[发明专利]一种链篦机-回转窑-环冷机三位一体的球团生产优化方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，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。

背景技术

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，目前的研究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。

发明内容

本发明提供了一种链篦机-回转窑-环冷机三位一体的球团生产优化方法，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。

一种链篦机-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：