00   260.00   89.84   99.82   10.00
  设定总上煤量：2600.00吨    实际总上煤干量：898.60吨     实际总上煤湿量：998.42吨
  配煤开始时刻：2005-09-0500:02:51  配煤结束时刻：2005-09-0503:04:04

Claims (7)

1.一种计算机控制的炼焦配煤优化系统，包括煤场信息系统、焦炭生产信息系统、焦炭质量预测系统、配煤优化系统和接口控制系统，其特征在于：焦炭生产信息系统集成配合煤和焦炭信息形成生产信息数据库，为焦炭质量预测系统提供回归数据，是焦炭质量预测系统的基础；煤场信息系统集成单种煤信息形成原料煤信息库，是配煤优化系统优化的根据；配煤优化系统通过焦炭质量预测系统保证焦炭质量，通过煤场信息系统优化出成本最低的实用的配煤方案；炼焦配煤优化系统通过综合显示系统生成各种生产报表，通过接口控制系统监控自动配煤装置配煤生产作业。
2.如权利要求1所述的一种计算机控制的炼焦配煤优化系统，其特征在于：该炼焦配煤优化系统与自动配煤装置相连接，实时监控配煤生产。
3.如权利要求1所述的一种计算机控制的炼焦配煤优化系统，其特征在于：所述煤场信息系统是在煤场货位管理的数学模型下，对原料煤信息进行采集和加工，形成原料煤数据库，保证原料煤信息的真实性、实时性和完整性。
4.如权利要求1所述的一种计算机控制的炼焦配煤优化系统，其特征在于：所述焦炭生产信息系统是将配合煤与焦炭信息集合成生产信息数据库，实时更新，与生产同步，动态跟进。
5.如权利要求1所述的一种计算机控制的炼焦配煤优化系统，其特征在于：所述焦炭质量预测系统，通过采用实时逐步回归法，产生预测焦炭质量的最优回归方程，在α＝0.05置信度下相关性强，可指导生产。
6.如权利要求1所述的一种计算机控制的炼焦配煤优化系统，其特征在于：该炼焦配煤优化系统，通过最优决策，在保证焦炭质量、现有煤种和库存限量的条件下，系统自动优化出炼焦用煤成本最低的配煤方案。
7.如权利要求1或2所述的一种计算机控制的炼焦配煤优化系统，其特征在于：所述接口控制系统，内有计算机、网络交换机、UPS、输入设备、通讯设备、显示设备以及与自动配煤装置的接口插件，可以实时监控自动配煤装置配煤生产作业。
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