專利名稱：一種電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，屬于電石生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電石的主要成分是CaC2,是有機合成工·業(yè)的重要原料，在化學工業(yè)中具有重要作用。電石的熔煉過程是一個高溫物理化學變化過程，將焦炭和石灰按一定比例投入爐內(nèi)，在高溫下發(fā)生化學反應(yīng)，產(chǎn)生碳化鈣。電石冶煉通過三相電極向爐內(nèi)導入電流，產(chǎn)生電弧電阻熱，使原料在一定溫度下發(fā)生化學還原反應(yīng)生成電石。電石作為的主要化工原料已經(jīng)成為我國各地重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，尤其是西北地區(qū)電石行業(yè)近些年發(fā)展迅速，規(guī)模不斷擴大，電石產(chǎn)業(yè)也不斷壯大。生產(chǎn)電石的方法主要有電熱法和氧熱法，目前工業(yè)上生產(chǎn)電石的方法主要是電熱法。電熱法生產(chǎn)電石的主要設(shè)備是礦熱電弧爐，大量消耗電熱，被稱為“電老虎”，電石行業(yè)普遍存在高能耗、低效率、操作水平低的問題，隨著國家對電石行業(yè)能耗的控制，電石生產(chǎn)的節(jié)能改造勢在必行。電石爐冶煉操作的關(guān)鍵是控制合理的爐溫，爐溫對爐況和各項技術(shù)經(jīng)濟指標起著決定性的影響。爐溫高，冶煉的效率高，然而會增加爐子的熱損失；爐溫低，爐子的熱損失降低，但是冶煉效率也相應(yīng)降低。因此要使爐溫控制在一個合理的范圍。而爐溫是一個系統(tǒng)的概念，不是定值。當前的技術(shù)水平要精確的掌握這個溫度場是不可能的。在實際生產(chǎn)過程中工人根據(jù)經(jīng)驗判斷爐溫的高低。由于操作水平的不同，造成操作的不穩(wěn)定和能量利用率不高。這就需要開發(fā)一種監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測爐溫的狀況，為工人操作電石爐提供指導，從而達到穩(wěn)定操作和提高能量利用率的目的。電石冶煉的熱能主要來自電能，在電石爐中都變?yōu)闊崮?。電石生產(chǎn)的熱量供給要滿足加熱爐料和進行化學反應(yīng)的能量要求和不可避免的能量損失的要求，這是電爐能夠運行良好的重要條件。而且，進入電石爐內(nèi)電能一部分用于反應(yīng)區(qū)，決定該區(qū)的溫度，促進該區(qū)化學反應(yīng)的進行外；另一部分，則用于未熔化的爐料區(qū)，提高爐料的溫度，并進而熔化爐料，為熔池區(qū)的反應(yīng)，創(chuàng)造良好條件。因此，合理的電能供給和這電能的合理分配是影響電石爐爐溫的重要參數(shù)。電石爐屬于大慣性、大滯后系統(tǒng)，由于操作參數(shù)的變化，對操作結(jié)果的影響往往需要一定的時間后表現(xiàn)出來。在生產(chǎn)過程中需要對這種變化結(jié)果提前做出判斷。各操作參數(shù)對爐溫的影響結(jié)果最終表現(xiàn)在電石液溫度的高低，電石液溫度時爐溫高低的直接表現(xiàn)。因此，對電石液溫度的預測至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，以解決目前實際生產(chǎn)過程中根據(jù)工人經(jīng)驗判斷爐溫的高低所造成的造成操作的不穩(wěn)定和能量利用率不高。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，該爐溫監(jiān)測方法的步驟如下1).根據(jù)電石冶煉生產(chǎn)原理和電石生產(chǎn)工藝過程，采集冶煉過程中的物料成分、電參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，利用電石冶煉過程中物料平衡和熱平衡原理，計算并確定爐熱指數(shù)；
2).將采集到的電石冶煉過程中的影響電石液溫度的狀態(tài)參數(shù)和電參數(shù)以及計算得到的爐熱指數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；
3).采集訓練數(shù)據(jù)輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓練，將采集到影響電石液溫度的實時狀態(tài)參數(shù)和電參數(shù)以及計算得到的爐熱指數(shù)輸入到訓練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，得到電石液溫度的預測值；
4).設(shè)定爐溫趨勢判斷閾值，根據(jù)該判斷閾值和電石液溫度的預測值建立爐溫狀態(tài)判斷準則，根據(jù)爐溫判斷規(guī)則和預測的電石液溫度值判斷爐溫所處的狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，其特征在于所述步驟I)中的物料成分主要包括碳材、生石灰、電極糊、煤氣和電石的化學成分；電參數(shù)包括變壓器檔位、電極電流、電極電壓、電極視在功率、有功功率、無功功率、COScj5、電極升降累計值和電極壓 放量，狀態(tài)參數(shù)包括爐內(nèi)壓力、煙氣溫度、煙氣流量、爐體溫度、爐底溫度、冷卻水狀態(tài)、料斗重量、下料量和電石液溫度。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，其特征在于所述的步驟2)中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為三層BP網(wǎng)絡(luò)模型，包括輸入層、隱含層和輸出層，輸入層包括8個輸入變量，分別為料面溫度、爐壓、下料速率、二次電流、二次電壓、原料配比、配熱系數(shù)和上一爐電石液溫度，隱含層神經(jīng)元數(shù)為6，輸出層神經(jīng)元個數(shù)為1，其輸出變量為電石液溫度。所述步驟4)中的爐溫趨勢判斷準則為
當T>c時，判斷爐溫為已熱；當T〈a時，判斷爐溫為已涼；當a〈T〈b_At時，判斷爐溫為向涼；當b+Λ t〈T〈c時，判斷爐溫為向熱；其他情況時，判斷爐溫為正常爐溫；其中T為電石液溫度預測值，a、b和c為爐溫趨勢判斷閥值，可以根據(jù)冶煉經(jīng)驗設(shè)定，且a〈b〈c。所述的步驟I)中的爐熱指數(shù)包括爐料配熱系數(shù)和高溫區(qū)熱盈余，所述爐料配熱系數(shù)為爐料區(qū)分得的能量與進入爐內(nèi)總能量的比值，所述的高溫區(qū)熱盈余為電石液的最終顯熱與電石液的初始顯熱的差值。所述的監(jiān)測方法還將爐熱指數(shù)、電石液冶煉過程的狀態(tài)參數(shù)和電石液溫度以及爐溫狀態(tài)存儲到數(shù)據(jù)庫中并顯示在顯示器上，方便操作人員直接了解爐內(nèi)各種狀態(tài)的變化。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用物料平衡和熱平衡計算推導出綜合反應(yīng)爐熱狀態(tài)的爐熱指數(shù)，然后利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測電石液溫度，根據(jù)預測到的電石液溫度判斷爐溫狀態(tài)指導電石生產(chǎn)，穩(wěn)定了電石爐操作，避免和減少了電石爐嚴重失常，對降低電能消耗發(fā)揮了重要作用。


圖I是兩端電石爐平衡計算模型 圖2是本發(fā)明電石爐溫監(jiān)測方法中所用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖3是本發(fā)明電石爐溫監(jiān)測方法中所用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的計算流程 圖4是本發(fā)明電石爐溫監(jiān)測方法中爐溫趨勢判斷窗口 圖5是本發(fā)明電石爐溫監(jiān)測方法中爐熱指數(shù)狀態(tài)顯示窗口 圖6是本發(fā)明電石爐溫監(jiān)測方法中電石液溫度顯示窗口圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明。電石生產(chǎn)是生石灰和碳素原料憑借電弧熱和電阻熱在1800 2200°C的高溫下反應(yīng)而制得碳化鈣，碳化鈣的生成反應(yīng)是CaO + 3C = CaC2 + CO _466kJ，同時電石爐內(nèi)還進行著一系列的副反應(yīng)，電石爐內(nèi)電路可歸納為電極下端與爐底(熔池)間構(gòu)成的星形回路和每兩電極間爐料形成的三角形回路，電石爐被分為爐料區(qū)和反應(yīng)區(qū)兩個區(qū)，爐料在爐料區(qū)保持固體狀態(tài)，CaC2的生成反應(yīng)是在進入反應(yīng)區(qū)后大量進行的，氧化物的還原反應(yīng)全部在反應(yīng)區(qū)進行，爐料區(qū)和反應(yīng)區(qū)之間沒有對流換熱和輻射換熱。本發(fā)明的電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法的具體步驟如下
I.根據(jù)電石生產(chǎn)原理以及電石生產(chǎn)工藝過程，將電石爐分為兩個區(qū)，分別是爐料區(qū)和 反應(yīng)區(qū)，假設(shè)爐料區(qū)與反應(yīng)區(qū)的理論分界線為1800°C，爐料由爐料區(qū)進入反應(yīng)區(qū)的溫度為1800°c,由反應(yīng)區(qū)上升到爐料區(qū)的煤氣溫度為1900°c，爐料在爐料區(qū)保持固體狀態(tài)，氧化物的還原反應(yīng)全部在反應(yīng)區(qū)進行，爐料區(qū)和反應(yīng)區(qū)之間沒有對流換熱和輻射換熱；采集冶煉過程中的狀態(tài)參數(shù)和操作參數(shù)，狀態(tài)參數(shù)包括爐內(nèi)壓力、煙氣溫度、煙氣流量、爐體溫度、爐底溫度、冷卻水狀態(tài)、料斗重量和下料量，計算爐料配熱系數(shù)和高溫區(qū)熱盈余，爐料配熱系數(shù)反應(yīng)能力啊哦在爐內(nèi)的分配情況，其值等于爐料區(qū)分得的能量與進入爐內(nèi)總能量的比值
料/0總
其中C代表爐料配熱系數(shù)，代表爐料區(qū)分得的能量，義6代表進入爐內(nèi)的總能量，高溫區(qū)熱盈余的大小反映了爐內(nèi)的熱狀態(tài)，未進入電石爐內(nèi)的能量除去首先要滿足加熱爐料和進行化學反應(yīng)的能量要求和損失的能量外，還要用于加熱電石液，使電石液的溫度升高的熱量，設(shè)以滿足CaC2生成的低位溫度1800°C為電石液的初始溫度，電石液的初始顯熱為Q1800,電石液的最終溫度為T,電石液的最終顯熱為Ps，則反應(yīng)區(qū)的熱盈余2.建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示，由輸入層、隱含層和輸出層構(gòu)成，其中輸入層包括8個輸入變量，分別為料面溫度、爐壓、下料速率、二次電流、二次電壓、原料配比、配熱系數(shù)和上一爐電石液溫度，隱含層神經(jīng)元數(shù)代表網(wǎng)絡(luò)輸入與輸出之間的非線性程度，對模型的訓練速度和預報能力有著重要影響，神經(jīng)元太少會影響網(wǎng)絡(luò)輸入層提取有價值的特征，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓練不出來或網(wǎng)絡(luò)不強壯，容錯性差，但神經(jīng)元數(shù)太多又使學習時間過長，且誤差也不一定最佳，根據(jù)公式L〈N-1，N為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層神經(jīng)元個數(shù)，L為隱含層神經(jīng)元個數(shù)，這里選取隱含層的神經(jīng)元個數(shù)為6，輸出層神經(jīng)元的個數(shù)取決與對網(wǎng)絡(luò)功能的眼球，本模型要實現(xiàn)電石液溫度的預測，故輸出變量為電石液溫度，即輸出層神經(jīng)元的個數(shù)為1，本發(fā)明中選取的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)為8-6-1。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的計算流程如圖3所示，首先采集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓練數(shù)據(jù)，這里訓練數(shù)據(jù)包括料面溫度、爐壓、下料速率、二次電流、二次電壓、原料配比、配熱系數(shù)和上一爐電石液溫度，采集到的上述數(shù)據(jù)經(jīng)處理后制作成樣本對，輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓練，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型通過不斷的調(diào)節(jié)各參數(shù)的權(quán)值，減小誤差，當誤差小于設(shè)定值時，采集實時數(shù)據(jù)推導電石液的溫度，同時將實時數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，制作成樣本對，對該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)訓練，以提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精度，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型根據(jù)實時采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過推導后預測出電石液的溫度值。3.以電石液溫度的預測值為標準判斷爐溫所處的狀態(tài)，首先將爐溫狀態(tài)分為五個區(qū)域，即
1).當T>c時，爐溫狀態(tài)為“已熱”；
2).當T〈a時，爐溫狀態(tài)為“已涼”；
3).當a〈T〈b_At時，爐溫狀態(tài)為“向涼”；
4).當b+Λt〈T〈c時，爐溫狀態(tài)為“向熱”；
5).其余為為正常爐溫狀態(tài)。
其中T為由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預測處的電石液的溫度值，a、b和c為爐溫趨勢判斷閥值，該閥值根據(jù)冶煉經(jīng)驗設(shè)定，且a〈b〈c。4.根據(jù)爐溫判斷規(guī)則和預測的電石液溫度判斷爐溫所處的狀態(tài)，并通過直觀的畫面和語言表達當前的實際爐況，將爐溫的最終判斷結(jié)果以指示燈的形式通過顯示器顯示出來，如圖4所示，綠燈代表爐溫正常，黃燈代表爐溫向熱或者向涼，紅燈代表已熱或已涼，并將由平衡計算得到的實時電石液溫度、預測電石液溫度、采集的出爐電石液溫度值以及配熱系數(shù)值通過曲線顯示出來，如圖5和圖6所示，能夠直接地反映出電石爐內(nèi)各種狀態(tài)的變化，方便操作人員實時了解電石生產(chǎn)過程中的相關(guān)參數(shù)，穩(wěn)定電石生產(chǎn)過程中電石爐的操作，避免和減少了電石爐嚴重失常。
權(quán)利要求
1.一種電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，其特征在于該爐溫監(jiān)測方法的步驟如下 1).根據(jù)電石冶煉生產(chǎn)原理和電石生產(chǎn)工藝過程，采集冶煉過程中的物料成分、電參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，利用電石冶煉過程中物料平衡和熱平衡原理，計算并確定爐熱指數(shù)； 2).將采集到的電石冶煉過程中的影響電石液溫度的狀態(tài)參數(shù)和電參數(shù)以及計算得到的爐熱指數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型； 3).采集訓練數(shù)據(jù)輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓練，將采集到影響電石液溫度的實時狀態(tài)參數(shù)和電參數(shù)以及計算得到的爐熱指數(shù)輸入到訓練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，得到電石液溫度的預測值； 4).設(shè)定爐溫趨勢判斷閾值，根據(jù)該判斷閾值和電石液溫度的預測值建立爐溫狀態(tài)判斷準則，根據(jù)爐溫判斷規(guī)則和預測的電石液溫度值判斷爐溫所處的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，其特征在于所述步驟I)中的物料成分主要包括碳材、生石灰、電極糊、煤氣和電石的化學成分；電參數(shù)包括變壓器檔位、電極電流、電極電壓、電極視在功率、有功功率、無功功率、COS Φ、電極升降累計值和電極壓放量，狀態(tài)參數(shù)包括爐內(nèi)壓力、煙氣溫度、煙氣流量、爐體溫度、爐底溫度、冷卻水狀態(tài)、料斗重量、下料量和電石液溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，其特征在于所述的步驟2)中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為三層BP網(wǎng)絡(luò)模型，包括輸入層、隱含層和輸出層，輸入層包括8個輸入變量，分別為料面溫度、爐壓、下料速率、二次電流、二次電壓、原料配比、配熱系數(shù)和上一爐電石液溫度，隱含層神經(jīng)元數(shù)為6，輸出層神經(jīng)元個數(shù)為1，其輸出變量為電石液溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，其特征在于所述步驟4)中的爐溫趨勢判斷準則為 當T>c時，判斷爐溫為已熱；當T〈a時，判斷爐溫為已涼；當a〈T〈b_At時，判斷爐溫為向涼；當b+Λ t〈T〈c時，判斷爐溫為向熱；其他情況時，判斷爐溫為正常爐溫；其中T為電石液溫度預測值，a、b和c為爐溫趨勢判斷閥值，可以根據(jù)冶煉經(jīng)驗設(shè)定，且a〈b〈c。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，其特征在于所述的步驟I)中的爐熱指數(shù)包括爐料配熱系數(shù)和高溫區(qū)熱盈余，所述爐料配熱系數(shù)為爐料區(qū)分得的能量與進入爐內(nèi)總能量的比值，所述的高溫區(qū)熱盈余為電石液的最終顯熱與電石液的初始顯熱的差值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電石生產(chǎn)爐溫監(jiān)測方法，其特征在于所述的監(jiān)測方法還將爐熱指數(shù)、電石液冶煉過程的狀態(tài)參數(shù)和電石液溫度以及爐溫狀態(tài)存儲到數(shù)據(jù)庫中并顯示在顯示器上，方便操作人員直接了解爐內(nèi)各種狀態(tài)的變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電石爐溫監(jiān)測方法，屬于電石生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先根據(jù)電視冶煉原理和上產(chǎn)工藝過程得到爐熱指數(shù)，再根據(jù)爐熱指數(shù)和其它電石生產(chǎn)參數(shù)利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測電石液溫度，最后根據(jù)預測到的電石液溫度判斷爐溫所處的狀態(tài)。本發(fā)明利用物料平衡和熱平衡計算推導出綜合反應(yīng)爐熱狀態(tài)的爐熱指數(shù)，然后利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測電石液溫度，根據(jù)預測到的電石液溫度判斷爐溫狀態(tài)指導電石生產(chǎn)，穩(wěn)定了電石爐操作，避免和減少了電石爐嚴重失常，對降低電能消耗發(fā)揮了重要作用。
文檔編號G01K13/00GK102889944SQ20121034345
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者陳杰, 張建良, 左海濱, 魏燕, 王振岳, 劉征建, 郭維雅, 金鑫, 孫寶東, 張聰, 吳偉, 王汝松 申請人:許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 國家電網(wǎng)公司