一种链篦机-回转窑-环冷机三位一体的球团生产优化方法技术

本发明专利技术公开了一种链篦机-回转窑-环冷机三位一体的球团生产优化方法，基于单个设备内部以及三个设备之间的物料与热量交换，采用数学模型与专家控制相结合的技术，在线优化链篦机、回转窑和环冷机的热量供应与热量分配。数学模型是三位一体的传热传质模型，其构建考虑了链篦机模型、回转窑模型和环冷机模型的耦合关系，将传热传质模型应用到球团生产过程中，使得生产过程透明化，采用专家控制规则库对生产过程进行参数控制，有利于优化生产过程。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，基于单个设备内部以及三个设备之间的物料与热量交换，采用数学模型与专家控制相结合的技术，在线优化链篦机、回转窑和环冷机的热量供应与热量分配。数学模型是三位一体的传热传质模型，其构建考虑了链篦机模型、回转窑模型和环冷机模型的耦合关系，将传热传质模型应用到球团生产过程中，使得生产过程透明化，采用专家控制规则库对生产过程进行参数控制，有利于优化生产过程。【专利说明】一种链篦机-回转窑-环冷机三位一体的球团生产优化方 法
本专利技术属于钢铁冶金领域，涉及一种链篦机-回转窑-环冷机三位一体的球团生 产优化方法。
技术介绍
随着钢铁产量的增长和高炉内球团矿使用比例的提高，我国球团矿产量持续上 升，2013年达1. 31亿t，占世界的32. 25%。目前，球团矿生产工艺分为竖炉、带式焙烧机和 链篦机-回转窑，链篦机-回转窑工艺原燃料适应性强、球团质量好、单机生产能力大、燃耗 低，并且能够适应我国以煤为主的能源结构等特点，2013年其产能约占我国球团总产量的 50%。链篦机-回转窑工艺中一般选取环冷机作为冷却设备，故下称链篦机-回转窑-环 冷机工艺。 链篦机-回转窑-环冷机球团生产过程是一个复杂化学反应的工业过程，该工艺 环节多、耦合性强且内部的状态参数检测困难，属于复杂的被控对象；同时，由于资源价格 波动较大，原燃料成份变化大，生球质量和相应的热工参数频繁变化，给系统的有效调控增 加了难度。现场的生产控制主要依靠手动操作和经验指导，具有很大不确定性，不利于球团 生产的高效稳定。关于链-回-环球团过程的控制与生产优化，目前的研宄报道主要针对 单一的链篦机或回转窑进行热工状况的模拟和控制，针对过程热平衡进行系统能耗优化， 或基于窑内火焰温度、球团矿指标等单一目标进行控制系统的设计。所开发的控制系统局 限于仿真和离线操作指导，而链篦机-回转窑-环冷机作为一个整体的优化控制未见报道， 技术上未能有效地结合数学模型与智能方法。 链篦机-回转窑-环冷机工艺的生产特点是球团的干燥-预热、焙烧和冷却过程 分别在三台不同的设备上进行，其中链篦机通常划分为鼓干段、抽干段、预热一段和预热二 段，环冷机则划分为三段，如图1所示。回转窑内煤粉的燃烧提供系统的主要热量，并通过 各设备间的热风循环实现热量的高效利用，环冷一段的热废气作为回转窑的热风，环冷二 段的热废气作为预热一段的热风，环冷三段的热废气则作为鼓干段的热风。要实现链篦 机-回转窑-环冷机三位一体的优化控制，控制规则的构建需充分考虑此工艺三位一体的 特点，明确三个设备之间状态参数与操作参数的相互关系。另一方面，此工艺属于相对封闭 的体系，很多内部参数无法直接测量，而如何实现基于传热传质和物化反应的在线过程模 拟，使生产过程直观透明，将十分有利于操作员对工况的掌握。
技术实现思路
本专利技术提供了，其目 的在于，基于球团生产设备之间的耦合关系，将传热传质模型应用到球团生产过程中，使得 生产过程透明化，采用专家控制规则库对生产过程进行参数控制，优化生产过程。 -种链篦机-回转窑-环冷机三位一体的球团生产优化方法，将链篦机、回转窑及 环冷机三台设备上的生产工艺过程视为一个整体，基于在线检测的生产参数，采用传热传 质数学模型在线计算三台设备内部的热工状态数据，基于热工状态数据，根据专家控制规 则在线调节生产过程热量供应和热量分配参数； 所述采用传热传质模型在线计算热工状态数据过程中，利用三台设备之间的耦合 关系，具体如下： 首先任意假设预热二段的烟罩温度，采用链篦机模型求算预热二段的排料温度， 并将此温度作为回转窑进料温度，通过回转窑模型求算此时的窑尾气体温度，当窑尾的气 体温度与预热二段烟罩温度相差超过第一设定阈值时，修正预热二段烟罩温度的假设值， 重新迭代，直至二者的差值在设定的第一温差范围内；同时，将回转窑的排料温度作为环冷 一段的进料温度，并采用环冷机模型求算环冷一段的烟罩温度，如果环冷一段烟罩温度与 窑头气体温度相差超过第二设定阈值时，修正环冷机模型的对流传热系数，直至二者的差 值在设定的第二温差范围内。 所述传热传质数学模型包括依次相连的链篦机模型、回转窑模型和环冷机模型， 其中链篦机模型如公式（1)?公式（2)所示，回转窑模型如公式（3)?公式（5)所示，环冷 机模型如公式（6)?公式（7)所示： 【权利要求】1. ，其特征在于，将链篦 机、回转窑及环冷机三台设备上的生产工艺过程视为一个整体，基于在线检测的生产参数， 采用传热传质数学模型在线计算三台设备内部的热工状态数据，基于热工状态数据，根据 专家控制规则在线调节生产过程热量供应和热量分配参数； 所述采用传热传质模型在线计算热工状态数据过程中，利用三台设备之间的耦合关 系，具体如下： 首先任意假设预热二段的烟罩温度，采用链篦机模型求算预热二段的排料温度，并将 此温度作为回转窑进料温度，通过回转窑模型求算此时的窑尾气体温度，当窑尾的气体温 度与预热二段烟罩温度相差超过第一设定阈值时，修正预热二段烟罩温度的假设值，重新 迭代，直至二者的差值在设定的第一温差范围内；同时，将回转窑的排料温度作为环冷一段 的进料温度，并采用环冷机模型求算环冷一段的烟罩温度，如果环冷一段烟罩温度与窑头 气体温度相差超过第二设定阈值时，修正环冷机模型的对流传热系数，直至二者的差值在 设定的第二温差范围内。2. 根据权利要求1所述的一种链篦机-回转窖-环冷机三位一体的球团生产优化方 法，其特征在于，所述传热传质数学模型包括依次相连的链篦机模型、回转窑模型和环冷机 模型，其中链篦机模型如公式（1)?公式（2)所示，回转窑模型如公式（3)?公式（5)所示， 环冷机模型如公式（6)?公式（7)所示：其中，G表示球团表面气体流量，kg/m2 -S; Pb表示料层的堆密度，kg/m3;C g表示气体的 比热容，J/kg ? K ;CP表示球团的比热容，J/kg ? K ;h rff表示有效传热系数，J/m 2 ? s ? K ;A表 示单位体积的气-固接触面积，HT1J g表示气体温度，单位为K ;T p表示球团温度，单位为K ; Rm表示磁铁矿氧化速率，kg/s ;RW表示水分蒸发速率，单位为kg/s Aed表示水分冷凝速率， 单位为1^/8;八111?表示蒸发与冷凝的；);含值，1〇71^;八11111表示磁铁矿氧化的；);含值，1〇71^;1]18 表示气体的质量流量，kg/s ^,表示球团的质量流量，kg/s ;z表示回转窑轴向位置，m ;Rfuei 表示燃料燃烧速率，1^/8;八11^1表示燃料燃烧焓，1^/1^;〇￥表示单位窑长内气体和窑壁 之间的辐射热流量，W/m 表示单位窑长内气体和球团之间的辐射热流量，W/m "3表 示单位窑长内窑壁和球团之间辐射的热流量，W/m ;?"a表示单位窑长内窑壁与外界空气之 间辐射的热流量，W/m ; 〇"8表示单位窑长内气体与窑壁之间对流传热热流量，W/m ^表 示单位窑长内气体与球团之间对流传热热流量，W/m 表示单位窑长内窑壁与球团之间 对流传热热流量，W/m ;〇_表示单位窑长内窑壁与外界气体之间的对流传热热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种链篦机‑回转窑‑环冷机三位一体的球团生产优化方法，其特征在于，将链篦机、回转窑及环冷机三台设备上的生产工艺过程视为一个整体，基于在线检测的生产参数，采用传热传质数学模型在线计算三台设备内部的热工状态数据，基于热工状态数据，根据专家控制规则在线调节生产过程热量供应和热量分配参数；所述采用传热传质模型在线计算热工状态数据过程中，利用三台设备之间的耦合关系，具体如下：首先任意假设预热二段的烟罩温度，采用链篦机模型求算预热二段的排料温度，并将此温度作为回转窑进料温度，通过回转窑模型求算此时的窑尾气体温度，当窑尾的气体温度与预热二段烟罩温度相差超过第一设定阈值时，修正预热二段烟罩温度的假设值，重新迭代，直至二者的差值在设定的第一温差范围内；同时，将回转窑的排料温度作为环冷一段的进料温度，并采用环冷机模型求算环冷一段的烟罩温度，如果环冷一段烟罩温度与窑头气体温度相差超过第二设定阈值时，修正环冷机模型的对流传热系数，直至二者的差值在设定的第二温差范围内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈许玲，范晓慧，杨桂明，甘敏，袁礼顺，黄晓贤，姜涛，李光辉，郭宇峰，杨永斌，李骞，张元波，朱忠平，黄柱成，许斌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43