高爐噴煤量算法模型的優化改進

夏江波

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南　250101）

高爐噴煤量算法模型的優化改進

夏江波

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南250101）

針對高爐噴吹小時噴煤量算法模型和瞬時噴吹量算法模型存在數據失真、精準性差等問題，重新構建了高爐噴吹的小時噴煤量算法模型和瞬時噴吹量算法模型，小時噴煤量算法模型按照1 h時間段內噴煤量累積的方式計算，瞬時噴吹量算法模型以倒罐后5 min之內和倒罐后5 min之外分別采用不同的算法。該算法模型應用后，提高了小時噴煤量和瞬時噴吹量的精準性。

高爐噴煤；精準性；小時噴煤量；瞬時噴吹量

1　前言

高爐噴煤是高爐生產的重要組成部分，在高爐噴煤系統中，噴煤量是重要的工作參數，噴煤量分為小時噴煤量和瞬時噴吹量，兩者主要用作高爐熱量計算和燃料比分析，是高爐操作的重要參考依據，也是噴吹設備操作的重要參考依據，使噴吹過程接近目標值。這兩個參數算法模型的準確可靠與否直接關系到高爐噴煤的精準性，關系到高爐爐況的穩定順行。

原采用的小時噴煤量和瞬時噴吹量控制算法存在的弊端主要有:小時噴煤量控制算法采樣時間較短，經過放大計算后，波動較大，存在數據失真，失去真實意義；同時，瞬時噴吹量控制算法在噴吹倒罐時罐重信號數據波動幅度較大，經過計算獲取的瞬時噴吹量表現為數據突然上升或下降，也存在數據失真問題，不能直接指導生產，影響高爐噴煤噴吹的精準性。為此，需對這兩種算法模型進行重新構建［1］。

2　高爐噴吹工藝流程

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

整個噴吹過程按照泄壓、裝煤、等待、預倒罐、倒罐和噴煤6個狀態順序循環執行，其中，3個噴吹罐，2個在待噴吹，1個在噴吹，依次交替執行。假設B罐處于噴吹狀態，C罐處于待噴吹狀態，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，煤粉進入A罐中，A罐罐重到達上限，依次關閉下料閥和下鐘閥，A罐進入待噴吹狀態。當B罐罐重下降到達C罐流化極限時，C罐開流化閥；當B罐罐重下限到達時，C罐進入預倒罐狀態，C罐依次開充壓閥和補氣閥，向罐內充壓，到達罐內壓力上限停止充壓；當B罐罐重下下限到達時，C罐進入倒罐狀態，此時C罐依次開啟送煤閥、補氣閥和下煤閥，C罐進入噴吹狀態。同時B罐依次關閉下煤閥、補氣閥和送煤閥，停止噴吹，接著B罐開始泄壓，執行流程與A罐泄壓相同。這樣，ABC 3個噴吹罐依次交替作業，噴吹工藝連續、穩定進行。

3　小時噴煤量算法模型優化

3.1小時噴煤量算法模型

小時噴煤量算法模型采用與噴煤工藝同步記錄的方式，系統采集噴吹罐開始噴吹信號和噴吹結束信號，嚴格按照1 h時間段內噴煤量累積的方式，實現小時噴煤量準確可靠計量。如圖1所示，系統以T0時刻為1 h的開始時刻，記錄下噴吹罐的重量M0。1 h后，1個噴吹罐內噴吹結束，記錄下噴吹結束時噴吹罐的重量M1，則1 h內噴吹煤量W1=M0-M1。同時，下一個噴吹罐開始噴吹，記錄后1個噴吹罐開始噴吹時的重量M2，噴吹結束時記錄噴吹罐重量M3，下一個噴吹罐噴煤量W2=M3-M2。以此類推，計算出最后1個噴吹罐的噴煤量Wn，由此可以計算出小時噴煤量為:W=W1+W2+…+Wn。高爐噴煤正常生產中1個噴吹罐噴吹時間為25 min左右，所以一般情況下n≤3。

采用此小時噴煤量算法模型，避免了改造之前算法中取樣信號被放大到3 600倍產生的誤差，直接反映了噴吹罐實際噴吹煤量，小時噴煤量數據更加準確可靠，提高了噴吹的精準性。

圖1　小時噴煤量計算模型原理

3.2應用效果

改進后的小時噴煤量算法模型是根據噴吹罐的狀態，由噴吹罐的重量直接計算出來，避免了計算乘以一個倍數的弊端，不會將誤差放大，提高了穩定性，同時改進后的計算模型考慮了倒罐時的重量變化，消除了倒罐狀態對小時噴煤量的影響。以3 200 m3高爐噴煤生產為例，工況預計小時噴煤量在45 t/h左右，采用原小時噴煤量算法模型計算出來的數據基本上在50 t/h以上，采用改進后的小時噴煤量算法模型計算出來的數據在44～46 t/h，高爐理論計算更加準確，為高爐生產提供重要依據。

4　瞬時噴吹量算法模型優化

4.1瞬時噴吹量算法模型

由于倒罐時罐重信號數據波動幅度較大，瞬時噴吹量算法模型以倒罐后5 min之內和倒罐后5 min之外為分界點，分別采用不同的算法。

1）倒罐后5 min之內瞬時噴吹量算法模型。在倒罐后5 min之內，按照噴煤罐開始噴煤時刻記錄經過濾波后的罐重值A（t），同時進行時間計算，設定時間為C（h），并且再設置1個5 s定時器，從倒罐噴煤的開始時刻每個5 s中采集一次經過濾波后的罐重值B（t）。這樣采用如下公式計算出倒罐后前5 min之內的瞬時噴吹量，倒罐后前5 min之內的瞬時噴吹量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，這樣瞬時噴吹量的值就實現了濾波效果，數值不會躍變，比較客觀真實地反映倒罐后前5 min之內的瞬時噴吹量。

2）倒罐后5 min之外瞬時噴吹量算法模型。在這一階段原來的瞬時噴吹量算法模型計算出來的瞬時噴吹量，表現為數據突然上升或下降，波動較大。主要原因為操作人員在根據瞬時量數據進行噴吹設備操作的過程中引起噴吹罐壓力、流量等參數突變，造成數據失真。對于這個問題，構建的瞬時噴吹量算法模型采用對罐重值進行二次濾波和優化數據的方法進行處理。對于經過一次濾波的罐重值采用同樣的技術手段進行二次濾波，參與到倒罐后5 min之外瞬時噴吹量算法模型計算，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采集一次經過二次濾波后的罐重值，并在每5 s的觸發時間將罐重值放入寄存器W［60］中。在第1個5 s的時刻將W［60］放入寄存器W［59］中，依次循環。在第60個5 s的時刻將W［1］放入寄存器W［0］中。這樣，倒罐后前5 min之外的瞬時噴吹量I=（W［0］-W［60］）×12。

4.2程序設計

程序采用Rockwell公司Rslogix 5000軟件開發，在程序設計中，依靠噴吹罐噴吹狀態信號觸發5 s方波信號，利用5 s方波信號采集料罐罐重值，并實現在60個寄存器中數據傳遞，實現濾波和微分效果。

瞬時噴吹量算法模型消除了瞬時噴吹量數據失真的問題，算法模型計算出來的瞬時噴吹量沒有出現數據突然上升或下降的現象，比較真實的反映了瞬時噴吹量數據，提高了瞬時噴吹量的準確性，有助于高爐調劑。

4.3應用效果

噴煤操作人員根據高爐生產的需要和設備的工況條件隨時操作設備，對瞬時噴吹量進行調節，使瞬時噴吹量與高爐要求的瞬時噴吹量相一致，調節的重要依據就是依照算法模型計算出來的瞬時噴吹量數據曲線，較之以前的瞬時噴吹量算法模型。改進后的瞬時噴吹量算法模型計算出來的數據更加接近真實情況，曲線波動較小，解決了原算法的數據波動弊端，實現穩定、精準噴吹。

以3 200 m3高爐噴煤生產班組統計為例，高爐需求瞬時噴吹量為45 t/h。按照高爐需求瞬時噴吹量和實際瞬時噴吹量的差值在45 t/h且持續時間＞1 min的噴吹偏差為統計依據，原瞬時噴吹量算法模型計算出來的數據曲線指導生產，平均每小時產生的噴吹偏差達到5次，采用改進后的瞬時噴吹量算法模型后，平均每小時產生的噴吹偏差達到1次，同時瞬時噴吹量偏差的幅度也在減小。

5　結語

小時噴煤量和瞬時噴吹量控制算法的開發應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據失真的弊端，提高了小時噴煤量和瞬時噴吹量的準確性，真實地反映了噴煤生產狀態，實現了提高高爐噴煤系統的精準性，有助于提高對高爐的調劑能力，對于穩定爐況、降低焦比、提高高爐產量有著重要的意義。

［1］尚巍，翟蔚，陳秀清，等.高爐噴煤預計模型的改進［J］.遼寧科技大學學報，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年畢業于安徽工業大學自動化專業?，F為山鋼股份濟南分公司檢修工程公司高爐部工程師，從事高爐煉鐵自動化方面工作。