RU2804378C1 - Система искусственного интеллекта и способ смешивания сырья при газификации - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области угольно-химической промышленности. Система предусматривает подсистему для смешивания сырья при газификации, в которой подсистема смешивания сырья при газификации предусматривает модуль экспресс-анализа свойств сырья для получения параметров сырья согласно интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи; модуль прогноза свойств смешанного сырья для создания модели прогнозирования, и прогнозирование параметров смешанного сырья при помощи модели прогнозирования согласно параметрам сырья и пропорций сырья; модуль оптимизации схемы смешивания для создания модели оптимизации и получения оптимизированной схемы смешивания при помощи модели оптимизации согласно параметрам смешанного сырья и состава смеси сырья; модуль экономической оценки схемы смешивания для вывода схемы смешивания с оптимальными технико-экономическими показателями. Технический результат – повышение эффективности и точности смешивания углей. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 6 табл.

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к технической области угольно-химической промышленности и, в частности, к системе искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации и способу смешивания с применением искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Устойчивая работа газогенератора (или печи для газификации) представляет собой одну из важнейших экономический целей, которые преследуют угольно-химические предприятия. Газогенератор имеет определенные условия работы и строгие ограничения в отношении характеристик сырья для печи (то есть, сырья, которое подают в печь). На производстве угольно-химических предприятий могут возникать следующие проблемы: во-первых, качество угля, имеющегося недалеко от предприятия, не подходит для газогенераторов и его невозможно использовать на месте; во-вторых, качество угля очень неустойчиво, и газогенератор не может устойчиво работать в течение длительного времени; в-третьих, существуют проблемы с поставками угля или сильные колебания цен, что приводит к неустойчивой работе газогенератора и таким последствиям, как коррозия, засорение золой и даже остановке. Технология смешивания углей может эффективно решить перечисленные выше проблемы, позволить использовать уголь, имеющийся недалеко от предприятия, и тем самым снизить затраты; обеспечить долговременную устойчивую эксплуатацию газогенератора, тем самым повысить экономическую эффективность; и повысить гибкость применения угля на предприятии, и тем самым снизить риски. Традиционное смешивание углей зависит в основном от персонала лабораторий в научно-исследовательских учреждениях, который выполняет большое количество трудоемких экспериментов с тем, чтобы получить схему смешивания, или от многолетнего опыта работы, накопленного соответствующим персоналом завода. Существуют проблемы низкой эффективности и невысокой точности, из-за чего невозможно эффективно получать наилучшее соотношение смешивания углей для газогенератора. В то же время, в Китае была разработана, поддержана и широко применяется технология газификации. Уголь уже не представляет собой единственное сырье для газификации. Смешивание различных углеродосодержащих соединений в качестве сырья для газификации стало важным направлением развития технологии газификации угля. Таким образом, необходимо разработать систему искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации, которая может выстроить весь процесс жизненного цикла схемы смешивания.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Цель вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить систему искусственного интеллекта и способ смешивания сырья при газификации, решить проблемы низкой эффективности и низкой точности традиционной технологии смешивания углей и невозможности выстроить весь процесс жизненного цикла схемы смешивания углей.

Для достижения указанной цели первый аспект настоящего изобретения обеспечивает систему искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации, которая предусматривает:

Подсистему смешивания сырья при газификации, при этом указанная подсистема для смешивания сырья при газификации предусматривает модуль экспресс-анализа свойств сырья, модуль прогноза свойств смешанного сырья, модуль оптимизации схемы смешивания, и модуль оценки экономических показателей схемы смешивания;

Упомянутый модуль экспресс-анализа свойств сырья предназначен для получения интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи и получения параметров сырья, исходя из упомянутой интенсивности линий характеристического спектра;

Упомянутый модуль прогноза свойств смешанного сырья предназначен для создания модели прогнозирования, которая предусматривает прогнозирование параметра (параметров) смешанного сырья при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из упомянутых параметров (параметра) сырья и заранее заданной пропорции (пропорций);

Упомянутый модуль оптимизации схемы смешивания предназначен для создания модели оптимизации и получения оптимизированной схемы смешивания при помощи целевой функции в упомянутой модели оптимизации, исходя из упомянутых параметров (параметра) смешанного сырья;

Упомянутый модуль оценки экономических показателей схемы смешивания предназначен для анализа технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания и выдачи схемы смешивания с оптимальными технико-экономическими показателями.

Согласно другому варианту осуществления, система также предусматривает подсистему стандартов свойств сырья, при этом упомянутая подсистема стандартов свойств сырья предусматривает модуль управления стандартами сырья для печи, при этом упомянутый модуль управления стандартами сырья для печи предназначен для установления и хранения соответствия различных типов газогенераторов и соответствующего им сырья, для определения сырья для печи после определения типа газогенератора.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутые параметры смешанного сырья включают в себя основные свойства, характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и реакционную способность.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутые основные свойства включают в себя параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр измельчаемости и параметр теплоты сгорания.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутая система дополнительно предусматривает подсистему управления информацией, при этом упомянутая подсистема управления информацией предусматривает модуль управления информацией о сырье, модуль управления информацией о газогенераторе, модуль управления информацией о добавках и модуль управления информацией о шлаке газификации;

упомянутый модуль управления информацией о сырье предназначен для хранения параметров сырья, полученных в упомянутом модуле экспресс-анализа свойств сырья;

упомянутый модуль управления информацией о газогенераторе предназначен для установления и хранения соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующими им эксплуатационными характеристиками;

упомянутый модуль управления информацией о добавках предназначен для установления и хранения установленного соответствия прогнозов характеристик плавления золы и характеристик образования суспензии, а также соответствующих им добавок;

упомянутый модуль управления информацией о шлаке газификации предназначен для установления и хранения однозначного соответствия между типами газогенераторов, сырья, эксплуатационными характеристиками газогенераторов и свойствами шлака.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутая подсистема для смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает модуль раннего оповещения газогенератора, при этом упомянутый модуль раннего оповещения газогенератора предназначен для установления функциональной связи между параметрами смешанного сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака, и для прогнозирования соответствующих свойств шлака согласно смешанному сырью в полученной схеме смешивания при оптимальных технико-экономических показателях и эксплуатационных характеристиках газогенератора, а также для оценки правильности или неправильности полученных свойств шлака.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутый модуль раннего оповещения газогенератора все так же предназначен для сопоставления полученных свойств шлака и ранее сохраненных свойств шлака в случае, если полученные свойства шлака оценены как неправильные, и получение соответствующих параметров (параметра), при которых получены неправильные свойства шлака, согласно установленному соответствию между ранее сохраненными свойствами шлака и типами газогенераторов, сырья и эксплуатационными характеристиками газогенератора.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предусмотрен интеллектуальный способ смешивания сырья при газификации, включающий в себя подстадию смешивания сырья при газификации, при этом упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации предусматривает:

Получение интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи и получение параметров сырья, исходя из упомянутой интенсивности линий характеристического спектра;

Создание модели прогнозирования, которая предусматривает прогнозирование параметров смешанного сырья при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из параметров сырья и пропорций;

Создание модели оптимизации и получение оптимизированной схемы смешивания при помощи упомянутой модели оптимизации, исходя из упомянутых параметров смешанного сырья;

Анализ технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания и выдачу схемы смешивания с оптимальной технической экономичностью.

Согласно другому варианту осуществления, способ дополнительно предусматривает подстадию стандартов свойств сырья, при этом подстадия стандартов свойств сырья предусматривает:

Установление и хранения соответствия различных типов газогенераторов и соответствующего им сырья с целью определения сырья для печи после того, как определен тип газогенератора.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутые параметры смешанного сырья включают в себя основные свойства, характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и реакционную способность.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутые основные свойства включают в себя параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр измельчаемости и параметр теплоты сгорания.

Согласно другому варианту осуществления, способ дополнительно предусматривает подстадию управления информацией, при этом подстадия управления информацией предусматривает:

Хранение параметров сырья, полученных в упомянутом модуле экспресс-анализа свойств сырья;

Установление и хранение соответствия различных типов газогенераторов и соответствующих им эксплуатационных характеристик;

Установление и хранение соответствия прогнозов характеристик плавления золы и характеристик образования суспензии, а также соответствующих им добавок;

Установление и хранение однозначно установленного соответствия между типами газогенераторов, сырья, эксплуатационными характеристиками газогенераторов и свойствами шлака.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает:

Установление функциональной связи между параметрами смешанного сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака, прогнозирование соответствующих свойств шлака согласно смешанному сырью в полученной схеме смешивания при оптимальных технико-экономических показателях и эксплуатационных характеристиках газогенератора, а также оценка правильности или неправильности полученных свойств шлака.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает: сопоставление полученных свойств шлака и ранее сохраненных свойств шлака в случае, если полученные свойства шлака оценены как неправильные, и получение соответствующих параметров (параметра), при которых получены неправильные свойства шлака, согласно установленному соответствию между ранее сохраненными свойствами шлака и типами газогенераторов, сырья и эксплуатационными характеристиками газогенератора.

Упомянутые выше технические решения настоящего изобретения составляют систему искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации с полным процессом жизненного цикла системы смешивания путем получения параметров (параметра) при помощи экспресс-анализа сырья, прогнозирования параметров (параметра) смешанного сырья при помощи созданной модели прогнозирования, исходя из полученных параметров (параметра) сырья, и оптимизации схемы смешивания при помощи созданной целевой функции, исходя из полученных параметров (параметра) смешанного сырья, и анализа технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания с целью получения оптимальной схемы смешивания; при помощи системы эффективно повышают эффективность и точность смешивания углей; осуществляют интеллектуальный и точный контроль над смешиванием сырья при газификации; могут эффективно снижать неблагоприятное влияние проблем со свойствами сырья на предприятии.

В частности, настоящее изобретение также предусматривает перечисленные ниже технические решения:

Техническое решение 1. Система для смешивания сырья при газификации, при этом система отличается тем, что предусматривает:

подсистему смешивания сырья при газификации, при этом указанная подсистема для смешивания сырья при газификации предусматривает модуль экспресс-анализа свойств сырья, модуль прогноза свойств смешанного сырья, модуль оптимизации схемы смешивания, и модуль оценки технико-экономических показателей схемы смешивания;

упомянутый модуль экспресс-анализа свойств сырья предназначен для получения интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи и получения параметров сырья, исходя из упомянутой интенсивности линий характеристического спектра;

упомянутый модуль прогноза свойств смешанного сырья предназначен для создания модели прогнозирования, которая предусматривает прогнозирование параметров смешанного сырья при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из упомянутых параметров сырья и пропорций;

упомянутый модуль оптимизации схемы смешивания предназначен для создания модели оптимизации и получения оптимизированной схемы смешивания при помощи упомянутой модели оптимизации, исходя из упомянутых параметров смешанного сырья;

упомянутый модуль оценки технико-экономических показателей схемы смешивания предназначен для анализа технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания и вывода схемы смешивания с оптимальными технико-экономическими показателями.

Техническое решение 2. Система для смешивания сырья при газификации согласно техническому решению 1, при этом система также предусматривает подсистему стандартов свойств сырья, при этом упомянутая подсистема стандартов свойств сырья предусматривает модуль управления стандартами сырья для печи, при этом упомянутый модуль управления стандартами сырья для печи используют для установления и хранения соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующим им сырьем, с целью определения сырья для печи после того, как определен тип газогенератора.

Техническое решение 3. Система для смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 1-2, которая отличается тем, что упомянутые параметры смешанного сырья включают в себя основные свойства, характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и реакционную способность,

в предпочтительном варианте осуществления упомянутые основные свойства включают в себя параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр измельчаемости и параметр теплоты сгорания.

в еще более предпочтительном варианте осуществления, параметры смешанного сырья, спрогнозированные при помощи упомянутой модели прогнозирования, представляют собой параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр теплоты сгорания и, при необходимости, параметр характеристик плавления золы.

Техническое решение 4. Система для смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 1-3, которая отличается тем, что упомянутая система дополнительно предусматривает подсистему управления информацией, при этом упомянутая подсистема управления информацией предусматривает модуль управления информацией о сырье, модуль управления информацией о газогенераторе, модуль управления информацией о добавках и модуль управления информацией о шлаке газификации;

упомянутый модуль управления информацией о сырье предназначен для хранения параметров сырья, полученных в упомянутом модуле экспресс-анализа свойств сырья;

упомянутый модуль управления информацией о газогенераторе предназначен для установления и хранения соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующими им эксплуатационными характеристиками;

упомянутый модуль управления информацией о добавках предназначен для установления и хранения соответствия между прогнозом характеристик плавления золы и характеристик образования суспензии и соответствующими им добавками;

упомянутый модуль управления информацией о шлаке газификации предназначен для установления и хранения однозначного соответствия между типами газогенераторов, сырья, эксплуатационными характеристиками газогенераторов и свойствами шлака.

Техническое решение 5. Система смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 1-4, которая отличается тем, что упомянутая подсистема для смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает модуль раннего оповещения газогенератора, при этом упомянутый модуль раннего оповещения газогенератора предназначен для установления функциональной связи между параметрами смешанного сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака, и для прогнозирования соответствующих свойств шлака согласно смешанному сырью в полученной схеме смешивания при оптимальных технико-экономических показателях и эксплуатационных характеристиках газогенератора, а также для оценки правильности или неправильности полученных свойств шлака.

Техническое решение 6. Система смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 1-5, которая отличается тем, что упомянутый модуль раннего оповещения газогенератора все так же предназначен для сопоставления полученных свойств шлака и ранее сохраненных свойств шлака в случае, если полученные свойства шлака оценены как неправильные, и получения соответствующих параметров (параметра), при которых получены неправильные свойства шлака, согласно установленному соответствию между ранее сохраненными свойствами шлака и типами газогенераторов, сырья и эксплуатационными характеристиками газогенератора.

Техническое решение 7. Система смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 1-6, которая отличается тем, что упомянутый модуль прогноза свойств смешанного сырья предназначен для создания модели прогнозирования, которая дополнительно предусматривает: прогнозирование параметра (параметров) при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из упомянутых параметров сырья, пропорции (пропорций), связанной влаги M_ad, показателя HGI измельчаемости и удельной площади поверхности S_BET и, при необходимости, информации о добавках, при этом прогнозируемые параметры (параметр) смешанного сырья включают в себя характеристику образования суспензии для смешанного сырья и реакционную способность смешанного сырья и, при необходимости, характеристику плавления золы.

Техническое решение 8. Способ смешивания сырья при газификации, который отличается тем, что предусматривает подстадию смешивания сырья при газификации, при этом упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации предусматривает:

получение интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи и получение параметров сырья, исходя из упомянутой интенсивности линий характеристического спектра;

создание модели прогнозирования, которая предусматривает прогнозирование параметров смешанного сырья при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из параметров сырья и пропорций сырья;

создание модели оптимизации и получения оптимизированной схемы смешивания при помощи упомянутой модели оптимизации, исходя из упомянутых параметров смешанного сырья;

анализ технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания и выдачу схемы смешивания с оптимальными технико-экономическими показателями.

Техническое решение 9. Способ смешивания сырья при газификации согласно техническому решению 8, который отличается тем, что способ дополнительно предусматривает подстадию стандарта свойств сырья, при этом подстадия стандарта свойств сырья предусматривает:

Установление и хранения соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующим им сырьем с целью определения сырья для печи после того, как определен тип газогенератора.

Техническое решение 10. Способ смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 8-9, которая отличается тем, что упомянутые параметры смешанного сырья включают в себя основные свойства, характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и характеристики реакционной способности,

в предпочтительном варианте осуществления упомянутые основные свойства включают в себя параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр измельчаемости и параметр теплоты сгорания.

в еще более предпочтительном варианте осуществления, параметры смешанного сырья, спрогнозированные при помощи упомянутой модели прогнозирования, представляют собой параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр теплоты сгорания и, при необходимости, параметр характеристик плавления золы.

Техническое решение 11. Способ смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 8-10, который отличается тем, что способ дополнительно предусматривает подстадию управления информацией, при этом подстадия управления информацией предусматривает:

хранение параметров сырья, полученных в упомянутом модуле экспресс-анализа свойств сырья;

установление и хранение соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующими им эксплуатационными характеристиками;

установление и хранение соответствия между прогнозом характеристик плавления золы и характеристик образования суспензии и соответствующими им добавками;

установление и хранение однозначного соответствия между типами газогенераторов, сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака.

Техническое решение 12. Способ смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 8-11, который отличается тем, что упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает:

установление функциональной связи между параметрами смешанного сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака, прогнозирование соответствующих свойств шлака согласно смешанному сырью из полученной схемы смешивания при оптимальных технико-экономических показателях и эксплуатационных характеристиках газогенератора, а также оценку правильности или неправильности полученных свойств шлака.

Техническое решение 13. Способ смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 8-12, который отличается тем, что упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает:

сравнение полученных свойств шлака и ранее сохраненных свойств шлака в случае, если полученные свойства шлака оценены как неправильные, и получение соответствующих параметров (параметра), при которых получены неправильные свойства шлака, согласно соответствию между ранее сохраненными свойствами шлака и типами газогенераторов, сырья и эксплуатационными характеристиками газогенератора.

Техническое решение 14. Способ смешивания сырья при газификации согласно любому из технических решений 8-13, который отличается

Созданием модели прогнозирования, которая дополнительно предусматривает: прогнозирование параметра (параметров) смешанного сырья при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из упомянутых параметров смешанного сырья, пропорции (пропорций) смешанного сырья, связанной влаги M_ad, показателя HGI измельчаемости и удельной площади поверхности S_BET и, при необходимости, информации о добавках, при этом прогнозируемые параметры (параметр) смешанного сырья включают в себя характеристику образования суспензии для смешанного сырья и реакционную способность смешанного сырья и, при необходимости, характеристику плавления золы.

Дополнительные признаки и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения подробно описаны в следующем ниже разделе «Подробное раскрытие настоящего изобретения».

Краткое описание фигур

Прилагаемые чертежи предназначены для того, чтобы обеспечить более глубокое понимание вариантов осуществления настоящего изобретения, и составляют часть описания изобретения, и вместе со следующим ниже разделом «Подробное раскрытие настоящего изобретения» их используют для пояснения вариантов осуществления настоящего изобретения, но не ограничивают варианты осуществления настоящего изобретения. На прилагаемых чертежах представлено следующее:

На фиг. 1 представлена блок-схема структуры системы искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 представлены следующие блоки:

А1: Система искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации

А2: Подсистема стандартов свойств сырья

A3: Модуль управления стандартом сырья для печи

А4: Подсистема смешивания сырья при газификации

А5: Модуль экспресс-анализа свойств сырья

А6: Модуль прогноза свойств смешанного сырья

А7: Модуль оптимизации схемы смешивания

А8: Модуль оценки технико-экономических показателей схемы смешивания

А9: Подсистема управления информацией

А10: Модуль управления информацией о сырье

А11: Модуль управления информацией о газогенераторе

А12: Модуль управления информацией о добавках

А13: Модуль управления информацией о шлаке газификации

На фиг. 2 представлена схема последовательности операций в системе искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации одному варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 представлены следующие блоки:

B1. Определение типа газогенератора

B2. Выбор сырья для смешивания

B3. Прогнозирование свойств смешанного сырья

B4. Оптимизация схемы смешивания

B5. Оценка технико-экономических показателей схемы смешивания

B6. Раннее оповещение и диагностика проблем с газогенератором

B7. Подсистема стандартов свойств сырья

B8. Подсистема смешивания сырья при газификации

B9. Модуль прогноза свойств смешанного сырья

В10. Модуль оптимизации схемы смешивания

В11. Модуль оценки технико-экономических показателей схемы смешивания

B12. Модель раннего оповещения газогенератора

B13. Подсистема управления информацией

B14. Модуль управления информацией о сырье

B15. Модуль управления информацией о добавках

B16. Модуль управления информацией о газогенераторе

B17. Модуль управления информацией о шлаке газификации

B18. Требование газогенератора к сырью

B19. Параметры сырья

B20. Параметры смешанного сырья

B21. Целевая функция

B22. Ограничивающее условие

B23. Функция ограничений

B24. Верхний и нижний предел ограничений

B25. Эксплуатационные характеристики газогенератора

B26. Осуществимая схема смешивания

B27. Альтернативная схема смешивания

B28. Экономические показатели отвечают требованию?

B29. Оптимальная схема смешивания

B30. При прогнозировании возникают проблемы?

B31. Оптимальная схема смешивания

На фиг. 3 представлена принципиальная технологическая схема интеллектуального способа смешивания сырья при газификации одному варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3 представлены следующие блоки:

С1: Получение интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи и получение параметров сырья, исходя из упомянутой интенсивности линий характеристического спектра

С2: Создание модели прогнозирования, прогнозирование параметров смешанного сырья при помощи модели прогнозирования, исходя из параметров сырья и пропорций сырья

С3: Создание модели оптимизации и получение оптимизированной схемы смешивания при помощи упомянутой модели оптимизации, исходя из упомянутых параметров смешанного сырья

С4: Анализ технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания и вывод схемы смешивания с оптимальными технико-экономическими показателями

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Конкретные примеры вариантов осуществления настоящего изобретения ниже будут рассмотрены подробно, со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует понимать, что конкретные варианты осуществления, описанные в настоящем документе, использованы только для иллюстрации и пояснения настоящего изобретения, и не предназначены для ограничения настоящего изобретения.

В вариантах осуществления настоящего изобретения термины «содержит», «включает в себя» и любые другие их варианты предназначены для обозначения неисключающего включения, так что процесс, способ, продукт или устройство, содержащее несколько элементов, содержит не только эти элементы, но также и другие элементы, которые не указаны явным образом, или элементы, неотделимые от такого процесса, способа, продукта или устройства. Без дополнительных ограничений элемент, определенный выражением «содержит…» не исключает присутствия другого идентичного элемента в процессе, способе, продукте или устройстве, содержащем упомянутый элемент.

Как видно из фиг. 1 и фиг. 2, согласно первому аспекту настоящего изобретения, предусмотрена система искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации, которая содержит:

Подсистему смешивания сырья при газификации, при этом указанная подсистема для смешивания сырья при газификации предусматривает модуль экспресс-анализа свойств сырья, модуль прогноза свойств смешанного сырья, модуль оптимизации схемы смешивания, и модуль оценки экономических показателей схемы смешивания;

Упомянутый модуль экспресс-анализа свойств сырья предназначен для получения интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи и получения параметров сырья согласно упомянутой интенсивности линий характеристического спектра;

Упомянутый модуль прогноза свойств смешанного сырья предназначен для создания модели прогнозирования, которая предусматривает прогнозирование параметров смешанного сырья при помощи упомянутой модели прогнозирования согласно упомянутым параметрам сырья и пропорциям сырья;

Упомянутый модуль оптимизации схемы смешивания предназначен для создания модели оптимизации и получения оптимизированной схемы смешивания при помощи упомянутой модели оптимизации согласно упомянутым параметрам смешанного сырья;

Упомянутый модуль оценки экономических показателей схемы смешивания предназначен для анализа технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания и выдачи схемы смешивания с оптимальными технико-экономическими показателями.

Таким образом, упомянутое выше техническое решение настоящего изобретения создает систему искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации с полным процессом жизненного цикла системы смешивания путем получения параметров (параметра) сырья при помощи экспресс-анализа сырья, прогноза параметров (параметра) смешанного сырья при помощи созданной модели прогнозирования, исходя из полученных параметров (параметра) сырья и предварительно заданной пропорции (пропорций), и оптимизации схемы смешивания при помощи созданной модели оптимизации, исходя из полученных параметров (параметра) смешанного сырья, и анализа технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания с целью получения оптимальной схемы смешивания; система позволяет эффективно повышать эффективность и точность смешивания углей; осуществлять интеллектуальный и точный контроль над смешиванием углей при газификации путем создания модели прогнозирования качества углей для смешивания углей при помощи компьютерной технологии; может эффективно снижать неблагоприятное влияние проблем со свойствами сырья на предприятие.

В частности, устойчивая работа газогенератора тесно связана со свойствами сырья для печей. Для поддержания устойчивой работы газогенератора необходимо строго ограничивать сырье для печи. Различные отдельные виды сырья имеют разные характеристики. Для удовлетворения требований газификации сырье для печей обычно формируют путем смешивания нескольких отдельных видов сырья, и поэтому схема смешивания сырья для печей имеет особое значение. Согласно этому варианту осуществления, отдельный вид сырья может представлять собой углеродистое сырье, например, уголь, полукокс, нефтяной кокс, биомассу, шлам, нефтешлам и углеродсодержащие отходы. В силу таких недостатков, как низкая скорость анализа и трудоемкость процедур, независимый анализ, обычно используемый в настоящее время для анализа состава угля, не может предоставлять операторам контрольные данные в режиме реального времени, и при помощи независимого анализа трудно удовлетворить потребности промышленного производства. Для получения интенсивности линий характеристического спектра исследуемого образца, в этом варианте осуществления используют лазерно-искровую эмиссионную спектрометрию (LIBS). Технология лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии заключается в том, что импульсный оптический квантовый генератор с высокой интенсивностью импульсов фокусируют на образце, облучают его, и при высокой температуре образец мгновенно испаряется с образованием плазмы, при этом плазма в возбужденном состоянии испускает различные лучи. Длина волны и интенсивность, соответствующие линиям спектра излучения плазмы, отражают, соответственно, составные элементы и их концентрацию в измеряемом объекте. Преимущества лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии заключаются в быстром обнаружении, высокой чувствительности, низкой стоимости и возможности анализировать несколько элементов одновременно. Модуль экспресс-анализа свойств сырья получает интенсивность линий характеристического спектра исследуемого сырья, полученную при помощи детектора LIBS, и существующие специальные алгоритмы, например, алгоритм нормализации спектра и алгоритм коррекции самопоглощения, применяют для вычисления и анализа интенсивности линий характеристического спектра с тем, чтобы получить параметры исследуемого сырья, и соответственно обнаруживают отдельные виды сырья, чтобы получить параметры каждого отдельного вида сырья. К ним относятся параметры сырья, в том числе, содержание углерода, водорода, серы и золообразующих элементов, зольность, объем летучих веществ и теплота сгорания.

Модуль прогноза свойств смешанного сырья создает модель прогнозирования, в которой параметры отдельных видов сырья и пропорции используют в качестве входных данных, а выходные данные представляют собой параметры смешанного сырья. В их числе, параметры смешанного сырья включают в себя основные свойства, характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и характеристики реакционной способности; основные характеристики включают в себя параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр измельчаемости и параметр теплоты сгорания. Согласно этому варианту осуществления, в модуле прогноза свойств смешанного сырья прогнозируют основные свойства, характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и характеристики реакционной способности смешанного сырья путем создания модели прогнозирования основных свойства, модели прогнозирования характеристик плавления золы, модели прогнозирования характеристик образования суспензии и модели прогнозирования характеристик реакционной способности, соответственно, при этом модель прогнозирования основных свойств создают, исходя из алгоритма линейного взвешенного суммирования; модель прогнозирования характеристик плавления золы, модель прогнозирования характеристик образования суспензии и модель прогнозирования характеристик реакционной способности создают на основе нейронной сети с обратным распространением; модели прогнозирования не ограничены указанными выше алгоритмами и их могут также создавать на основе других алгоритмов, например, сверточных нейронных сетей.

Модуль оптимизации схемы смешивания создает целевую функцию согласно потребности в схеме смешивания; количество целевых функций (функции) может быть равно одной или нескольким, и количество полученных осуществимых схем (схемы) смешивания может быть больше одной. Так, целевую функцию могут создавать, исходя из требований, например, самой низкой стоимости смешанного сырья, наибольшей теплоты сгорания, лучшей защиты окружающей среды и т.п.Определяют граничные условия, которым должно соответствовать смешанное сырье для газификации. Граничное условие означает ограничивающее условие при нахождении экстремального значения целевой функции. Согласно этому варианту осуществления, граничное условие представляет собой требование газогенератора к подаваемому в печь смешанному сырью, то есть, требования газогенератора к параметрам смешанного сырья и диапазонам изменения соответствующих параметров. Функциональная связь между параметрами отдельного вида сырья и пропорциями сырья получают при помощи модуля прогноза свойств смешанного сырья, и получают верхний и нижний пределы диапазона изменения параметров сырья для газогенератора с целью получения граничных условий целевой функции. Исходя из созданной целевой функции и учитывая граничные условия, создают модель оптимизации.

С одной стороны, посредством программы моделирования процесса модуль оценки технико-экономических показателей схемы смешивания может выполнять технико-экономический анализ по всем осуществимым схемам смешивания, которые получены путем оптимизации, и выбирать схему, для которой структура продукта пригодна и экономические показатели подходят в качестве оптимальной схемы смешивания согласно предварительно заданной цели, для осуществления онлайн регулирования пропорции смешивания в режиме реального времени. С другой стороны, путем настройки эксплуатационных характеристик газогенератора можно добиться оптимального влияния на структуру продукта и экономические показатели, а также обеспечить устойчивость работы. Кроме того, технико-экономический анализ осуществимой схемы приготовления смеси могут анализировать, исходя из реальной потребности, исходя из технологических условий газификации, в том числе, темпа подачи, расхода кислорода, объема добавки, температуры газификации, давления газификации и отношения связанного углерода в генераторном газе к углероду в сырье, и состав искусственного газа и стоимость сырья используют в качестве критериев оценки.

Согласно этому варианту осуществления, система также предусматривает подсистему стандартов свойств сырья, при этом упомянутая подсистема стандартов свойств сырья предусматривает модуль управления стандартами сырья для печи, при этом упомянутый модуль управления стандартами сырья для печи применяют для установления и хранения соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующим им сырьем, для определения сырья для печи после того, как определен тип газогенератора. У различных типов газогенераторов существуют разные требования к сырью для печи, например, газогенератор имеет другие требования к комбинации, пропорции и теплоте сгорания сырья для печи. Для устойчивой работы газогенератора сырье для печи должно отвечать требованиям газогенератора к сырью. Соответствие между различными типами газогенераторов и соответствующими им требованиями к сырью для печи предварительно устанавливают и сохраняют посредством модуля управления стандартами сырья для печи. При прогнозировании схемы смешивания сырья для печи это позволяет быстро обращаться к соответствующим требованиям к сырью для выбранного газогенератора для последующей стадий при прогнозировании схемы смешивания сырья для печи. Тем временем, можно быстро переключаться между различными газогенераторами и существенно повышать эффективность работы.

Система согласно этому варианту осуществления дополнительно предусматривает подсистему управления информацией, при этом упомянутая подсистема управления информацией предусматривает модуль управления информацией о сырье, модуль управления информацией о газогенераторе, модуль управления информацией о добавках и модуль управления информацией о шлаке газификации;

упомянутый модуль управления информацией о сырье предназначен для хранения параметров сырья, полученных в упомянутом модуле экспресс-анализа свойств сырья;

упомянутый модуль управления информацией о газогенераторе предназначен для установления и хранения соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующими им эксплуатационными характеристиками;

упомянутый модуль управления информацией о добавках предназначен для установления и хранения соответствия между прогнозом характеристик плавления золы и характеристик образования суспензии и соответствующими им добавками;

упомянутый модуль управления информацией о шлаке газификации предназначен для установления и хранения однозначного соответствия между типами газогенераторов, сырья, эксплуатационными характеристиками газогенераторов и свойствами шлака.

В частности, каждый раз после того, как модуль экспресс-анализа свойств сырья прогнозирует и выдает параметры сырья, полученные параметры сырья сохраняют в модуле управления информацией о сырье для удобства запроса и использования. Поскольку различные типы газогенераторов имеют различные эксплуатационные характеристики, для поддержания устойчивой работы газогенераторов необходимо регулировать газогенераторы в строгом соответствии с эксплуатационными характеристиками различных типов газогенераторов. Соответствие различных типов газогенераторов и отвечающих им эксплуатационных характеристик устанавливают заранее и сохраняют в модуле управления информацией о газогенераторе, так что соответствующие эксплуатационные характеристики газогенератора могут использовать после того, как модуль оценки экономических показателей схемы смешивания выдает оптимальную схему смешивания. Таким образом регулируют эксплуатационные характеристики газогенератора, чтобы обеспечить устойчивую работу газогенератора.

Поскольку в способах прогнозирования характеристик плавления золы необходимо добавлять соответствующую добавку к подаваемому сырью посредством модели прогнозирования характеристик плавления золы и прогнозирования характеристик образования суспензии посредством модели прогнозирования характеристик образования суспензии, таким образом заранее устанавливают соответствие между прогнозом характеристик плавления золы и характеристик образования суспензии и соответствующими добавками, и хранят в модуле управления информацией о добавках, чтобы добавки можно было точно и быстро добавлять во время прогнозирования характеристик плавления золы и прогнозирования характеристик образования суспензии.

В проектах газификации угля шлак газификации угля составляет значительную долю твердых отходов. Шлак газификации угля состоит из двух частей: крупного шлака и мелкого шлака. Состав золы связан с содержанием и составом угольной золы в сырье для газификации, способом газификации и т.п., и зола в основном содержит SiO₂, Al₂O₃, СаО, остаточный углерод и т.п. По составу золы газификации возможно определить соответствуют ли требованиям газогенератора сырье для печи, эксплуатационные характеристики и т.п. Путем заблаговременного установления и хранения свойств шлака, полученного из различных типов сырья при различных эксплуатационных характеристиках газогенератора, в модуле управления информацией о шлаке газификации, могут получать однозначное соответствие между типами газогенераторов, сырьем, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака. Таким образом, возможно определить, является ли полученный шлак газификации неправильным, используя предварительно сохраненные свойства шлака, и диагностировать причину неправильности согласно установленному соответствию.

Для обеспечения устойчивой работы газогенератора подсистема для смешивания сырья при газификации согласно этому варианту осуществления дополнительно предусматривает модуль раннего оповещения газогенератора, при этом упомянутый модуль раннего оповещения газогенератора предназначен для установления функциональной связи между параметрами смешанного сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака, и для прогнозирования соответствующих свойств шлака согласно смешанному сырью в полученной схеме смешивания при оптимальных технико-экономических показателях и эксплуатационным характеристикам газогенератора, а также для оценки правильности или неправильности полученных свойств шлака. Модуль раннего оповещения газогенератора создает модель прогнозирования свойств шлака на основе нейронной сети с обратным распространением (но не ограничиваясь нейронной сетью с обратным распространением). В модуле оптимизации схемы смешивания получают схему смешивания. Согласно видам сырья, смешиваемого в схеме смешивания, и соответствующим эксплуатационным характеристикам газогенератора, при помощи модели прогнозирования свойств шлака получают соответствующие свойства шлака. При помощи установленного соответствия в модуле управления информацией о шлаке газификации свойства шлака сопоставляют и сравнивают, и исходя из результатов сравнения, решают являются ли свойства шлака неправильными. Если полученные свойства шлака оценивают как неправильные, подают сигнал тревоги. Модуль раннего оповещения газогенератора сравнивает полученные свойства шлака с ранее сохраненными свойствами шлака, которые получены путем сопоставления, и согласно установленному соответствию между ранее сохраненными свойствами шлака и типами газогенераторов, сырья и эксплуатационными характеристиками газогенератора, получает соответствующие параметры, являющиеся причиной неправильности свойств шлака, тем самым выполняют диагностику процедуры газификации и находят источник проблемы. Если полученные свойства шлака неправильные, пропорции отдельных типов сырья регулируют согласно субоптимальному решению, полученному в модуле оптимизации схемы смешивания, и пропорции обновляют в модуле прогноза свойств смешанного сырья, при этом процессы прогнозирования параметров смешанного сырья, получение оптимизированной схемы смешивания, выполнение технико-экономической оценки, выдачу оптимальной схемы смешивания и прогнозирование и диагностику свойств шлака повторяют до тех пор, пока не будет получена схема смешивания с оптимальными свойствами шлака.

Ниже настоящий вариант осуществления проиллюстрирован на примере с конкретными данными:

Подготовка образцов

Образец угля с размером частиц менее 0,2 мм подготовили согласно стандарту GB-Т 474-2008 «Способ подготовки образцов угля» и образец золы подготовили согласно стандарту GB-T 1574-2007 «Метод анализа состава золы».

Основные свойства

В настоящем изобретении для промышленного анализа образца могут использовать промышленный анализатор TGA701, для элементного анализа образца могут использовать элементный анализатор VARIO Macro, для измерения теплоты сгорания могут использовать калориметр IKA С6000 с кислородной бомбой, и для изменения химического состава образца золы могут использовать рентгенофлуоресцентный спектрометр. Промышленный анализ угля также называли техническим анализом или практическим анализом, он включал в себя определение влажности, золы и летучего вещества в угле и расчет связанного углерода. Элементный анализ угля выполняли для определения содержания в угле пяти элементов: углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Согласно настоящему изобретению, лазерно-искровую эмиссионную спектрометрию могут также применять для определения параметров сырья, в том числе, содержания углерода, водорода, серы и золообразующих элементов, зольности, объема летучих веществ и теплоты сгорания.

Характеристики плавления золы

Согласно стандарту GB/T 219-2008 «Определение плавкости угольной золы», характеристические температуры (температура деформации DT, температура размягчения ST, температура образования полусфер НТ, температура растекания FT) определяли при помощи прибора CAF-5 для определения точки плавления золы компании Carbolite Company (UK). Сначала изготовили образец золы в виде треугольного конуса определенной формы и размера, поместили в высокотемпературную печь со слабой восстановительной атмосферой и нагревали с определенной скоростью нагрева. Изменения характеристик конуса из золы регистрировали во время нагревания при помощи камеры и анализировали при помощи программного обеспечения или наблюдали невооруженным глазом с целью получения характеристических температур плавления золы.

Способ измерения вязкостно-температурной характеристики золы описан в стандарте энергетической промышленности DL/T 660-2007 «Процедура испытания вязкости угольной золы при высоких температурах». Вязкостно-температурные характеристики образцов измеряли при помощи высокотемпературного ротационного вискозиметра RV DV-III компании Theta (США). Процедура испытания была следующей: 1) подготавливали угольную золу; 2) определяли температуры испытания согласно температуре растекания угольной золы или температуре полного достижения жидкой фазы; 3) предварительно расплавляли угольную золу в высокотемпературной печи и охлаждали для формирования блоков шлака для испытания; 4) блоки шлама помещали в испытательный тигель, вакуумировали в вакуумной трубке и вводили туда указанный газ; 5) температуру повышали до температуры измерения, и после того, как температура становилась постоянной, начинали испытание, скорость остывания составляла 1°С/мин; 6) когда значение вязкости становилось равным 300 Па⋅с и больше, испытания останавливали для получения зависимости вязкости образца золы от температуры.

Характеристики образования суспензии

Кажущуюся вязкость водоугольной суспензии измеряли при помощи измерителя вязкости водоугольной суспензии NXS-4C, разработанного Национальным научно-исследовательским центром технологий водоугольных суспензий совместно с Приборостроительным заводом г. Чэнду. Измеренную концентрацию водоугольной суспензии получали согласно стандарту GB/T 18856.2-2008 «Способы испытания водоугольных смесей. Часть 2: Определение процентного содержания твердых веществ». Текучесть водоугольной суспензии, оцененную путем визуальных наблюдений, разделили на четыре класса: А - непрерывный поток, В - полунепрерывный поток, С - прерывистый поток и D - отсутствие потока. Устойчивость водоугольной суспензии оценивали согласно стандарту GB/T 18856.5-2008 «Способы испытания водоугольных смесей. Часть 5: Определение устойчивости».

Реакционная способность при газификации

Характеристики реакционной способности образцов измеряли при помощи анализатора тепловых процессов типа STA449 F5 компании NETZSCH (Германия). Условия испытания: скорость нагрева 15°С/мин, диапазон нагрева 25-1400°С, в качестве защитного газа использовали N₂ высокой чистоты (99,999%), расход 20 мл/мин, атмосфера в печи - смесь СО₂ (99,999%) и N₂ (99,999%), расход 50 мл/мин. Кривую характеристик реакционной способности получали посредством испытаний, таким образом был получен показатель реакционной способности.

Было установлено, что газогенератор представляет собой газогенератор GE с водоугольной суспензией, и требования газогенератора GE с водоугольной суспензией к сырью для печи, которое использовали в модуле управления стандартами сырья для печи, были следующими: теплота сгорания >25,12 МДж⋅кг, связанная влага ≥8%, концентрация угольного шлама ≥60%, кажущаяся вязкость ≥1500 мПа⋅с, содержание золы ≥13% и температура плавления золы ≥1300°С. Согласно требованиям газогенератора GE с водоугольной суспензией к сырью для печи, а также условиям на месте, было определено, что сырье для печи было получено путем смешивания угля с полукоксом. Два отдельных вида сырья подвергли анализу свойств сырья при помощи модуля экспресс-анализа свойств сырья с целью получения параметров каждого из видов сырья, при этом параметры сырья включали в себя содержание углерода, водорода, серы, золообразующих элементов, зольность, объем летучих веществ и теплоту сгорания. Характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и характеристики реакционной способности сырья были получены посредством экспериментов в реальных условиях. Основные свойства и характеристики плавления золы для угля и полукокса приведены в таблице 1; характеристики образования суспензии угля и порошка полукокса приведены в таблице 2; характеристики реакционной способности угля и порошка полукокса приведены в таблице 3.

При помощи модуля прогноза свойств смешанного сырья создали модель прогнозирования основных свойств на основе алгоритма линейного взвешенного суммирования, и создали модель прогнозирования характеристик плавления золы, модель прогнозирования характеристик образования суспензии и модель прогнозирования характеристик реакционной способности на основе нейронной сети с обратным распространением. Путем использования параметров сырья, которые хранят в модуле управления информацией, создали наборы данных для обучения нейронной сети с обратным распространением.

На примере создания модели прогнозирования характеристик плавления золы, исходя из нейронной сети с обратным распространением, проиллюстрировано создание модели прогнозирования: было собрано 80 образцов сырья (таблица А), измерены основные свойства и характеристики плавления золы, и полученные экспериментальные данные использовали для создания модели прогнозирования, при этом 40 данных использовали для создания модели и 40 данных использовали для проверки эффективности модели прогнозирования. Нейронная сеть с обратным распространением имела трехслойную структуру сети. Входной слой включал в себя параметры отдельных типов сырья и пропорции, выходной слой включал в себя параметры смешанного сырья. Для оптимизации весов и пороговых значений нейронной сети с обратным распространением использовали алгоритм обратного распространения погрешности. Нейроны скрытого слоя в основном использовали сигмоидальные передаточные функции (как, например, «tansig» в Matlab), а нейроны выходного слоя в основном использовали линейные передаточные функции (как, например, «purelin» в Matlab). Результаты показали, что спрогнозированные в модели значения хорошо согласуются с измеренными значениями.

Параметры сырья были взяты в качестве входных данных, а параметры смешанного сырья прогнозировали при помощи модели прогнозирования основных свойств, модели прогнозирования характеристик плавления золы, модели прогнозирования характеристик образования суспензии и модели прогнозирования характеристик реакционной способности, соответственно.

В этом примере, где целью была наименьшая стоимость смешанных видов сырья, целевую функцию создали при помощи модуля оценки экономических показателей схемы смешивания:

minP=500X₁+200X₂,

где цены на порошки угля и полукокса составляли 500 юаней/т и 200 юаней/т, соответственно, и граничные условия для целевой функции определяли следующим образом:

пропорции смешивания порошка полукокса: 0≤Х₂≤5%,

теплота сгорания смешанного сырья:

ограничение на теплоту сгорания: Q_net,ad,X≥25,12,

характеристики плавления золы от смешанного сырья:

FT=f_FT(SiO₂,Al₂O₃,CaO,Fe₂O₃,MgO,Na₂O,TiO₂,SO₃),

ограничения на характеристики плавления золы: FT≤1300,

зола от смешанного сырья:

ограничение на золу: A_ad,X≤13,

влажность смешанного сырья:

ограничение на влажность: M_ad,X≤8,

характеристики образования суспензии из смешанного сырья: D=f_D(M_ad, HGI, O_ad),

реакционная способность смешанного сырья: R=f_R(C_d,A_d,CaO,Fe₂O₃,MgO,Na₂O,V_daf,S_BET),

где M_ad - связанная влага, HGI - показатель измельчаемости, O_ad - содержание кислорода, C_d - содержание углерода, Ad - содержание золы, Cao, Fe₂O₃, MgO и Na₂O -содержания перечисленных оксидов, соответственно, V_daf - содержание летучих веществ, S_BET - удельная площадь поверхности, при этом способ измерения связанной влаги M_ad можно отнести к стандарту GB2565-2014, способ измерения показателя измельчаемости HGI можно отнести к стандарту GB/T 212-2008, способ измерения удельной площади поверхности S_BET можно отнести к стандарту GB/T 19587-2017, а остальное можно получить из параметров сырья.

В качестве входных данных были взяты целевая функция и граничные условия, в качестве выходного данного была взята пропорция, при этом оптимальное соотношение компонент в смеси угля, полученное посредством модели оптимизации, созданной на основе генетического алгоритма, было следующим: 97% угля и 3% порошка полукокса, стоимость составила 491 юань/т. Как правило, генетический алгоритм посредством способа штрафной функции преобразует задачу с ограничениями в задачу без ограничений. Согласно этому варианту осуществления, параметры сырья были отдельными значениями из множества, и множество было разделено на несколько подмножеств согласно значению пригодности отдельных значений, оптимальное решение было получено посредством операций выбора, кроссинговера и мутации в циклическом режиме. Генетический алгоритм представляет собой предшествующий уровень техники и конкретная процедура генетического алгоритма в настоящем документе не описана.

Программное обеспечение процедуры моделирования вызывали из модуля оценки экономических показателей схемы смешивания с целью моделирования газификации по полученной схеме смешивания и технико-экономической оценки. Результат моделирования газификации представлен в таблице 4, а результат технико-экономической оценки представлен в таблице 5.

Выполняли оценку соответствия или несоответствия текущей схемы смешивания требованиям экономической оценки. В случае соответствия текущую схему смешивания использовали в качестве оптимальной схемы смешивания; в противном случае экономическую оценку проводили на альтернативной осуществимой схеме смешивания до тех пор, пока не получали оптимальную схему смешивания, при этом альтернативная осуществимая схема смешивания представляла собой субоптимальную схему, полученную на выходе целевой функции. Полученные свойства шлака прогнозировали при помощи модуля раннего оповещения газогенератора. Полученные свойства шлака сопоставляли и сравнивали при помощи установленного соответствия в модуле управления информацией о шлаке газификации. Модуль раннего оповещения газогенератора передал сигнал тревоги о том, что объемы остаточного углерода в крупнозернистом шлаке и мелкозернистом шлаке достигли верхнего предела. Оператор в модуле управления информацией о сырье выполнил сравнение схем смешивания, используя параметры сырья, и установленного соответствия, ранее сохраненного в модуле управления информацией о шлаке газификации, и таким образом диагностировал смешанное сырье. Так, в этом примере путем сравнения было обнаружено, что реакционная способность угля в использованном смешанном сырье была относительно низкой, была диагностировано, что возможная причина заключается в том, что содержание углерода в остатках после газификации было относительно высоким, поэтому отдельные виды сырья в пропорции были обновлены при помощи модуля прогноза свойств смешанного сырья, содержание угля в смешанном сырье было снижено, и описанную выше процедуру повторяли до тех пор, пока не была окончательно решена проблема относительно высокого содержания углерода в остатках после газификации, и не была получена оптимальная схема смешивания.

Как видно из фиг. 3, второй аспект настоящего изобретения предусматривает интеллектуальный способ смешивания сырья при газификации, включающий в себя подстадию смешивания сырья при газификации, при этом упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации предусматривает:

получение интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи и получение параметров сырья, исходя из упомянутой интенсивности линий характеристического спектра;

создание модели прогнозирования, которая предусматривает прогнозирование параметров смешанного сырья при помощи этой модели прогнозирования согласно параметрам и пропорциям сырья;

создание модели оптимизации и получение оптимизированной схемы смешивания при помощи этой модели оптимизации согласно параметрам смешанного сырья;

анализ технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания и выдачу схемы смешивания с оптимальными технико-экономическими показателями.

Согласно другому варианту осуществления, способ дополнительно предусматривает подстадию стандартов свойств сырья, при этом подстадия стандартов свойств сырья предусматривает:

Установление и хранения соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующим им сырьем с целью определения сырья для печи после того, как определен тип газогенератора.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутые параметры смешанного сырья включают в себя основные свойства, характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и реакционную способность.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутые основные свойства включают в себя параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр измельчаемости и параметр теплоты сгорания.

Согласно другому варианту осуществления, способ дополнительно предусматривает подстадию управления информацией, при этом подстадия управления информацией предусматривает:

хранение параметров сырья, полученных в упомянутом модуле экспресс-анализа свойств сырья;

установление и хранение соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующими им эксплуатационными характеристиками;

установление и хранение соответствия между прогнозом характеристик плавления золы и характеристик образования суспензии и соответствующими им добавками;

установление и хранение однозначного соответствия между типами газогенераторов, сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает:

установление функциональной связи между параметрами смешанного сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака, прогнозирование соответствующих свойств шлака согласно смешанному сырью из полученной схемы смешивания при оптимальных технико-экономических показателях и эксплуатационных характеристиках газогенератора, а также оценку правильности или неправильности полученных свойств шлака.

Согласно другому варианту осуществления, упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает: сопоставление полученных свойств шлака и ранее сохраненных свойств шлака в случае, если полученные свойства шлака оценены как неправильные, и получение соответствующих параметров (параметра), при которых получены неправильные свойства шлака, согласно соответствию между ранее сохраненными свойствами шлака и типами газогенераторов, сырья и эксплуатационными характеристиками газогенератора.

Упомянутые выше технические решения настоящего изобретения составляют систему искусственного интеллекта для смешивания сырья при газификации с полным процессом жизненного цикла системы смешивания путем получения параметров (параметра) при помощи экспресс-анализа сырья, прогнозирования параметров (параметр) смешанного сырья при помощи созданной модели прогнозирования, исходя из полученных параметров (параметра) сырья, и оптимизации схемы смешивания при помощи созданной целевой функции, исходя из полученных параметров (параметра) смешанного сырья, и анализа технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания с целью получения оптимальной схемы смешивания, которая эффективно повышает эффективность и точность смешивания углей; осуществляют интеллектуальный и точный контроль над смешиванием сырья при газификации; и могут эффективно снижать неблагоприятное влияние проблем со свойствами сырья на предприятии.

Настоящее изобретение описано со ссылкой на блок-схему и/или структурную схему способа, устройства (системы) и компьютерного программного продукта согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что каждый блок и/или элемент на блок-схеме и/или структурной схеме и сочетание блока (блоков) и/или элемента (элементов) в блок-схеме и/или структурной схеме могут осуществлять при помощи команд компьютерной программы. Эти команды компьютерной программы могут отдавать процессору компьютера общего назначения, встроенному процессору или другому программируемому устройству для обработки данных для создания машины таким образом, что инструкции, выполняемые процессором компьютера или другого программируемого устройства для обработки данных, создают устройство для осуществления функций, указанных в одном или нескольких блоках блок-схемы и/или одном или нескольких элементах структурной схемы.

Эти команды компьютерной программы могут также хранить в машиночитаемом запоминающем устройстве, которое способно приводить компьютер или другое программируемое устройство обработки данных в состояние функционирования определенным образом, так что команды, хранящиеся в машиночитаемом запоминающем устройстве, создают способ производства, который содержит командное устройство, при этом командное устройство осуществляет функции, указанные в одном или нескольких блоках блок-схемы и/или одном или нескольких элементах структурной схемы.

Эти команды компьютерной программы могут также загружать на компьютер или другое программируемое устройств для обработки данных с тем, чтобы на компьютере или другом программируемом устройстве для обработки данных был выполнен ряд рабочих стадий с целью выполнения компьютерной обработки, так что команды, выполненные на компьютере или другом программируемом устройстве для обработки информации обеспечивают стадии для осуществления функций, указанных в одном или нескольких блоках блок-схемы и/или одном или нескольких элементах структурной схемы.

Выше подробно, со ссылкой на прилагаемые чертежи, были описаны варианты осуществления настоящего изобретения. Однако варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены конкретными деталями упомянутых выше вариантов осуществления. В технические решения вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть внесены различные простые изменения в пределах объема технической концепции вариантов осуществления настоящего изобретения, и все эти простые изменения входят в объем патентной охраны настоящего изобретения.

Кроме того, следует отметить, что каждый конкретный технический признак, описанный в приведенном выше подробном раскрытии настоящего изобретения могут сочетать любым подходящим образом при условии отсутствия противоречий. Во избежание ненужных повторений, различные возможные сочетания не описаны в подробном раскрытии настоящего изобретения.

Специалистам в данной области техники понятно, что все или часть стадий в способе реализации описанных выше вариантов осуществления могут быть выполнены путем подачи команд соответствующему аппаратному обеспечению посредством программы, и программу хранят на запоминающем устройстве, и она содержит несколько команд при подаче которых однокристальный микрокомпьютер, микросхема или процессор выполняют все или часть стадий способов различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Упомянутое выше запоминающее устройство предусматривает U-диск, внешний жесткий диск, постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативную память (RAM), магнитный диск или оптический диск и другие носители, на которых могут хранить программные коды.

Claims (39)

1. Система для смешивания сырья при газификации, при этом система отличается тем, что предусматривает:

подсистему смешивания сырья при газификации, при этом указанная подсистема для смешивания сырья при газификации предусматривает модуль экспресс-анализа свойств сырья, модуль прогноза свойств смешанного сырья, модуль оптимизации схемы смешивания, и модуль оценки технико-экономических показателей схемы смешивания;

упомянутый модуль экспресс-анализа свойств сырья предназначен для получения интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи и получения параметров сырья, исходя из упомянутой интенсивности линий характеристического спектра;

упомянутый модуль прогноза свойств смешанного сырья предназначен для создания модели прогнозирования, которая предусматривает прогнозирование параметров смешанного сырья при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из упомянутых параметров сырья и пропорций сырья;

упомянутый модуль оптимизации схемы смешивания предназначен для создания модели оптимизации и получения оптимизированной схемы смешивания при помощи упомянутой модели оптимизации, исходя из упомянутых параметров смешанного сырья;

упомянутый модуль оценки экономических показателей схемы смешивания предназначен для анализа технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания и выдачи схемы смешивания с оптимальными технико-экономическими показателями, причем

упомянутая система дополнительно предусматривает подсистему управления информацией, при этом упомянутая подсистема управления информацией предусматривает модуль управления информацией о сырье, модуль управления информацией о газогенераторе, модуль управления информацией о добавках и модуль управления информацией о шлаке газификации;

упомянутый модуль управления информацией о сырье предназначен для хранения параметров сырья, полученных в упомянутом модуле экспресс-анализа свойств сырья;

упомянутый модуль управления информацией о газогенераторе предназначен для установления и хранения соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующими им эксплуатационными характеристиками;

упомянутый модуль управления информацией о добавках предназначен для установления и хранения соответствия между прогнозом характеристик плавления золы и характеристик образования суспензии и соответствующими им добавками;

упомянутый модуль управления информацией о шлаке газификации предназначен для установления и хранения однозначного соответствия между типами газогенераторов, сырья, эксплуатационными характеристиками газогенераторов и свойствами шлака.

2. Система для смешивания сырья при газификации по п. 1, которая отличается тем, что система также предусматривает подсистему стандартов свойств сырья, при этом упомянутая подсистема стандартов свойств сырья предусматривает модуль управления стандартами сырья для печи, при этом упомянутый модуль управления стандартами сырья для печи применяют для установления и хранения соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующим им сырьем, чтобы определять сырье для печи после того, как определен тип газогенератора.

3. Система для смешивания сырья при газификации по п. 1, которая отличается тем, что упомянутые параметры смешанного сырья включают в себя основные свойства, характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и реакционную способность,

в предпочтительном варианте осуществления упомянутые основные свойства включают в себя параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр измельчаемости и параметр теплоты сгорания,

в еще более предпочтительном варианте осуществления, параметры смешанного сырья, спрогнозированные при помощи упомянутой модели прогнозирования, представляют собой параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр теплоты сгорания и, при необходимости, параметр характеристик плавления золы.

4. Система смешивания сырья при газификации по п. 1, которая отличается тем, что упомянутая подсистема для смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает модуль раннего оповещения газогенератора, при этом упомянутый модуль раннего оповещения газогенератора предназначен для установления функциональной связи между параметрами смешанного сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака, и для прогнозирования соответствующих свойств шлака согласно смешанному сырью в полученной схеме смешивания при оптимальной технической экономичности и эксплуатационных характеристиках газогенератора, а также оценки правильности или неправильности полученных свойств шлака.

5. Система смешивания веществ при газификации по п. 4, которая отличается тем, что упомянутый модуль раннего оповещения газогенератора всё так же предназначен для сопоставления полученных свойств шлака и ранее сохраненных свойств шлака в случае, если полученные свойства шлака оценены как неправильные, и получение соответствующих параметров (параметра), при которых получены неправильные свойства шлака, согласно соответствию между ранее сохраненными свойствами шлака и типами газогенераторов, сырьем и эксплуатационными характеристиками газогенератора.

6. Система смешивания сырья при газификации по п. 1, которая отличается тем, что упомянутый модуль прогноза свойств смешанного сырья предназначен для создания модели прогнозирования, которая дополнительно предусматривает: прогнозирование параметра (параметров) при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из упомянутых параметров сырья, пропорции (пропорций), связанной влаги M_ad, показателя HGI измельчаемости и удельной площади поверхности S_BET и, при необходимости, информации о добавках, при этом прогнозируемые параметры (параметр) смешанного сырья включают в себя характеристику образования суспензии для смешанного сырья и реакционную способность смешанного сырья и, при необходимости, характеристику плавления золы.

7. Способ смешивания сырья при газификации, который отличается тем, что предусматривает подстадию смешивания сырья при газификации, при этом упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации предусматривает:

получение интенсивности линий характеристического спектра сырья для печи и получение параметров сырья, исходя из упомянутой интенсивности линий характеристического спектра;

создание модели прогнозирования, которая предусматривает прогнозирование параметров смешанного сырья при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из параметров сырья и пропорций сырья;

создание модели оптимизации и получения оптимизированной схемы смешивания при помощи упомянутой модели оптимизации, исходя из упомянутых параметров смешанного сырья;

анализ технико-экономических показателей оптимизированной схемы смешивания и выдачу схемы смешивания с оптимальными технико-экономическими показателями, причем

способ дополнительно предусматривает подстадию управления информацией, при этом подстадия управления информацией предусматривает:

хранение параметров сырья, полученных в упомянутом модуле экспресс-анализа свойств сырья;

установление и хранение соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующими им эксплуатационными характеристиками;

установление и хранение соответствия между прогнозом характеристик плавления золы и характеристик образования суспензии и соответствующими им добавками;

установление и хранение однозначного соответствия между типами газогенераторов, сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака.

8. Способ смешивания сырья при газификации по п. 7, который отличается тем, что способ дополнительно предусматривает подстадию стандартов свойств сырья, при этом подстадия стандартов свойств сырья предусматривает:

установление и хранение соответствия между различными типами газогенераторов и соответствующим им сырьем, чтобы определять сырье для печи после того, как определен тип газогенератора.

9. Способ смешивания сырья при газификации по п. 7, который отличается тем, что упомянутые параметры смешанного сырья включают в себя основные свойства, характеристики плавления золы, характеристики образования суспензии и характеристики реакционной способности,

в предпочтительном варианте осуществления упомянутые основные свойства включают в себя параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр измельчаемости и параметр теплоты сгорания,

в еще более предпочтительном варианте осуществления, параметры смешанного сырья, спрогнозированные при помощи упомянутой модели прогнозирования, представляют собой параметр промышленного анализа, параметр элементного анализа, параметр теплоты сгорания и, при необходимости, параметр характеристик плавления золы.

10. Способ смешивания сырья при газификации по п. 7, который отличается тем, что упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает:

установление функциональной связи между параметрами смешанного сырья, эксплуатационными характеристиками газогенератора и свойствами шлака, прогнозирование соответствующих свойств шлака согласно смешанному сырью из полученной схемы смешивания при оптимальных технико-экономических показателях и эксплуатационных характеристиках газогенератора, а также оценку правильности или неправильности полученных свойств шлака.

11. Способ смешивания сырья при газификации по п. 10, который отличается тем, что упомянутая подстадия смешивания сырья при газификации дополнительно предусматривает:

сопоставление полученных свойств шлака и ранее сохраненных свойств шлака в случае, если полученные свойства шлака оценены как неправильные, и получение соответствующих параметров (параметра), при которых получены неправильные свойства шлака, согласно соответствию между ранее сохраненными свойствами шлака и типами газогенераторов, сырья и эксплуатационными характеристиками газогенератора.

12. Способ смешивания сырья при газификации по п. 7, который отличается

созданием модели прогнозирования, которая дополнительно предусматривает: прогнозирование параметра (параметров) смешанного сырья при помощи упомянутой модели прогнозирования, исходя из упомянутых параметров сырья, пропорции (пропорций), связанной влаги M_ad, показателя HGI измельчаемости и удельной площади поверхности S_BET и, при необходимости, информации о добавках, при этом прогнозируемые параметры (параметр) смешанного сырья включают в себя характеристику образования суспензии для смешанного сырья и реакционную способность смешанного сырья и, при необходимости, характеристику плавления золы.