基于料面溫度場和布料模型的高爐煤氣流分布在線檢測方法及應(yīng)用.pdf

1、煤氣流分布狀況直接影響高爐煤氣熱能和化學(xué)能的利用效率，關(guān)系到爐內(nèi)溫度分布、軟熔帶結(jié)構(gòu)、爐墻熱負荷、高爐熱平衡狀態(tài)以及高爐爐況的穩(wěn)定順行，高爐操作在很大程度上就是在于謀求合理、適宜的煤氣流分布。但是，高爐是一個高溫、高壓、密閉的容器，高爐內(nèi)煤氣流分布檢測問題是一個典型的“黑箱”問題，直接檢測高爐內(nèi)煤氣流分布十分困難，在一般檢測設(shè)備條件下，操作人員需要利用高爐生產(chǎn)過程的溫度、壓力、爐料分布等多種過程信息間接推斷煤氣流分布。因此，研究煤氣流分

2、布在線檢測及其分布性能評價方法，對于協(xié)助操作人員判斷高爐煤氣流分布和爐況、指導(dǎo)高爐布料操作優(yōu)化來獲取合理煤氣流分布、實現(xiàn)高爐冶煉優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長壽的生產(chǎn)目標，具有現(xiàn)實的經(jīng)濟和科學(xué)指導(dǎo)意義。 本文在分析高爐料面溫度場、料層礦焦比和煤氣流分布關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究了綜合多種高爐過程信息間接推斷煤氣流分布、評價煤氣流分布性能及其變化趨勢的問題，提出了三個模型的建模方法和一個評價指數(shù)形式，探討了高爐煤氣流分布在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)。

3、主要包括提出了基于紅外圖像處理的料面溫度場建模方法、基于運動學(xué)分析的高爐布料模型建模方法、基于可拓評價理論的煤氣流分布性能評價模型建模方法，以及一種表征爐料分布的礦焦比指數(shù)化形式，建立了高爐煤氣流分布綜合監(jiān)測系統(tǒng)，并且得到較好的實際應(yīng)用效果。 本文主要研究工作和創(chuàng)新點如下： (1)提出了一種基于紅外圖像的料面溫度場建模方法。 本文在分析料面溫度場分布特性基礎(chǔ)上，提出了一種基于紅外圖像的料面溫度場建模方法，重點研究

4、了料面溫度場模型圖像特征提取和溫度定標兩個關(guān)鍵問題的解決方法。針對高爐內(nèi)環(huán)境復(fù)雜、干擾較多、料面溫度分布形態(tài)多樣性的特點，以合理反映煤氣流分布區(qū)域為圖像識別原則，提出了基于時間和空間尺度的混合濾波法、基于經(jīng)驗知識和信息熵的最佳閾值選擇策略、基于輪廓跟蹤和中心定標算法的料面溫度場特征提取方法，通過料面溫度場間接反映高爐煤氣流分布，協(xié)助操作人員判斷煤氣流分布的穩(wěn)定性、偏心度、“管道"異常等爐況。針對紅外圖像灰度與溫度對應(yīng)關(guān)系存在不確定性的問

5、題，提出了一種基于圖像灰度統(tǒng)計分布的高爐溫度場動態(tài)定標算法，該算法能夠?qū)叶确旨夐撝翟诰€自適應(yīng)學(xué)習(xí)，動態(tài)地建立溫度定標關(guān)系，較好地反映了高爐內(nèi)爐況變化和溫度場變化情況。 (2)提出了一種基于運動學(xué)原理的布料模型建模方法。 針對無料鐘高爐難直接監(jiān)測爐料分布的情況，本文借助運動學(xué)原理、統(tǒng)計規(guī)律、專家經(jīng)驗等數(shù)學(xué)方法建立高爐布料模型，與傳統(tǒng)布料模型相比，該模型綜合考慮了料面下降、煤氣流速度、焦層塌落對料面形狀的修正，通過Q/r料

6、流模型、料流軌跡模型、爐料分布模型以及礦焦比計算模型獲得高爐的徑向礦焦比分布。基于料層分布的煤氣流分布預(yù)測方法通過建立布料模型獲取料層的礦焦比曲線，通過礦焦比曲線的形態(tài)來間接反映煤氣流的分布形態(tài)。 (3)提出了一種表征爐料分布狀態(tài)的礦焦比指數(shù)化形式。 在高爐生產(chǎn)中，準確了解高爐內(nèi)爐料分布狀態(tài)是調(diào)節(jié)高爐煤氣分布，確保高爐達到理想熱平衡狀態(tài)的必要條件。針對傳統(tǒng)的操作模式依據(jù)專家經(jīng)驗只能定性分析爐料和煤氣流分布的問題，本文提出

7、了礦焦比指數(shù)的概念，通過礦焦比指數(shù)化方法表征不同區(qū)域內(nèi)礦石和焦炭的分布綜合指標，定量化指示爐料分布狀態(tài)。 (4)提出了一種煤氣流分布可拓評價模型。 針對影響煤氣流分布因素多、關(guān)系復(fù)雜的問題，本文根據(jù)煤氣流分布在高爐料面溫度場、爐料分布、煤氣成份等過程信息中的特征表現(xiàn)，提出了煤氣流分布狀況評價指標體系、高爐生產(chǎn)工藝流程中煤氣流分布的評價參數(shù)和評估方法，建立了高爐煤氣流分布性能可拓評估模型，采用定性分析和定量計算相結(jié)合的方法

8、對高爐煤氣流分布狀況進行綜合評價，指導(dǎo)高爐布料優(yōu)化操作，獲得理想的高爐煤氣流分布狀態(tài)。 (5)建立了基于料面溫度場和布料模型的煤氣流分布在線監(jiān)測系統(tǒng)。 研究高爐煤氣流分布在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方法，從工程實現(xiàn)的角度闡述了系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，包括數(shù)據(jù)庫技術(shù)、OPC通信技術(shù)、OpenGL三維顯示等可視化技術(shù)。在一般檢測設(shè)備條件下，通過綜合料面溫度場、礦焦比分布等高爐過程信息，建立高爐煤氣流分布在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對高爐煤氣流分布