基于机理和子空间辨识的煤气混合过程集成建模

针对煤气混合过程特点,建立了基于机理和子空间辨识的集成模型.首先在分析生产工艺和数据基础上,利用蝶阀流量公式建立高炉煤气和焦炉煤气流量机理模型;然后以高炉管道2#阀和焦炉管2#阀开度、高炉煤气和焦炉煤气气源压力为输入,混合煤气压力为输出,建立4输入1输出子空间辨识模型;最后分析各子模型特点,将两种模型进行集成.仿真结果表明,所建立的模型能够有效地反映煤气混合过程的动态特性,为煤气混合过程控制提供可靠的模型基础.     

高炉煤气管网水力建模及调度策略

通过分析某钢铁企业高炉煤气管网的结构与设备运行特性，考虑管网压力与流量之间的关系，建立了高炉煤气管网水力模型，用于制订高炉煤气调度策略.案例研究结果显示，1700热轧流量下降时，管网压力随之升高，压力升至上限20kPa时，需依次开启1#和2#放散塔并调节放散量.当放散量达到84400m³/h时，管网压力可维持在允许范围内.4#和6#高炉休风时，管网压力急剧下降，需关停辅助锅炉与2# 80MW煤气发电机组以恢复管网压力.增设煤气柜后，管网压力稳定在13kPa左右.在压力相对误差<0.01%，流量相对误差<0.8%时，各工况模型计算时间较短，为3.59～4.46s.     

基于T-S模型的高炉煤气系统模糊建模

针对钢铁企业高炉煤气系统这一复杂非线性系统的建模问题,提出一种基于数据的高炉煤气系统模糊建模方法.基于T S模糊模型的高炉煤气系统辨识模型,考虑系统中煤气调节用户的人为干扰特性,采用条件模糊聚类的方法来对输入/输出空间进行划分.引入模糊思想,使模型能够更好地适应工业噪声的干扰.利用贝叶斯线性回归方法求解模糊模型的后件参数,避免了后件参数求解过程中常出现的异常解问题.通过对实际企业高炉煤气系统的实验验证,结果表明了所提出的高炉煤气系统模糊建模方法的有效性,可进一步用于实施高炉煤气系统的优化与调度工作.     

基于GRBF神经网络的多级煤气压缩系统建模

以某钢厂燃气、蒸汽联合循环发电机组煤气压缩系统为背景,建立以煤水分离器、离心式压缩机和冷却器为核心的多级煤气压缩系统机理模型.采用自适应遗传算法辨识机理模型中某些难以确定的重要参数.由于多级煤气压缩系统的影响因素较多,机理模型预测结果不精确.利用基于广义径向基函数的神经网络补偿机理模型的误差,建立GRBF神经网络和机理模型并联的多级煤气系统的混合模型.试验结果表明相比于机理模型,混合模型有更高的预测精度.     

基于子空间辨识的焦炉集气管压力控制

针对焦炉集气管压力具有多变量、耦合、时变性等特点,设计焦炉集气管压力增量式在线子空间多变量预测控制策略.在增量式子空间预测控制的基础上,引入滚动窗口子空间辨识方法,设计子空间预估器模型的更新策略,实现了在线子空间自适应预测控制.应用在线子空间辨识方法对焦炉集气系统现场数据进行辨识,取得了较好的预测精度;利用子空间预估器模型进一步建立焦炉集气系统的状态空间模型,在考虑输入约束、模型时变和干扰的情况下,该模型表现出了很好的控制精度和性能.     

多种燃气混合压力和热值智能控制

为确保钢铁生产过程中高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气三种燃气混合后热值和压力的稳定控制,设计了一种新型人工智能结合PSD控制方法。该方法将仿人工智能控制与单神经元PSD相结合,从而实现了对非线性多输入多输出的多变量系统的稳定控制。对某燃气混合站中上述三种混合燃气热值和压力的控制效果表明,该方法可以显著提高混合燃气压力和热值的控制精度,大大减小了混合燃气压力和热值的波动,从而降低生产能耗,满足生产节能要求。     

高炉煤气流速对蝶阀区域粉尘沉降特性影响

高炉煤气含有大量粉尘,易沉积于管道三偏心蝶阀阀座密封面底部而造成阀板卡塞或损坏,影响高炉生产并造成严重经济损失。为获取管道内部高炉煤气流速对蝶阀区域粉尘沉降规律的影响机理,使用Pro/E建立了蝶阀及其区域流场的三维模型,基于ANSYS Workbench软件的FLUENT模块,采用标准k-ε湍流模型和DPM模型,对3种高炉煤气流速条件下的蝶阀区域粉尘运动轨迹进行了模拟分析。结果表明:流速为8m/s工况下,粉尘沉积质量随阀板开度增大而呈现先降后升的趋势,而12m/s和16m/s工况下,粉尘沉积质量随阀板开度增大而降低;阀板开度15°工况下,粉尘沉积率随高炉煤气流速增大而升高,而45°和75°工况下,粉尘沉积率随高炉煤气流速增大而降低。研究结果可为高炉煤气管道蝶阀区域粉尘自动清除装置的研制提供理论参考。     

煤气混合加压过程的智能解耦控制方法与应用

针对煤气混合加压过程的特点，提出一种融合模糊控制和专家控制的煤气混合智能解耦控制方法。热值压力解耦控制回路以热值为主要控制目标，通过模糊专家解耦控制策略和蝶阀组控制策略，保证混合煤气热值满足要求，同时稳定加压机前的压力；压力控制回路通过前馈和反馈专家控制器，使混合煤气压力跟踪给定值。实际运行结果验证了控制策略的有效性，煤气热值和压力误差均在设定值的5％之内。     

煤气混合过程热值与压力的模糊补偿解耦控制

针对煤气混合过程的强耦合、强干扰和非线性等特点,提出一种将模糊控制和补偿解耦相结合的控制方法。首先,根据混合煤气热值和压力控制精度的不同要求,分别设计模糊控制器对热值和压力进行控制;然后,通过分析热值和压力之间的耦合关系,利用补偿解耦控制器对它们之间的耦合影响进行补偿,并结合生产过程中积累的操作经验,设计一种模糊补偿解耦策略,实现混合煤气热值和压力的解耦;最后,针对煤气混合过程中的特殊工况建立专家控制器,对蝶阀的非线性特性采用专家规则修正阀位增量。研究结果表明:混合煤气热值和压力的波动能稳定在较小的范围之内,同时具有较强的抗干扰能力。     

炉顶煤气循环氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型

结合风口回旋区燃烧和炉外煤气预热、脱除和循环的平衡关系,建立了氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型,并采用传统高炉的运行和解剖数据对模型进行了验证分析.通过模型研究了氧气含量和上部循环煤气流量对氧气高炉炉内过程变量的影响规律.结果表明：氧气含量偏低和上部循环煤气流量不足时,会降低铁矿石还原效果,炉渣内出现大量未还原铁氧化物;氧气含量和上部循环煤气流量的提高可以有效提高炉内CO含量和铁矿石还原速度,但提高上部循环煤气流量会大幅提升炉顶煤气温度,增大热量损失.与传统高炉相比,氧气高炉内CO含量提高1.0~1.5倍,炉内气体还原性更强;铁矿石还原完成位置提高1.49 m,全炉还原反应速度更快;直接还原度降低55.2%~79.2%,炉内直接还原反应消耗的碳量更少.     

高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区的数学模拟

基于质量平衡和热量平衡理论,建立了高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区数学模型,系统研究了焦炉煤气喷吹量对回旋区焦炭质量流量、理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气组成和回旋区形状的影响.研究表明:在维持高炉现有的基准操作不变的条件下,随着焦炉煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度呈降低的趋势,而炉腹煤气量呈增加的趋势;为了维持理论燃烧温度和炉腹煤气量与基准操作一致,可通过降低风量和提高富氧率进行热补偿.热补偿后,随着焦炉煤气喷吹量的增加,焦炭质量流量呈上升趋势,炉腹煤气中还原气体积呈增加趋势,回旋区体积呈缩小趋势.每增加1 m3/s的焦炉煤气喷吹量,焦炭质量流量上升1.74%,炉腹煤气中还原气体积增加2.04%,...     

热风在高炉热风围管中流动特性的模拟研究

对鞍钢2580m³高炉热风围管内热风流动特性开展数值模拟研究，探究各风口风量不均匀分配的内在机理.结果表明，在各风口尺寸相同的条件下，围管内的主体流动并非单纯的单向流动，而是存在返流.热风进入热风围管后，直接冲击热风围管0°处热风支管，导致此处风口风量较大;进入围管后的热风形成两股气流在热风围管入口正对面(即180°处)发生碰撞，导致对应风口风量较大;气流碰撞后部分产生返流，沿着热风围管下部和内侧逆向运动，在热风围管90°和270°位置处与正常运动的气流再次碰撞并汇聚进入此处支管，导致对应风口风量较大.通过对比分析鞍钢高炉风口参数调节措施发现，现场调节措施与本研究结果基本一致.     

多股流粉煤--空气喷枪在圆管内射流三维微分方程的数值处理

通过使用质量守恒、动量守恒、能量守恒、混合组分平衡的基本规律,分析粉煤固体颗粒-空气的两相三维湍流流动、传热等现象而建立起封闭的通用控制方程并进对其进行离散化之后,如何采用适当的计算方法进行求解其离散化后的代数方程是相当关键的．本文推导的控制容积逐面叠加方法能使封闭的通用控制方程离散化后的七对角矩阵算法转化为同一层次上三个TDMA方法的串联相加求和,大大地简化了SIMPLE思想中的迭代过程,能快速求解互相耦合的气-固两相温度场、流场、压力场、浓度场,以便于进一步提高粉煤颗粒的燃烧效率,减少其对高炉风口的磨损．这在高炉喷吹粉煤气-固两相流动的三维数学模型的数值解法的实际计算中证明是非常有效的,将为高炉的风口的维护以及高炉的理论设计准备了必要条件．     

钢铁企业燃气互换性研究

以钢铁企业普遍应用的加热炉为研究对象,从热平衡方程入手分析燃气在不同燃烧条件下的燃料利用系数.通过燃气互换性计算,从火焰稳定性、热负荷强度和合理置换等方面研究了适合于工业类加热炉及锅炉动力类设备的燃气互换性问题,具体研究了不同热值高、焦混合煤气置换纯焦炉煤气的可行性,得出在满足生产工艺要求下不同燃气的置换.研究表明:当空气消耗系数n=1.05,燃气混合体积比α≥0.3时,混合煤气的热值大于7 860 kJ/m3,用来置换焦炉煤气,可满足生产工艺要求,节约煤气资源,减少环境污染.     

用GJH混合燃烧器在石灰回转窑上掺烧高炉煤气的设计研究

本文介绍了在高温石灰回转窑上用GJH混合燃烧器掺烧低热值高炉煤气的原理、设计及运行结果,说明了在高温工业炉窑上采用低热值煤气是可行的,成功的,为高炉煤气的应用开辟了新领域.     

太钢4350m3高炉炉体热负荷

通过分析太钢4350m3高炉(5#高炉)炉缸以上冷却系统的设计特点,研究其在高煤比、高产量情况下炉内煤气流分布对炉体热负荷的影响.结果表明:太钢5#高炉的边缘气流指数W值控制在0.55左右;中心气流指数Z值应控制在8.8左右;5#高炉下部炉腰炉腹的热负荷较为稳定,而炉身的中上部稳定性较差;5#高炉的热负荷还有降低的潜力,热负荷控制在10～120GJ.h-1范围4350m3高炉仍可稳定操作.     

基于M-SVR与RVFLNs的高炉十字测温中心温度估计

由于高炉中心温度较高,十字测温中心位置传感器极易损坏,并且更换周期长,因而导致无法及时判断炉顶煤气流分布.采用多输出支持向量回归(M-SVR)和随机权神经网络(RVFLNs)两种数据驱动智能建模方法建立高炉十字测温中心带温度估计模型,并基于实际工业数据对建立的模型进行验证和比较分析.结果表明,在样本数量较小时,M-SVR模型和RVFLNs模型都具有较好的温度估计效果,但当样本数量充足时,M-SVR模型的泛化性能和估计精度更优于RVFLNs模型.