一种焦饼中心温度检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种焦饼中心温度检测方法及系统，通过获取火道底部温度，基于火道底部温度，根据标准火道内的燃烧气体与炭化室‑燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型以及基于燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型，根据炭化室‑燃烧室隔墙导热方程，获得焦饼中心温度，解决了现有技术无法实时精准检测焦饼中心温度的技术问题，从焦炉热工过程中存在的多变量耦合关系出发，以标准火道的底部温度作为焦饼中心温度的耦合变量，结合焦炭生产具有的多因素耦合、多变量参与的特点，从炭化室、燃烧室之间的温度耦合关系出发，经火道底部温度间接得到焦饼中心温度，实现了对焦饼中心温度的实时准确检测。

【技术实现步骤摘要】
一种焦饼中心温度检测方法及系统
本专利技术主要涉及炼焦
，特指一种焦饼中心温度检测方法及系统。
技术介绍
焦炉是生产焦炭的核心设备。现代炼焦炉由炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区、炉顶、基础、烟道等组成。一座焦炉由几十个炭化室和燃烧室交替配置，燃烧室由横向排布的若干个立火道组成，这些立火道通过其正下方的斜道区与蓄热室相连，炭化室位于两相邻蓄热室之间位置的正上方。焦炭生产过程是单个燃烧室间歇、全炉连续、受多种因素干扰，且具有大时滞、大惯性、强非线性、多因素耦合、变参数等特征的复杂工业过程。焦炭的生产原理是煤炭在1000℃以上的密闭环境下发生干馏反应，利用煤炭中各组分性质上的差异生成以焦炭为主的一系列煤化学产物。生产时，装煤车由炉顶装煤孔向炭化室注入经物理预处理的煤炭，在此之前煤气和空气已经蓄热室预热并进入燃烧室扩散、燃烧，产生的热量即可经炉墙导入炭化室。煤炭在炭化室两侧炉墙处受到来自燃烧室的高温而发生干馏反应，经脱水、热解等变化后，由煤饼的炉墙侧向其中心成层结焦，当炭化室中心断面处的焦炭平均温度达1000±50℃时即认为焦炭成熟。显然整个炼焦过程中燃烧室、炭化室的温度将影响焦炭的成熟状态。焦饼中心温度是焦炭是否成熟的关键指标之一，该温度通常由炭化室中心断面处的焦炭平均温度(1000±50℃)来表征。焦饼中心温度过高会带来焦化生产能耗的大量浪费，过低则会导致焦炭生产质量的下降并进而影响后续的冶炼出铁质量。焦饼中心温度也是考察生产过程中炉体结构是否合理、判断加热制度是否完善、加热控制方案是否科学的重要依据，此外变更结焦时间、改变煤种配比、更换加热煤气种类同样需参考焦饼中心温度。因此准确、及时地获取焦饼中心温度对于节能减排、优化焦炭生产过程具有重要的意义。受限于焦炭生产时高温、高压、强粉尘的恶劣环境，焦饼中心温度的直接检测存在巨大困难。如何运用可行的检测方法获取其温度，达到优化焦炉加热过程控制、提高焦炭产出质量、降低生产能耗、减少环境污染的目的，是焦化产业亟需研究与解决的重要课题。结焦末期焦炭成熟程度由焦饼中心温度来表征。作为调整焦炉加热制度、调节关键生产参数、制定合理加热控制策略的重要依据，焦饼中心温度的准确检测与获取具有重要的实际价值。已有的工程实践包括饼心温度间歇式检测以及饼心温度的关联变量检测。间歇式测量以“插管”法为代表，根据热平衡原理，将装有热电偶的测温管从炉顶装煤孔插入焦饼中心，待热平衡后读取热电偶的温度值。由于测温管较长，操作工人进行现场操作时需站在距离炉顶地面有一定高度的装煤车上进行插管，同时炭化室内部是一个高温高压环境，故上述情况给测温工人带来了安全隐患。此外，测温管对5m以上高度焦炉进行测量时，无法触及饼心部位，即便某些测温管足够长，也因焦炭硬度关系无法正常测温；关联变量法将难以直接测量的焦饼中心温度转换为可直接检测的耦合变量，如加热煤气流量、荒煤气温度、结焦周期、火落时间等，通过数学关系间接获取焦饼中心温度。已进行的测温实践对焦饼中心温度的测量多为“事后检测”，实时性不佳。焦炉热工过程中，依据实时获取的焦饼温度进行煤种配比及加热煤气流量的调节、结焦时间的变更、加热控制策略的调整显然对于提高焦炭生产质量与效率具有突出的应用价值。专利公开号CN204924461U公开的是一种基于测温管检测的大型焦炉焦饼中心温度检测装置。该专利采用从装煤孔插入的纵向测温管检测焦饼中心上部与中部的温度，以从两侧烘炉门插入的横向测温管检测焦饼中心下部温度，检测数据准确可靠。然而该专利采用的检测方法属间歇检测，效率偏低，无法实时、连续地反映焦炭生产过程中的温度信息与生产状态，且该方法受限于人工操作经验的差异以及检测点位置选取的是否准确，检测过程中对检测设备的损耗大，加大了检测成本。专利公开号CN101067828A专利技术专利公开的是一种基于线性回归与神经网络集成软测量模型的焦炉火道温度检测方法。该专利通过安装在蓄热室顶部对应于标准火道底部的热电偶获取大量样本数据，并据此建立火道-蓄顶温度多元线性回归模型。接着，分别建立有监督学习下焦炉机侧与焦侧蓄热室顶部温度的BP神经网络模型。最后，采用专家协调器将线性回归模型与BP模型组合，得到焦炉火道温度集成软测量模型。该专利采用经验模型进行火道温度检测，缺乏良好的泛化性能与动态稳定性能，对更复杂的炉况异常情况处理能力存在局限性，无法保证检测精度。专利公开号CN104357065A专利技术专利公开的是一种在不同干熄率下基于温度分段调节控制策略的煤炭成焦温度检测及控制方法。该方法的思路是：首先在预设时间段内采集多组实测焦饼分段中心温度数据；其次，测量同一炭化室焦饼表面分段温度与焦饼中心分段温度之间的差值，用焦饼表面温度代替中心温度；再次，由获得的焦饼表面温度制定对应的燃烧室标准温度；然后，根据所得燃烧室标准温度设置焦炉加热控制参数；最后，依据焦炉控制参数进行焦饼表面温度检测，进而判断焦饼成熟程度。显然，该专利所提出的方法存在操作过程繁琐、检测精度有限、检测效率低的缺陷，无法满足对焦饼温度的实时、高效检测。
技术实现思路
本专利技术提供的焦饼中心温度检测方法及系统，解决了现有技术无法实时精准检测焦饼中心温度的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出的焦饼中心温度检测方法包括：获取火道底部温度；基于火道底部温度，根据标准火道内的燃烧气体与炭化室-燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型；基于燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型，根据炭化室-燃烧室隔墙导热方程，获得焦饼中心温度。进一步地，获取火道底部温度包括：于焦炉机侧、焦侧选择燃烧室标准立火道的炉顶看火孔作为检测点，获取标准火道红外图像；根据标准火道红外图像，获得火道底部温度。进一步地，基于火道底部温度，根据标准火道内的燃烧气体与炭化室-燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型包括：计算标准立火道内的火焰燃烧高度；根据火道底部温度、火焰燃烧高度以及标准火道内的燃烧气体与炭化室-燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型。进一步地，根据火道底部温度、火焰燃烧高度以及标准火道内的燃烧气体与炭化室-燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型的具体公式为：其中，TW(△x)表示燃烧室侧的隔墙壁面任意点处的温度，T表示火道底部温度，Tmax表示火焰顶部温度，根据经验数据Tmax通常高于T约120～140℃，Tmin表示燃烧室内的立火道顶部温度，根据经验数据Tmin通常低于Tmax约200℃，△x表示火道内任一点距离火道底部的距离，且△x取值范围为0≤△x≤x，h表示标准立火道内火焰燃烧高度，x表示燃烧室内的立火道高度，λr和λg和分别表示用于采集标准火道红外图像的红外热成像仪的红色光和绿色光的波长，r(T)、g(T)分别表示红外CCD探测器检测到的红、绿基色值，Kr、Kg为利用中值定理求红、绿基色值所得结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焦饼中心温度检测方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取火道底部温度；/n基于所述火道底部温度，根据标准火道内的燃烧气体与炭化室-燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型；/n基于所述燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型，根据炭化室-燃烧室隔墙导热方程，获得焦饼中心温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种焦饼中心温度检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取火道底部温度；
基于所述火道底部温度，根据标准火道内的燃烧气体与炭化室-燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型；
基于所述燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型，根据炭化室-燃烧室隔墙导热方程，获得焦饼中心温度。


2.根据权利要求1所述的焦饼中心温度检测方法，其特征在于，获取火道底部温度包括：
于焦炉机侧、焦侧选择燃烧室标准立火道的炉顶看火孔作为检测点，获取标准火道红外图像；
根据所述标准火道红外图像，获得火道底部温度。


3.根据权利要求1或2所述的焦饼中心温度检测方法，其特征在于，基于所述火道底部温度，根据标准火道内的燃烧气体与炭化室-燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型包括：
计算标准立火道内的火焰燃烧高度；
根据所述火道底部温度、火焰燃烧高度以及标准火道内的燃烧气体与炭化室-燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型。


4.根据权利要求3所述的焦饼中心温度检测方法，其特征在于，根据所述火道底部温度、火焰燃烧高度以及标准火道内的燃烧气体与炭化室-燃烧室隔墙间的辐射传热关系，构建燃烧室标准立火道隔墙壁面纵向温度分布模型的具体公式为：



其中，TW(△x)表示燃烧室侧的隔墙壁面任意点处的温度，T表示火道底部温度，Tmax表示火焰顶部温度，根据经验数据Tmax通常高于T约120～140℃，Tmin表示燃烧室内的立火道顶部温度，根据经验数据Tmin通常低于Tmax约200℃，△x表示火道内任一点距离火道底部的距离，且△x取值范围为0≤△x≤x，h表示标准立火道内火焰燃烧高度，x表示燃烧室内的立火道高度，λr和λg和分别表示用于采集标准火道红外图像的红外热成像仪的红色光和绿色光的波长，r(T)、g(T)分别表示红外CCD探测器检测到的红、绿基色值，Kr、Kg为利用中值定理求红、绿基色值所得结果的比例系数，C2表示普朗克常数且QW表示炉墙表面热流量，ε表示有效辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋朝辉，蒋劲松，潘冬，桂卫华，黄良，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43