夏江波

（山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司，山東濟(jì)南　250101）

高爐噴煤量算法模型的優(yōu)化改進(jìn)

夏江波

（山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司，山東濟(jì)南250101）

針對(duì)高爐噴吹小時(shí)噴煤量算法模型和瞬時(shí)噴吹量算法模型存在數(shù)據(jù)失真、精準(zhǔn)性差等問題，重新構(gòu)建了高爐噴吹的小時(shí)噴煤量算法模型和瞬時(shí)噴吹量算法模型，小時(shí)噴煤量算法模型按照1 h時(shí)間段內(nèi)噴煤量累積的方式計(jì)算，瞬時(shí)噴吹量算法模型以倒罐后5 min之內(nèi)和倒罐后5 min之外分別采用不同的算法。該算法模型應(yīng)用后，提高了小時(shí)噴煤量和瞬時(shí)噴吹量的精準(zhǔn)性。

高爐噴煤；精準(zhǔn)性；小時(shí)噴煤量；瞬時(shí)噴吹量

1　前言

高爐噴煤是高爐生產(chǎn)的重要組成部分，在高爐噴煤系統(tǒng)中，噴煤量是重要的工作參數(shù)，噴煤量分為小時(shí)噴煤量和瞬時(shí)噴吹量，兩者主要用作高爐熱量計(jì)算和燃料比分析，是高爐操作的重要參考依據(jù)，也是噴吹設(shè)備操作的重要參考依據(jù)，使噴吹過程接近目標(biāo)值。這兩個(gè)參數(shù)算法模型的準(zhǔn)確可靠與否直接關(guān)系到高爐噴煤的精準(zhǔn)性，關(guān)系到高爐爐況的穩(wěn)定順行。

原采用的小時(shí)噴煤量和瞬時(shí)噴吹量控制算法存在的弊端主要有:小時(shí)噴煤量控制算法采樣時(shí)間較短，經(jīng)過放大計(jì)算后，波動(dòng)較大，存在數(shù)據(jù)失真，失去真實(shí)意義；同時(shí)，瞬時(shí)噴吹量控制算法在噴吹倒罐時(shí)罐重信號(hào)數(shù)據(jù)波動(dòng)幅度較大，經(jīng)過計(jì)算獲取的瞬時(shí)噴吹量表現(xiàn)為數(shù)據(jù)突然上升或下降，也存在數(shù)據(jù)失真問題，不能直接指導(dǎo)生產(chǎn)，影響高爐噴煤噴吹的精準(zhǔn)性。為此，需對(duì)這兩種算法模型進(jìn)行重新構(gòu)建［1］。

2　高爐噴吹工藝流程

山鋼股份濟(jì)南分公司3 200 m3高爐配備1套噴吹系統(tǒng)，采用3罐并列、相同輸煤主管加分配器方式。噴吹系統(tǒng)由上球閥、下球閥、充壓閥、放散閥、補(bǔ)氣閥、流化閥、給煤閥、出煤閥組成，分為ABC 3個(gè)噴吹罐。

整個(gè)噴吹過程按照泄壓、裝煤、等待、預(yù)倒罐、倒罐和噴煤6個(gè)狀態(tài)順序循環(huán)執(zhí)行，其中，3個(gè)噴吹罐，2個(gè)在待噴吹，1個(gè)在噴吹，依次交替執(zhí)行。假設(shè)B罐處于噴吹狀態(tài)，C罐處于待噴吹狀態(tài)，A罐剛剛完成噴吹。首先A罐先泄壓，依次打開下鐘閥、下料閥，煤粉進(jìn)入A罐中，A罐罐重到達(dá)上限，依次關(guān)閉下料閥和下鐘閥，A罐進(jìn)入待噴吹狀態(tài)。當(dāng)B罐罐重下降到達(dá)C罐流化極限時(shí)，C罐開流化閥；當(dāng)B罐罐重下限到達(dá)時(shí)，C罐進(jìn)入預(yù)倒罐狀態(tài)，C罐依次開充壓閥和補(bǔ)氣閥，向罐內(nèi)充壓，到達(dá)罐內(nèi)壓力上限停止充壓；當(dāng)B罐罐重下下限到達(dá)時(shí)，C罐進(jìn)入倒罐狀態(tài)，此時(shí)C罐依次開啟送煤閥、補(bǔ)氣閥和下煤閥，C罐進(jìn)入噴吹狀態(tài)。同時(shí)B罐依次關(guān)閉下煤閥、補(bǔ)氣閥和送煤閥，停止噴吹，接著B罐開始泄壓，執(zhí)行流程與A罐泄壓相同。這樣，ABC 3個(gè)噴吹罐依次交替作業(yè)，噴吹工藝連續(xù)、穩(wěn)定進(jìn)行。

3　小時(shí)噴煤量算法模型優(yōu)化

3.1小時(shí)噴煤量算法模型

小時(shí)噴煤量算法模型采用與噴煤工藝同步記錄的方式，系統(tǒng)采集噴吹罐開始噴吹信號(hào)和噴吹結(jié)束信號(hào)，嚴(yán)格按照1 h時(shí)間段內(nèi)噴煤量累積的方式，實(shí)現(xiàn)小時(shí)噴煤量準(zhǔn)確可靠計(jì)量。如圖1所示，系統(tǒng)以T0時(shí)刻為1 h的開始時(shí)刻，記錄下噴吹罐的重量M0。1 h后，1個(gè)噴吹罐內(nèi)噴吹結(jié)束，記錄下噴吹結(jié)束時(shí)噴吹罐的重量M1，則1 h內(nèi)噴吹煤量W1=M0-M1。同時(shí)，下一個(gè)噴吹罐開始噴吹，記錄后1個(gè)噴吹罐開始噴吹時(shí)的重量M2，噴吹結(jié)束時(shí)記錄噴吹罐重量M3，下一個(gè)噴吹罐噴煤量W2=M3-M2。以此類推，計(jì)算出最后1個(gè)噴吹罐的噴煤量Wn，由此可以計(jì)算出小時(shí)噴煤量為:W=W1+W2+…+Wn。高爐噴煤正常生產(chǎn)中1個(gè)噴吹罐噴吹時(shí)間為25 min左右，所以一般情況下n≤3。

采用此小時(shí)噴煤量算法模型，避免了改造之前算法中取樣信號(hào)被放大到3 600倍產(chǎn)生的誤差，直接反映了噴吹罐實(shí)際噴吹煤量，小時(shí)噴煤量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠，提高了噴吹的精準(zhǔn)性。

圖1　小時(shí)噴煤量計(jì)算模型原理

3.2應(yīng)用效果

改進(jìn)后的小時(shí)噴煤量算法模型是根據(jù)噴吹罐的狀態(tài)，由噴吹罐的重量直接計(jì)算出來，避免了計(jì)算乘以一個(gè)倍數(shù)的弊端，不會(huì)將誤差放大，提高了穩(wěn)定性，同時(shí)改進(jìn)后的計(jì)算模型考慮了倒罐時(shí)的重量變化，消除了倒罐狀態(tài)對(duì)小時(shí)噴煤量的影響。以3 200 m3高爐噴煤生產(chǎn)為例，工況預(yù)計(jì)小時(shí)噴煤量在45 t/h左右，采用原小時(shí)噴煤量算法模型計(jì)算出來的數(shù)據(jù)基本上在50 t/h以上，采用改進(jìn)后的小時(shí)噴煤量算法模型計(jì)算出來的數(shù)據(jù)在44～46 t/h，高爐理論計(jì)算更加準(zhǔn)確，為高爐生產(chǎn)提供重要依據(jù)。

4　瞬時(shí)噴吹量算法模型優(yōu)化

4.1瞬時(shí)噴吹量算法模型

由于倒罐時(shí)罐重信號(hào)數(shù)據(jù)波動(dòng)幅度較大，瞬時(shí)噴吹量算法模型以倒罐后5 min之內(nèi)和倒罐后5 min之外為分界點(diǎn)，分別采用不同的算法。

1）倒罐后5 min之內(nèi)瞬時(shí)噴吹量算法模型。在倒罐后5 min之內(nèi)，按照噴煤罐開始噴煤時(shí)刻記錄經(jīng)過濾波后的罐重值A(chǔ)（t），同時(shí)進(jìn)行時(shí)間計(jì)算，設(shè)定時(shí)間為C（h），并且再設(shè)置1個(gè)5 s定時(shí)器，從倒罐噴煤的開始時(shí)刻每個(gè)5 s中采集一次經(jīng)過濾波后的罐重值B（t）。這樣采用如下公式計(jì)算出倒罐后前5 min之內(nèi)的瞬時(shí)噴吹量，倒罐后前5 min之內(nèi)的瞬時(shí)噴吹量I=（A-B）/C。

由于每隔5 s采集一次B值，所以A-B不停地做均勻的變化，這樣瞬時(shí)噴吹量的值就實(shí)現(xiàn)了濾波效果，數(shù)值不會(huì)躍變，比較客觀真實(shí)地反映倒罐后前5 min之內(nèi)的瞬時(shí)噴吹量。

2）倒罐后5 min之外瞬時(shí)噴吹量算法模型。在這一階段原來的瞬時(shí)噴吹量算法模型計(jì)算出來的瞬時(shí)噴吹量，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)突然上升或下降，波動(dòng)較大。主要原因?yàn)椴僮魅藛T在根據(jù)瞬時(shí)量數(shù)據(jù)進(jìn)行噴吹設(shè)備操作的過程中引起噴吹罐壓力、流量等參數(shù)突變，造成數(shù)據(jù)失真。對(duì)于這個(gè)問題，構(gòu)建的瞬時(shí)噴吹量算法模型采用對(duì)罐重值進(jìn)行二次濾波和優(yōu)化數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行處理。對(duì)于經(jīng)過一次濾波的罐重值采用同樣的技術(shù)手段進(jìn)行二次濾波，參與到倒罐后5 min之外瞬時(shí)噴吹量算法模型計(jì)算，并且在算法模型中，建立一組60位的寄存器W，采集二次濾波值，即從倒罐后5 min開始每5 s采集一次經(jīng)過二次濾波后的罐重值，并在每5 s的觸發(fā)時(shí)間將罐重值放入寄存器W［60］中。在第1個(gè)5 s的時(shí)刻將W［60］放入寄存器W［59］中，依次循環(huán)。在第60個(gè)5 s的時(shí)刻將W［1］放入寄存器W［0］中。這樣，倒罐后前5 min之外的瞬時(shí)噴吹量I=（W［0］-W［60］）×12。

4.2程序設(shè)計(jì)

程序采用Rockwell公司Rslogix 5000軟件開發(fā)，在程序設(shè)計(jì)中，依靠噴吹罐噴吹狀態(tài)信號(hào)觸發(fā)5 s方波信號(hào)，利用5 s方波信號(hào)采集料罐罐重值，并實(shí)現(xiàn)在60個(gè)寄存器中數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)濾波和微分效果。

瞬時(shí)噴吹量算法模型消除了瞬時(shí)噴吹量數(shù)據(jù)失真的問題，算法模型計(jì)算出來的瞬時(shí)噴吹量沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)突然上升或下降的現(xiàn)象，比較真實(shí)的反映了瞬時(shí)噴吹量數(shù)據(jù)，提高了瞬時(shí)噴吹量的準(zhǔn)確性，有助于高爐調(diào)劑。

4.3應(yīng)用效果

噴煤操作人員根據(jù)高爐生產(chǎn)的需要和設(shè)備的工況條件隨時(shí)操作設(shè)備，對(duì)瞬時(shí)噴吹量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使瞬時(shí)噴吹量與高爐要求的瞬時(shí)噴吹量相一致，調(diào)節(jié)的重要依據(jù)就是依照算法模型計(jì)算出來的瞬時(shí)噴吹量數(shù)據(jù)曲線，較之以前的瞬時(shí)噴吹量算法模型。改進(jìn)后的瞬時(shí)噴吹量算法模型計(jì)算出來的數(shù)據(jù)更加接近真實(shí)情況，曲線波動(dòng)較小，解決了原算法的數(shù)據(jù)波動(dòng)弊端，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精準(zhǔn)噴吹。

以3 200 m3高爐噴煤生產(chǎn)班組統(tǒng)計(jì)為例，高爐需求瞬時(shí)噴吹量為45 t/h。按照高爐需求瞬時(shí)噴吹量和實(shí)際瞬時(shí)噴吹量的差值在45 t/h且持續(xù)時(shí)間＞1 min的噴吹偏差為統(tǒng)計(jì)依據(jù)，原瞬時(shí)噴吹量算法模型計(jì)算出來的數(shù)據(jù)曲線指導(dǎo)生產(chǎn)，平均每小時(shí)產(chǎn)生的噴吹偏差達(dá)到5次，采用改進(jìn)后的瞬時(shí)噴吹量算法模型后，平均每小時(shí)產(chǎn)生的噴吹偏差達(dá)到1次，同時(shí)瞬時(shí)噴吹量偏差的幅度也在減小。

5　結(jié)語

小時(shí)噴煤量和瞬時(shí)噴吹量控制算法的開發(fā)應(yīng)用克服了原控制算法模型的弊端，減少了由于原算法模型的缺陷所帶來的數(shù)據(jù)失真的弊端，提高了小時(shí)噴煤量和瞬時(shí)噴吹量的準(zhǔn)確性，真實(shí)地反映了噴煤生產(chǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了提高高爐噴煤系統(tǒng)的精準(zhǔn)性，有助于提高對(duì)高爐的調(diào)劑能力，對(duì)于穩(wěn)定爐況、降低焦比、提高高爐產(chǎn)量有著重要的意義。

［1］尚巍，翟蔚，陳秀清，等.高爐噴煤預(yù)計(jì)模型的改進(jìn)［J］.遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（3）:247-250.

Abstrraacctt::In allusion to the problems of data distortion and bad accuracy from the old algorithm model of hour pulverized coal injection and instantaneous pulverized coal injection，a rebuild method of the algorithm model of hour pulverized coal injection and instantaneous pulverized coal injection was introduced in this paper.The algorithm model of hour pulverized coal injection was applied to accumulate the coal injection in an hour，the algorithm model of instantaneous pulverized coal injection was applied in two different methods，they are at later and before five minutes in tank-to-tank time respectively.The two algorithm models can improve the accuracy.

Key worrddss::blast furnace pulverized coal injection；accuracy；hour pulverized coal injection；instantaneous pulverized coal injection

Optimization and Improvement of BF Coal Injection Rate Algorithm Model

XIA Jiangbo
（The Maintenance Engineering Company of Jinan Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TF538.6+3

B

1004-4620（2016）05-0010-02

2016-01-08

夏江波，男，1982年生，2006年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)。現(xiàn)為山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司高爐部工程師，從事高爐煉鐵自動(dòng)化方面工作。