專利名稱：對活動(dòng)爐排上燒結(jié)濕鐵礦石球團(tuán)的在線優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)化過程控制的領(lǐng)域。明確地說，本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在鋼鐵工業(yè)中生產(chǎn)鐵礦石球團(tuán)通常需要礦石濃縮階段和鐵礦石濃縮物結(jié)塊階段。 鐵礦石球團(tuán)化過程由兩個(gè)關(guān)鍵階段組成，其中將鐵礦石細(xì)粒與粘合劑(例如，膨潤土)、燃 料(煤炭或焦炭)和熔劑(例如，石灰石)的混合物以及水份一起饋入例如旋轉(zhuǎn)鼓或盤等 造球裝置以生產(chǎn)濕球團(tuán)或生球團(tuán)。這些濕球團(tuán)被裝載到活動(dòng)爐排的導(dǎo)帶上以在燒結(jié)爐的饋 入端處形成顆粒填料床。燒結(jié)實(shí)質(zhì)上是將濕球團(tuán)暴露于高溫且接著冷卻以便賦予必要的機(jī) 械和化學(xué)性質(zhì)且獲得焙燒球團(tuán)的熱處理過程。直爐排燒結(jié)爐用于在高溫下通過熱處理對濕球團(tuán)進(jìn)行燒結(jié)過程。隨著活動(dòng)爐排的 導(dǎo)帶從饋入端移動(dòng)到排放端，顆粒填料床經(jīng)受越來越熱的過程氣體以干燥并焙燒球團(tuán)，且 接著使環(huán)境空氣經(jīng)過以冷卻球團(tuán)。在燒結(jié)過程期間，發(fā)生若干復(fù)雜現(xiàn)象，例如球團(tuán)干燥、硬 化(或烘烤)、熔融和冷卻、焦炭燃燒、磁石氧化以及石灰石煅燒。通常，直爐排燒結(jié)爐包含七個(gè)區(qū)，其中包括向上通風(fēng)干燥(UDD)區(qū)、向下通風(fēng)干燥 (DDD)區(qū)、預(yù)加熱(PH)區(qū)、焙燒(F)或點(diǎn)火(IGN)區(qū)、焙燒后(AF)區(qū)、第一階段冷卻(CZl) 區(qū)和第二階段冷卻(CZ2)區(qū)。在爐內(nèi)部，氣體/空氣流相對于從饋入端到排放端的床移動(dòng) 在正交流方向上垂直流動(dòng)穿過多孔移動(dòng)床。爐的活動(dòng)爐排上的物理化學(xué)過程的多元交互作 用使得所述過程具有高度交互性且因此控制較復(fù)雜。從燒結(jié)過程形成的鐵礦石球團(tuán)的質(zhì)量由其在此熱處理期間實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)度界定，且與 將濕球團(tuán)暴露于爐內(nèi)部的時(shí)間-溫度歷史具有直接關(guān)系。歸因于缺少任何用以直接測量爐 內(nèi)部的顆粒填料床溫度曲線的手段，基于在活動(dòng)爐排的導(dǎo)帶下方離開床的廢氣的最高溫度 來間接控制所述操作。然而，監(jiān)視廢氣溫度并不揭露顆粒填料床的完整熱圖片。而且，在缺 乏任何用以測量其強(qiáng)度的實(shí)時(shí)手段的情況下，必須將從爐排放的焙燒鐵礦石球團(tuán)帶到實(shí)驗(yàn) 室以進(jìn)行離線測試。然而，僅僅由于在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中進(jìn)行樣本采集和測試所需要的時(shí)間，可 能要每2小時(shí)或4小時(shí)的間隔才獲得此信息。因此，需要一種實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)，其基于可靠的過程模型來檢測并修改過程參數(shù)以 在增加生產(chǎn)水平、降低操作成本、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量控制且降低能量和燃料消耗的方面增加過 程效率。已經(jīng)做出若干嘗試來使過程控制自動(dòng)化且提供實(shí)時(shí)優(yōu)化，這些揭露內(nèi)容中的一些 發(fā)明在以下現(xiàn)有技術(shù)中列出第6513024號美國專利揭示一種自優(yōu)化方法及其物品，其用于通過按照計(jì)算機(jī)設(shè) 計(jì)的測試矩陣對選定控制變量實(shí)行若干自動(dòng)實(shí)驗(yàn)循環(huán)來快速改進(jìn)或優(yōu)化對象的性能。所述 物品包含計(jì)算機(jī)可讀程序代碼構(gòu)件，其用于相對于多個(gè)控制變量對可優(yōu)化的對象執(zhí)行多個(gè) 計(jì)算機(jī)化的自動(dòng)實(shí)驗(yàn)循環(huán)，其中計(jì)算機(jī)可讀程序代碼構(gòu)件執(zhí)行以下步驟在所述循環(huán)中的每一者內(nèi)計(jì)算機(jī)規(guī)劃所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)；計(jì)算機(jī)執(zhí)行每一實(shí)驗(yàn)循環(huán)以獲得測試結(jié)果；計(jì)算機(jī)分 析所述測試結(jié)果以優(yōu)化對象的性能；計(jì)算機(jī)編碼以供以可讀形式存儲；以及計(jì)算機(jī)存儲。第2002013664號美國公開案揭示一種用于控制并監(jiān)視旋轉(zhuǎn)設(shè)備的系統(tǒng)和方法。 US2002013664中的揭露內(nèi)容提供一種用于使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或加權(quán)距離分類符監(jiān)視機(jī)械組件 的計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，其中所述方法參考一組預(yù)定候選數(shù)據(jù)特征以用于傳感器測量所述組 件的操作屬性且導(dǎo)出那些特征中隨后實(shí)時(shí)用以確定參數(shù)變量的子集。當(dāng)遇到異常測量時(shí)實(shí) 時(shí)更新數(shù)據(jù)庫。第2009193936號美國公開案揭示一種用于在吹氧爐中進(jìn)行在線質(zhì)量預(yù)測和控制 的方法和系統(tǒng)。根據(jù)US2009193936的系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)庫，其經(jīng)配置以存儲與第一傾爐質(zhì)量 相關(guān)聯(lián)的歷史數(shù)據(jù)；耦合到數(shù)據(jù)庫的預(yù)測模塊，其包括基于支持向量回歸的爐的計(jì)算機(jī)實(shí) 施的模型，支持向量回歸是用以產(chǎn)生第一傾爐質(zhì)量的預(yù)測的統(tǒng)計(jì)技術(shù)，且所述預(yù)測模塊進(jìn) 一步經(jīng)配置以接收歷史數(shù)據(jù)；以及逐輪控制模塊，其耦合到預(yù)測模塊且經(jīng)配置以將模型應(yīng) 用于歷史數(shù)據(jù)以獲得第一傾爐質(zhì)量的預(yù)測并將所述預(yù)測與實(shí)際測量進(jìn)行比較以調(diào)整吹氧 爐的控制配方。第2010219567號美國公開案揭示一種用于控制例如連續(xù)退火線或鍍敷線等過程 線的設(shè)備及其方法，其中在所述過程線上連續(xù)處理鋼材料。如US2010219567中所揭示的方 法包含在位于加熱過程之前的位置處且在位于冷卻過程之后的位置處測量鋼材料的質(zhì)量， 檢查測量結(jié)果以基于確定標(biāo)準(zhǔn)確定材料是否為可接受的，記錄于數(shù)據(jù)庫中，校正包括加熱 或冷卻溫度以及鋼材料的輸送速度在內(nèi)的過程條件。第W020109M30號PCT公開案揭示一種用于針對回收鍋爐優(yōu)化參數(shù)的的方法及系 統(tǒng)。W0201092430的系統(tǒng)揭示具有過程模型的過程模型組件，所述過程模型描述至少一個(gè) 單元的各種過程變量之間的關(guān)系；參數(shù)估計(jì)組件，其用以估計(jì)至少一個(gè)單元參數(shù)；控制器 組件，其用以基于所估計(jì)的參數(shù)來控制第二單元，其中所述過程模型完全或部分基于第一 原理數(shù)學(xué)模型且參數(shù)估計(jì)組件使用沿鍋爐的各種單元進(jìn)行的在線測量，使用過程模型計(jì)算 過程變量，使用實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)來估計(jì)不可直接測量的鍋爐參數(shù)。由多米尼克·波默洛(Dominique Pomerleau)等人在第11屆地中?？刂?與自動(dòng)化會(huì)議上公開的題目為“模擬氧化鐵球團(tuán)燒結(jié)爐的優(yōu)化(Optimization of a simulatediron-oxide pellets induration furnace)，，白勺技術(shù)論文建i義基于<吏用 IMC優(yōu)化 算法、靜態(tài)非線性優(yōu)化算法的可靠過程模型實(shí)時(shí)優(yōu)化燒結(jié)爐，所述模型提供如氣流溫度曲 線、氣流中的能量平衡和壓降等過程參數(shù)。本發(fā)明揭示一種此類優(yōu)化系統(tǒng)，其尤其針對用于生產(chǎn)鐵礦石球團(tuán)的燒結(jié)爐，所述 優(yōu)化系統(tǒng)使用用于實(shí)時(shí)預(yù)測無法在線測量的過程和球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)的基于模型的組件以及 模擬與優(yōu)化算法，所述算法用以實(shí)施燒結(jié)爐的操作的實(shí)時(shí)優(yōu)化以在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況 下優(yōu)化生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是提供一種用以優(yōu)化用于生產(chǎn)鐵礦石球團(tuán)的燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其增加了爐生產(chǎn)率。本發(fā)明的再一目的是提供一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其連續(xù)監(jiān)視燒結(jié)爐 的操作，建議所操縱的過程參數(shù)的最佳值，且進(jìn)而給出一致的產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明的又一目的是提供一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)預(yù)測沿著爐 的整個(gè)長度和高度的無法直接測量的過程參數(shù)，例如，爐內(nèi)部的球團(tuán)和氣體的溫度曲線和 化學(xué)成分曲線。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)預(yù)測無法 直接測量的焙燒球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)，包括冷壓縮強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和磨損指數(shù)。本發(fā)明的再一目的是提供一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其減少了爐的燃料 消耗。本發(fā)明的又一目的是提供一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)連續(xù)地提供 爐內(nèi)部的熱條件，這是對焙燒球團(tuán)質(zhì)量具有強(qiáng)力影響的關(guān)鍵因素。本發(fā)明的額外目的是提供一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其減少了燒結(jié)過程 的總操作成本和生產(chǎn)成本。本發(fā)明的概要根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含·交互式構(gòu)件，其用以監(jiān)視和控制所述爐以提供經(jīng)優(yōu)化的爐操作，所述交互式構(gòu)件 選自由可編程邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(tǒng)(DCQ和監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)組 成的群組，所述交互式構(gòu)件適于與所述爐通信以實(shí)時(shí)檢索在線過程數(shù)據(jù)，且適于實(shí)時(shí)發(fā)送 所述在線過程數(shù)據(jù)以供處理，且在其中接收優(yōu)化信號以傳送到所述爐以用于更改所述爐的 至少一個(gè)過程條件； 校準(zhǔn)構(gòu)件，其用于為了驗(yàn)證目的而產(chǎn)生多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)，所述校準(zhǔn)構(gòu)件包括用于 接收與所述爐相關(guān)的過程信息的實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)，所述過程信息是選自由焙燒球團(tuán)質(zhì)量參 數(shù)、鐵礦石的物理特性、所述鐵礦石的化學(xué)特性、燃料(煤炭或焦炭)的物理特性、所述燃料 (煤炭或焦炭)的化學(xué)特性、熔劑(石灰石)的物理特性和所述熔劑(石灰石)的化學(xué)特性 組成的群組中的至少一者，且適于處理所述信息以產(chǎn)生多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)以校準(zhǔn)所述爐以在 經(jīng)優(yōu)化的水平下操作；以及·處理單元，其適于執(zhí)行實(shí)時(shí)優(yōu)化，所述處理單元適于實(shí)時(shí)接收所述在線過程數(shù)據(jù) 和所述多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)，且包含計(jì)算構(gòu)件，其經(jīng)配置以使用所述在線過程數(shù)據(jù)來計(jì)算多個(gè) 實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)；確證構(gòu)件，其經(jīng)配置以使所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者與對應(yīng) 的理想設(shè)定點(diǎn)匹配；報(bào)警構(gòu)件，其經(jīng)配置以在所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者不匹 配于所述對應(yīng)的理想設(shè)定點(diǎn)的情況下產(chǎn)生信號以用于優(yōu)化至少一個(gè)過程條件；優(yōu)化構(gòu)件， 其經(jīng)配置以在接收到來自所述報(bào)警構(gòu)件的所述信號時(shí)產(chǎn)生至少一個(gè)優(yōu)化信號，所述至少一 個(gè)優(yōu)化信號被傳送到所述交互式構(gòu)件以用于優(yōu)化所述爐的所述操作。通常，根據(jù)本發(fā)明，所述處理單元包含接收器構(gòu)件，所述接收器構(gòu)件用以接收來自 所述交互式構(gòu)件的所述在線過程數(shù)據(jù)和來自所述校準(zhǔn)構(gòu)件的所述多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，所述處理單元包含中央儲存庫，所述中央儲存庫用以在預(yù)定 持續(xù)時(shí)間內(nèi)存儲所述在線過程數(shù)據(jù)、所述多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)、所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)以及 所述優(yōu)化信號。
根據(jù)本發(fā)明，所述計(jì)算構(gòu)件進(jìn)一步適于使用所述在線過程數(shù)據(jù)來計(jì)算不可直接測 量的過程參數(shù)和焙燒球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)，所述不可直接測量的過程參數(shù)包括跨越所述爐的各個(gè) 區(qū)段的球團(tuán)和氣流的熱曲線、球團(tuán)和氣流的成分曲線、所述氣流的壓降、球團(tuán)水份干燥曲 線、煤炭或焦炭燃燒曲線和石灰石煅燒曲線，所述焙燒球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)包括冷壓縮強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓 指數(shù)和磨損指數(shù)。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，所述處理單元包括輸出構(gòu)件，所述輸出構(gòu)件適于將所述優(yōu)化 信號傳輸?shù)剿鼋换ナ綐?gòu)件和所述中央儲存庫。通常，根據(jù)本發(fā)明，顯示模塊提供于所述交互式構(gòu)件與所述處理單元之間。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，所述在線過程數(shù)據(jù)和所述過程信息包含所述爐的各個(gè)區(qū)段 的尺寸、例如微粒大小分布、化學(xué)成分、水份含量等濕鐵礦石球團(tuán)性質(zhì)，以及煤炭/焦炭和 石灰石的微粒大小分布、氣流溫度、化學(xué)成分、水份含量、壓力和流動(dòng)速率、床高度、爐排速 度和底料層的細(xì)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于優(yōu)化用于生產(chǎn)鐵礦石球團(tuán)的燒結(jié)爐的操作的方法，所 述方法包含以下步驟·為了驗(yàn)證目的在具有實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的校準(zhǔn)構(gòu)件中通過處理與所述爐相關(guān)的過 程信息而產(chǎn)生多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)，所述過程信息選自由焙燒球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)以及鐵礦石、燃料 (煤炭或焦炭)和熔劑(石灰石)的物理和化學(xué)特性組成的群組；·通過交互式構(gòu)件實(shí)時(shí)檢索所述在線過程數(shù)據(jù)，所述交互式構(gòu)件選自由可編程邏 輯控制器、分布式控制系統(tǒng)和監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的群組，其中所述交互式構(gòu)件經(jīng)提 供以與所述爐通信以實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制所述爐，以提供經(jīng)優(yōu)化的爐操作；·將所述在線過程數(shù)據(jù)和所述多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)傳輸?shù)教幚韱卧杂糜趯?shí)時(shí)優(yōu)化； 在所述處理單元的計(jì)算構(gòu)件中通過處理所述在線過程數(shù)據(jù)來計(jì)算多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng) 設(shè)定點(diǎn)；·在所述處理單元的確證構(gòu)件中使所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者與對應(yīng) 的理想設(shè)定點(diǎn)匹配； 在所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者不匹配于所述對應(yīng)的理想設(shè)定點(diǎn)的情 況下在所述處理單元的報(bào)警構(gòu)件中發(fā)信號以用于優(yōu)化；·在所述處理單元的優(yōu)化構(gòu)件中產(chǎn)生至少一個(gè)優(yōu)化信號，以用于更改所述爐的至 少一個(gè)過程條件；以及 將所述優(yōu)化信號傳送到所述交互式構(gòu)件以用于實(shí)時(shí)優(yōu)化所述爐的所述操作。通常，根據(jù)本發(fā)明，用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的方法包括將所述在線過程數(shù)據(jù)、所述 多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)、所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)以及所述優(yōu)化信號存儲在中央儲存庫中的步
馬聚ο優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的方法包括將所述優(yōu)化信號手動(dòng)或 自動(dòng)傳輸?shù)剿鼋换ナ綐?gòu)件的步驟。通常，根據(jù)本發(fā)明，用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的方法包括經(jīng)由所述交互式構(gòu)件介接 所述處理單元與所述爐的步驟。根據(jù)本發(fā)明，用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的方法包括在離線模式中獲得所述過程的詳 細(xì)分析的步驟。
通常，根據(jù)本發(fā)明，用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的方法包括優(yōu)化所述過程條件的步驟， 所述過程條件選自由所述爐的各個(gè)區(qū)段中的球團(tuán)床的高度、活動(dòng)爐排的速度、冷卻氣流的 流動(dòng)速率、點(diǎn)火氣體的溫度以及所述氣流的壓降組成的群組。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的方法包含根據(jù)所述爐排上的球團(tuán) 的流動(dòng)速率和最終產(chǎn)品的質(zhì)量參數(shù)來選擇所述多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的步驟。


現(xiàn)將借助于附圖來描述本發(fā)明，在附圖中圖1說明展示根據(jù)本發(fā)明的與處于操作條件中的燒結(jié)爐通信的優(yōu)化系統(tǒng)的示意 圖；圖2說明根據(jù)本發(fā)明的用于優(yōu)化處于操作條件中的燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)的示意 圖；圖3說明根據(jù)本發(fā)明的用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)的處理單元的示意圖；圖4說明根據(jù)本發(fā)明的在操作上與燒結(jié)過程通信的優(yōu)化系統(tǒng)的模型的示意圖；圖5說明根據(jù)本發(fā)明的在線優(yōu)化過程的示意圖；圖6說明展示根據(jù)本發(fā)明的球團(tuán)床溫度輪廓的實(shí)時(shí)預(yù)測的示意圖；圖7說明根據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明優(yōu)化系統(tǒng)的驗(yàn)證的圖形表示，其展示所預(yù)測的風(fēng)箱 溫度與來自工業(yè)燒結(jié)爐的實(shí)際測量值的比較，數(shù)據(jù)由瑟爾比(Thurlby)等人在礦物處理國 際雜志第6期(1979年)第43-64頁中公布；圖8說明根據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明優(yōu)化系統(tǒng)的驗(yàn)證的圖形表示，其展示所預(yù)測的床溫 度與不同風(fēng)箱中的各種床高度處的床溫度的比較，數(shù)據(jù)由瑟爾比(Thurlby)等人在礦物處 理國際雜志第6期(1979年)第43-64頁中公布；以及圖9說明根據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明優(yōu)化系統(tǒng)的驗(yàn)證的圖形表示，其展示所預(yù)測的 床溫度與不同床高度處的罐爐排單元內(nèi)部的實(shí)際床溫度測量值的比較，數(shù)據(jù)由瑟爾比 (Thurlby)等人在礦物處理國際雜志第6期(1979年)第43-64頁中公布。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將參看附圖描述本發(fā)明，附圖不限制本發(fā)明的范圍和領(lǐng)域。完全借助于實(shí)例和 說明來提供所述描述。本發(fā)明設(shè)想一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)使用基于模型的優(yōu) 化組件，其是基于爐內(nèi)部的交互階段之間的熱量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移的基本原理、水份的蒸發(fā)與冷 凝動(dòng)力學(xué)、操作期間焦炭燃燒和石灰石煅燒的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和穿過多孔顆粒填料床的氣 流的流動(dòng)速率來開發(fā)的。本發(fā)明的系統(tǒng)監(jiān)視爐的活動(dòng)爐排上的顆粒填料床中的鐵礦石球團(tuán) 的流動(dòng)速率以及爐內(nèi)部的各種氣流的流動(dòng)速率，且預(yù)測鐵礦石球團(tuán)強(qiáng)度和其它質(zhì)量參數(shù)以 及鐵礦石球團(tuán)床在爐的各個(gè)區(qū)段處的滲透性、多孔性、碳消耗曲線、石灰石消耗曲線和水份 干燥曲線。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)預(yù)測不可直接測量的過程參數(shù)，如在爐的各個(gè)區(qū)段處的爐內(nèi) 部的固相和氣相的熱曲線、針對固相和氣相兩者的爐內(nèi)部的各種化學(xué)物質(zhì)的成分曲線以及 跨越爐的各個(gè)區(qū)的氣相壓降。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)預(yù)測跨越球團(tuán)床的尺寸的水份濃度曲線、碳濃度曲線和碳酸鈣濃度曲線以及固體多孔床的滲透性。其還預(yù)測沿爐的長度和高度的氣相中的氧氣、二氧 化碳和水份濃度。出于此目的，使用床下方的廢氣溫度來自動(dòng)調(diào)諧和校準(zhǔn)所述系統(tǒng)。所述 系統(tǒng)可在各種操作范圍內(nèi)以在線模式和離線模式來使用。在在線模式中，系統(tǒng)通過交互式 構(gòu)件與爐介接，所述交互式構(gòu)件實(shí)時(shí)監(jiān)視并控制爐的操作。在離線模式中，系統(tǒng)可用于過程 的詳細(xì)分析和診斷。本發(fā)明的系統(tǒng)主要包含交互式構(gòu)件，其經(jīng)提供為在操作期間與爐通信以從(例 如)可編程邏輯控制或分布式控制系統(tǒng)或監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)室信息與管理系 統(tǒng)實(shí)時(shí)檢索在線過程數(shù)據(jù)；所述交互式構(gòu)件適于在其中接收優(yōu)化信號，以更改爐的至少一 個(gè)過程條件；校準(zhǔn)構(gòu)件，其為了驗(yàn)證目的而產(chǎn)生多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)；處理單元，其使用在線 過程數(shù)據(jù)在計(jì)算構(gòu)件中計(jì)算多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)；確證構(gòu)件，其用于使所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng) 設(shè)定點(diǎn)中的至少一者與對應(yīng)的理想設(shè)定點(diǎn)匹配；報(bào)警構(gòu)件，其在所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn) 中的至少一者不匹配于對應(yīng)的理想設(shè)定點(diǎn)的情況下產(chǎn)生信號；以及優(yōu)化構(gòu)件，其產(chǎn)生優(yōu)化 信號以更改爐的至少一個(gè)過程條件；所述交互式構(gòu)件接收優(yōu)化信號以更改爐的至少一個(gè)過 程條件，所述優(yōu)化信號被實(shí)時(shí)傳送到爐，進(jìn)而增強(qiáng)生產(chǎn)率，同時(shí)將產(chǎn)品質(zhì)量維持在合意的規(guī) 格內(nèi)。系統(tǒng)具備中央儲存庫，其用于存儲過程相關(guān)數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)逐日記錄。任選地，處理單元 進(jìn)一步包含輸出構(gòu)件，其經(jīng)提供為與優(yōu)化構(gòu)件通信，以將優(yōu)化信號傳輸?shù)浇换ナ綐?gòu)件和中 央儲存庫。本發(fā)明中所設(shè)想的計(jì)算構(gòu)件包含多個(gè)模型，其具有一組非線性部分微分和代數(shù)方 程式，其輔助使用實(shí)時(shí)在線過程數(shù)據(jù)來計(jì)算氣相和固相的總材料平衡和能量平衡、每一相 中所有個(gè)別物質(zhì)沿爐的整體長度和高度的材料平衡以及爐內(nèi)部的氣相壓降。計(jì)算構(gòu)件基于 在線過程數(shù)據(jù)通過跨越顆粒填料床的整個(gè)尺寸將含有鐵礦石球團(tuán)的顆粒填料床劃分成細(xì) 網(wǎng)格來模擬爐操作。在這些網(wǎng)格中的每一者處，對模型方程式進(jìn)行求解以估計(jì)過程的總狀 態(tài)。圖1說明展示與處于操作條件中的直爐排燒結(jié)爐通信的本發(fā)明的優(yōu)化系統(tǒng)的示 意圖，所述爐大體上由參考標(biāo)號10表示。用于優(yōu)化燒結(jié)爐10的操作的系統(tǒng)(大體上由參 考標(biāo)號12表示)連接到交互式構(gòu)件(圖1中未展示)，所述交互式構(gòu)件包含可編程邏輯控 制器(PLC)或分布式控制系統(tǒng)(DCQ或監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)，所述監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)(SCADA)又控制燒結(jié)爐10的過程條件。通常，直爐排燒結(jié)爐10由七個(gè)區(qū)組成，其包括向上通風(fēng)干燥區(qū)(UDD)、向下通風(fēng)干 燥區(qū)(DDD)、預(yù)加熱區(qū)(PHZ)、點(diǎn)火區(qū)(IGN)、焙燒后區(qū)(AFZ)、第一冷卻區(qū)(CZl)和第二冷卻 區(qū)(CZ2)。濕鐵礦石球團(tuán)以顆粒填料床的形式放置于燒結(jié)爐10的活動(dòng)爐排上。當(dāng)活動(dòng)爐排 在操作中時(shí)，濕鐵礦石球團(tuán)進(jìn)入燒結(jié)爐10的UDD區(qū)且經(jīng)受熱氣體以用于在UDD和DDD區(qū)中 干燥濕球團(tuán)。濕鐵礦石球團(tuán)在UDD中在初始干燥階段中以向上通風(fēng)干燥模式干燥且在DDD 中在第二干燥階段中以向下通風(fēng)干燥模式干燥。濕鐵礦石球團(tuán)中所含有的大量水在UDD和 DDD區(qū)中蒸發(fā)。從第二干燥區(qū)DDD，經(jīng)干燥的鐵礦石球團(tuán)的顆粒填料床進(jìn)入燒結(jié)爐10的PHZ， 其中燒結(jié)或焙燒過程開始。燒結(jié)過程在IGN和AFZ區(qū)中通過從罩燃燒器(大體上由20表 示)發(fā)射的熱量而加速。來自罩燃燒器20的熱量在IGN區(qū)處進(jìn)入燒結(jié)爐10。在焙燒之后， 將鐵礦石球團(tuán)發(fā)送到冷卻區(qū)(CZl和CZ2)以用于將球團(tuán)冷卻到合適的處置溫度。冷卻空氣流沈在冷卻區(qū)CZl處進(jìn)入燒結(jié)爐10且穿過鐵礦石球團(tuán)床。從冷卻區(qū)
9CZl出來的流沈具有通常為1000°C的平均溫度。接著分配所述流沈且在PHZ、IGN和AFZ 區(qū)中使用吹風(fēng)機(jī)將其向下通風(fēng)拉動(dòng)穿過鐵礦石球團(tuán)的顆粒填料床。IGN區(qū)進(jìn)一步被提供來 自罩燃燒器20的額外熱量，進(jìn)而使新氣流的溫度升高到約1200°C到1300°C。來自焙燒區(qū) PHZ、IGN和AFZ的氣流沈被回收并在向下通風(fēng)干燥區(qū)DDD中用于第二干燥階段。從DDD排 放排氣流觀。進(jìn)入燒結(jié)爐10的另一冷卻氣流27向上通風(fēng)穿過第二冷卻區(qū)CZ2。來自CZ2的排 氣流11進(jìn)一步再循環(huán)到UDD以用于初始干燥階段。從UDD排放排氣流30。系統(tǒng)12接收關(guān)于包括濕球團(tuán)大小分布(PSD)和濕球團(tuán)成分(圖1中由14總體表 示)以及球團(tuán)質(zhì)量(大體上由22表示)在內(nèi)的濕鐵礦石球團(tuán)性質(zhì)的信息。根據(jù)所提供的 數(shù)據(jù)，系統(tǒng)12產(chǎn)生輸出，所述輸出提供進(jìn)入燒結(jié)爐10的鐵礦石球團(tuán)床16的合適高度、應(yīng)操 作活動(dòng)爐排的最佳速度18、冷卻氣流沈和27的流動(dòng)速率以及在20處進(jìn)入的點(diǎn)火氣體的溫 度曲線。來自系統(tǒng)12的此輸出有助于在不損害所要產(chǎn)品質(zhì)量22的情況下最大化生產(chǎn)24。 系統(tǒng)12具備用以實(shí)時(shí)預(yù)測爐10所生產(chǎn)的焙燒鐵礦石球團(tuán)的強(qiáng)度和質(zhì)量的構(gòu)件。因此，系 統(tǒng)12提供用以監(jiān)視所生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的質(zhì)量的直接手段。而且，萬一最終產(chǎn)品的質(zhì)量不滿 足指定標(biāo)準(zhǔn)，那么實(shí)時(shí)更改爐的過程條件，因此節(jié)省時(shí)間和能量。圖2說明在操作上配置有燒結(jié)爐10的系統(tǒng)12的示意圖。交互式構(gòu)件(由標(biāo)號 66指代)包含可編程邏輯控制器(PLC)或分布式控制系統(tǒng)(DCQ或監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (SCADA)，監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)允許系統(tǒng)12在操作期間與爐10介接以實(shí)時(shí)連續(xù)檢 索在線過程數(shù)據(jù)。交互式構(gòu)件66監(jiān)視并控制爐操作以提供經(jīng)優(yōu)化的爐操作。與待在爐10 中實(shí)行的操作相關(guān)的過程信息由校準(zhǔn)構(gòu)件(由標(biāo)號62指代)接收，所述校準(zhǔn)構(gòu)件包含實(shí)驗(yàn) 室信息系統(tǒng)，接收并在其中處理與爐10相關(guān)的過程信息，且產(chǎn)生多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)，其用于 驗(yàn)證目的。由校準(zhǔn)構(gòu)件62產(chǎn)生的多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)考慮到所要的最終球團(tuán)質(zhì)量、鐵礦石、燃 料(煤炭或焦炭)、熔劑(石灰石)和粘合劑(膨潤土)的物理和化學(xué)性質(zhì)，以校準(zhǔn)所述爐 來按經(jīng)優(yōu)化的水平操作。由交互式構(gòu)件66檢索的在線過程數(shù)據(jù)通過線70提供到處理單元(由標(biāo)號60表 示)以用于處理。交互式構(gòu)件66直接連接到爐10，以實(shí)時(shí)監(jiān)視爐10內(nèi)部的操作條件。這 些過程細(xì)節(jié)被轉(zhuǎn)發(fā)到處理單元60。處理單元60還接收來自校準(zhǔn)構(gòu)件62的多個(gè)理想設(shè)定 點(diǎn)。在處理單元62中，通過使用在線過程數(shù)據(jù)，計(jì)算多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)，所述多個(gè)實(shí)時(shí)活 動(dòng)設(shè)定點(diǎn)暫時(shí)存儲在校準(zhǔn)構(gòu)件62中。在處理單元60中，使多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)與對應(yīng)的 理想設(shè)定點(diǎn)匹配，以確定是否需要優(yōu)化來維持所要產(chǎn)品質(zhì)量。萬一當(dāng)需要優(yōu)化時(shí)，產(chǎn)生用于 更改爐10的至少一個(gè)過程條件的優(yōu)化信號，其可用交互式構(gòu)件66傳送，參看圖2?？墒謩?dòng) 地或自動(dòng)地將優(yōu)化信號傳輸?shù)浇换ナ綐?gòu)件66。任選地，顯示模塊(由標(biāo)號64表示)可提 供于處理單元60與交互式構(gòu)件66之間，其中通過顯示模塊64將優(yōu)化信號傳輸?shù)浇换ナ綐?gòu) 件66。接著通過交互式構(gòu)件66將用于更改爐10的至少一個(gè)過程條件的優(yōu)化信號傳送到爐 10，以便優(yōu)化操作條件，且進(jìn)而在不危害最終產(chǎn)品質(zhì)量的情況下優(yōu)化生產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，系統(tǒng)12可針對各種操作范圍以在線模式以及離線模 式來使用。在在線模式中，系統(tǒng)12通過交互式構(gòu)件66與燒結(jié)爐10介接。然而，在離線模 式下，系統(tǒng)12用于過程的詳細(xì)分析。系統(tǒng)12還提供對過程的在線控制。圖3說明本發(fā)明的系統(tǒng)12的處理單元60的示意圖。處理單元60通常包含接收器構(gòu)件72、計(jì)算構(gòu)件74。中央儲存庫80、確證構(gòu)件73、報(bào)警構(gòu)件75、優(yōu)化構(gòu)件76和輸出構(gòu) 件78。適于執(zhí)行實(shí)時(shí)優(yōu)化的處理單元60與交互式構(gòu)件66和校準(zhǔn)構(gòu)件62通信以提取在 線過程數(shù)據(jù)和多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)。此數(shù)據(jù)由接收器構(gòu)件72接收，其中在線過程數(shù)據(jù)包含爐 尺寸的細(xì)節(jié)、濕鐵礦石球團(tuán)性質(zhì)、流動(dòng)輸入和顆粒填料床細(xì)節(jié)。爐尺寸和輸入?yún)?shù)一般包括·每一爐區(qū)段的長度，即 UDD、DDD、PHZ、IGN AFZ、CZl 和 CZ2 ；·爐排速度；·風(fēng)箱的總數(shù)； 每一風(fēng)箱的長度；·焙燒罩中的燃燒器的數(shù)目；·焙燒罩中的燃燒器的位置；以及·焙燒罩中的燃燒器之間的間距；濕鐵礦石球團(tuán)性質(zhì)一般包括·鐵礦石球團(tuán)大小分布(PSD)；·鐵礦石球團(tuán)化學(xué)成分；·鐵礦石球團(tuán)水份含量；·煤炭/焦炭的化學(xué)成分和水份含量；·石灰石的化學(xué)成分和水份含量；以及·煤炭/焦炭和石灰石的顆粒大小分布；流動(dòng)輸入一般包括·到爐排的濕鐵礦石球團(tuán)流動(dòng)速率；·濕鐵礦石球團(tuán)的溫度；·入口氣流的壓力、溫度和流動(dòng)速率；以及·入口氣流的化學(xué)成分和水份含量顆粒填料床細(xì)節(jié)一般包括·顆粒填料床的總高度； 底料層的高度；以及·底料層的顆粒大小分布和化學(xué)成分由接收器構(gòu)件72提取的此實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)和所述多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)存儲在中央儲存 庫80中以進(jìn)行逐日數(shù)據(jù)記錄。此數(shù)據(jù)由計(jì)算構(gòu)件74從中央儲存庫80提取以計(jì)算來自燒 結(jié)爐10的活動(dòng)爐排的焙燒鐵礦石球團(tuán)的吞吐量和來自燒結(jié)爐10的最終球團(tuán)的質(zhì)量參數(shù)， 進(jìn)而產(chǎn)生多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)。另外，計(jì)算構(gòu)件74導(dǎo)出在爐10的各個(gè)區(qū)段處的燒結(jié)爐10 內(nèi)部的鐵礦石球團(tuán)床的滲透性和水份干燥曲線、氣流和鐵礦石球團(tuán)的總材料平衡和能量平 衡、在每一相中的所有個(gè)別物質(zhì)沿?zé)Y(jié)爐10的整體長度和高度的材料平衡以及爐10內(nèi)部 的氣流的壓降。計(jì)算構(gòu)件74通過實(shí)時(shí)處理在線過程數(shù)據(jù)來預(yù)測不可直接測量的過程參數(shù)，如在 爐10的各個(gè)區(qū)段處的燒結(jié)爐10內(nèi)部的鐵礦石球團(tuán)和氣流的熱曲線、燒結(jié)爐10內(nèi)部的各種 化學(xué)物質(zhì)的成分曲線以及跨越燒結(jié)爐10的各個(gè)區(qū)的氣流的壓降。計(jì)算構(gòu)件74進(jìn)一步預(yù)測跨越燒結(jié)爐10的活動(dòng)爐排上的鐵礦石球團(tuán)顆粒填料床的尺寸的水份濃度曲線、碳濃度曲 線和碳酸鈣濃度曲線。計(jì)算構(gòu)件74還預(yù)測沿?zé)Y(jié)爐10的長度和高度的氣相中的氧氣、二 氧化碳和水份濃度。多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)和多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)接收于確證構(gòu)件73中，其中確證構(gòu)件經(jīng) 配置以使多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者與對應(yīng)的理想設(shè)定點(diǎn)匹配，以檢驗(yàn)爐是否正適 宜地操作。如果多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者不匹配于對應(yīng)的理想設(shè)定點(diǎn)，那么將數(shù) 據(jù)傳遞到報(bào)警構(gòu)件75。報(bào)警構(gòu)件75產(chǎn)生用于優(yōu)化爐操作的信號。此信號接收于優(yōu)化構(gòu)件 76中，所述優(yōu)化構(gòu)件76產(chǎn)生優(yōu)化信號以更改爐10的至少一個(gè)過程條件。待優(yōu)化的過程條 件選自球團(tuán)床的高度、活動(dòng)爐排的速度、冷卻氣流的流動(dòng)速率、點(diǎn)火氣體的溫度以及氣流 的壓降。優(yōu)化信號經(jīng)由輸出構(gòu)件78傳輸?shù)浇换ナ綐?gòu)件66和中央儲存庫80。交互式構(gòu)件 66接收優(yōu)化信號且進(jìn)而實(shí)時(shí)優(yōu)化爐的操作。在圖4中，展示在操作上與燒結(jié)過程通信的優(yōu)化系統(tǒng)的模型(圖4中由標(biāo)號100表 示)的示意圖。計(jì)算構(gòu)件74包含燒結(jié)過程模型102、滲透性模型104和質(zhì)量模型116，其是 基于材料和能量平衡的基本原理、在爐10內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及穿過多 孔顆粒填料床的氣流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。所述模型使用一組非線性部分微分和代數(shù)方程式來計(jì) 算氣流和鐵礦石球團(tuán)的總材料平衡和能量平衡、在每一相中的所有個(gè)別物質(zhì)沿爐10的整 體長度的材料平衡以及爐10內(nèi)部的氣流的壓降。燒結(jié)模型102、滲透性模型104和質(zhì)量模 型116接收與待在爐10中實(shí)行的操作相關(guān)的過程信息，其包括床高度和壓降(參看106)、 罩溫度、爐排速度、氣流動(dòng)速率(參看108)、鐵礦石、燃料(煤炭/焦炭)和熔劑(石灰石) 的球團(tuán)化學(xué)成分細(xì)節(jié)和物理性質(zhì)(參看110)、測得的過程變量(參看120)、球團(tuán)大小分布 和氣體性質(zhì)(參看11 、氣體速度(參看114)。所述模型預(yù)測質(zhì)量參數(shù)(參看126)以及 燒穿溫度(參看122)，其被發(fā)送到優(yōu)化構(gòu)件(圖4中由標(biāo)號118表示)以產(chǎn)生被發(fā)送到爐 10的優(yōu)化信號128，其中優(yōu)化信號包括更改爐10的過程條件，其包括床高度、爐排速度、冷 卻氣流流動(dòng)速率、罩溫度曲線以及爐的不同區(qū)段中的氣相壓降。如圖4中所說明，所述模型還包含一組子單元。所述組子單元計(jì)算將發(fā)送到所述 模型以產(chǎn)生鐵礦石球團(tuán)床性質(zhì)和氣相性質(zhì)的實(shí)時(shí)測量值的數(shù)據(jù)。所述組子單元包含以下各項(xiàng)·熱量轉(zhuǎn)移計(jì)算單元，其通過使用一組部分微分方程式以在操作期間估計(jì)熱量轉(zhuǎn) 移細(xì)節(jié)來計(jì)算氣流和鐵礦石球團(tuán)的總能量平衡；·質(zhì)量轉(zhuǎn)移計(jì)算單元，其通過使用一組部分微分方程式以在操作期間估計(jì)質(zhì)量轉(zhuǎn) 移細(xì)節(jié)來計(jì)算氣流和鐵礦石球團(tuán)的總材料平衡以及在氣相和球團(tuán)中的個(gè)別化學(xué)物質(zhì)的材 料平衡；·反應(yīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算單元，其評估在操作期間發(fā)生的所有化學(xué)反應(yīng)(煤炭或焦炭的 燃燒以及石灰石的煅燒)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；以及·球團(tuán)熔融計(jì)算單元，其在操作期間估計(jì)鐵礦石球團(tuán)熔融曲線；鐵礦石球團(tuán)床性質(zhì)的實(shí)時(shí)估計(jì)包括·鐵礦石球團(tuán)床溫度曲線；以及·鐵礦石球團(tuán)床成分曲線；氣相性質(zhì)的實(shí)時(shí)估計(jì)包括
·廢氣的流動(dòng)速率、壓力、溫度和化學(xué)成分；·整個(gè)爐中的氣相的壓力和速度曲線；·整個(gè)爐中的氣相的溫度曲線；以及·整個(gè)爐中的氣相的化學(xué)成分曲線。由計(jì)算構(gòu)件74的模型產(chǎn)生的輸出也存儲于中央儲存庫80中以用于逐日數(shù)據(jù)記錄。參看圖5，展示在線優(yōu)化系統(tǒng)的示意圖，其中實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室測量值接收于 本發(fā)明的優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。所述信息由過程模型接收以用于處理且由軟傳感器 接收以確定不可直接測量的過程參數(shù)且最終用于優(yōu)化，其中將最佳設(shè)定點(diǎn)實(shí)時(shí)傳送到PLC/ DCS/SCADA。圖6說明展示使用本發(fā)明的系統(tǒng)12的對跨越爐10的各個(gè)區(qū)的球團(tuán)床溫度輪廓的 實(shí)時(shí)預(yù)測的示意圖。圖7、8和9展示用于通過將與風(fēng)箱溫度、各個(gè)床高度處的床溫度和沿 爐排的長度的床溫度有關(guān)的模擬數(shù)據(jù)與從工業(yè)燒結(jié)爐和實(shí)驗(yàn)室罐爐排爐獲得的實(shí)際測量 值(由瑟爾比(Thurlby)等人，根據(jù)在礦物處理國際雜志(Intl. J.Mineral Process)第6 期(1979年)第43-64頁公布的數(shù)據(jù))進(jìn)行比較來驗(yàn)證本發(fā)明的優(yōu)化系統(tǒng)12的圖形表示。 從圖7、8和9 了解到，使用本發(fā)明的過程模型(其用于獲得不可直接測量的過程參數(shù))獲 得的模擬數(shù)據(jù)為適當(dāng)準(zhǔn)確的。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)如本發(fā)明中揭示的用于優(yōu)化用于生產(chǎn)鐵礦石球團(tuán)的燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)具有若 干技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，包括但不限于實(shí)現(xiàn)·用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其通過實(shí)時(shí)交互而增加爐生產(chǎn)率；·用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其通過交互式構(gòu)件而連續(xù)監(jiān)視和控制燒結(jié)爐的 操作，進(jìn)而給出一致的產(chǎn)品質(zhì)量；·用于預(yù)測顆粒填料床的多孔性和滲透性的系統(tǒng)；·用于預(yù)測無法直接在線測量的焙燒球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)的系統(tǒng)，所述焙燒球團(tuán)質(zhì)量參 數(shù)包括冷壓縮強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和磨損指數(shù)； 用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)預(yù)測不可直接測量的過程參數(shù)，如爐的各 個(gè)區(qū)段中的爐內(nèi)部的固相和氣相的熱曲線、針對固相和氣相兩者的爐內(nèi)部的各種化學(xué)物質(zhì) 的成分曲線以及跨越爐的各個(gè)區(qū)的氣相壓降；·用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其減少爐的燃料消耗；·用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其連續(xù)地實(shí)時(shí)監(jiān)視爐內(nèi)部的熱條件；以及 用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，其減少燒結(jié)過程的總操作成本和生產(chǎn)成本。針對各種物理參數(shù)、尺寸或數(shù)量而提到的數(shù)值僅僅是近似值，且設(shè)想比指派給所 述參數(shù)、尺寸或數(shù)量的數(shù)值高/低的值屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，除非說明書中存在特定針對 相反情況的陳述。鑒于可應(yīng)用本發(fā)明的原理的廣泛多種實(shí)施例，應(yīng)理解，所說明的實(shí)施例僅是示范 性的。雖然本文已將相當(dāng)多的重點(diǎn)放在本發(fā)明的特定特征上，但將了解，在不脫離本發(fā)明的 原理的情況下在優(yōu)選實(shí)施例中可做出各種修改且可做出許多改變。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員從 本文的揭示內(nèi)容中將了解本發(fā)明或優(yōu)選實(shí)施例的性質(zhì)的這些和其它修改，借此將顯然了解到，上述描述性內(nèi)容應(yīng)解釋為僅作為對本發(fā)明的說明而不是限制。
權(quán)利要求
1.一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含交互式構(gòu)件，其用以監(jiān)視和控制所述爐以提供經(jīng)優(yōu)化的爐操作，所述交互式構(gòu)件選自 由可編程邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(tǒng)(DCQ和監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)組成的 群組，所述交互式構(gòu)件適于與所述爐通信以實(shí)時(shí)檢索在線過程數(shù)據(jù)，且適于實(shí)時(shí)發(fā)送所述 在線過程數(shù)據(jù)以用于處理，且在其中接收優(yōu)化信號以傳送到所述爐，以用于更改所述爐的 至少一個(gè)過程條件；校準(zhǔn)構(gòu)件，其用于為了驗(yàn)證目的而產(chǎn)生多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)，所述校準(zhǔn)構(gòu)件包括用于接收 與所述爐相關(guān)的過程信息的實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)，所述過程信息為選自由焙燒球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)、 鐵礦石的物理特性、所述鐵礦石的化學(xué)特性、燃料(煤炭或焦炭)的物理特性、所述燃料 (煤炭或焦炭)的化學(xué)特性、熔劑(石灰石)的物理特性和所述熔劑(石灰石)的化學(xué)特性 組成的群組中的至少一者，且適于處理所述信息以產(chǎn)生多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)來校準(zhǔn)所述爐以在 經(jīng)優(yōu)化的水平下操作；以及處理單元，其適于執(zhí)行實(shí)時(shí)優(yōu)化，所述處理單元適于實(shí)時(shí)接收所述在線過程數(shù)據(jù)和所 述多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)，且包含計(jì)算構(gòu)件，其經(jīng)配置以使用所述在線過程數(shù)據(jù)來計(jì)算多個(gè)實(shí)時(shí) 活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)；確證構(gòu)件，其經(jīng)配置以使所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者與對應(yīng)的理 想設(shè)定點(diǎn)匹配；報(bào)警構(gòu)件，其經(jīng)配置以在所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者不匹配于 所述對應(yīng)的理想設(shè)定點(diǎn)的情況下產(chǎn)生信號，以用于優(yōu)化至少一個(gè)過程條件；優(yōu)化構(gòu)件，其經(jīng) 配置以在接收到來自所述報(bào)警構(gòu)件的所述信號時(shí)產(chǎn)生至少一個(gè)優(yōu)化信號，所述至少一個(gè)優(yōu) 化信號被傳送到所述交互式構(gòu)件以用于優(yōu)化所述爐的所述操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理單元包含接收器構(gòu)件，所述接收器構(gòu)件 用以接收來自所述交互式構(gòu)件的所述在線過程數(shù)據(jù)和來自所述校準(zhǔn)構(gòu)件的所述多個(gè)理想 設(shè)定點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理單元包含中央儲存庫，所述中央儲存庫 用以在預(yù)定持續(xù)時(shí)間內(nèi)存儲所述在線過程數(shù)據(jù)、所述多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)、所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng) 設(shè)定點(diǎn)以及所述優(yōu)化信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算構(gòu)件進(jìn)一步適于使用所述在線過程數(shù)據(jù) 來計(jì)算不可直接測量的過程參數(shù)和焙燒球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)，所述不可直接測量的過程參數(shù)包括 跨越所述爐的各個(gè)區(qū)段的球團(tuán)和氣流的熱曲線、球團(tuán)和氣流的成分曲線、所述氣流的壓降、 球團(tuán)水份干燥曲線、煤炭或焦炭燃燒曲線和石灰石煅燒曲線，所述焙燒球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)包括 冷壓縮強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和磨損指數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理單元包括輸出構(gòu)件，所述輸出構(gòu)件適于 將所述優(yōu)化信號傳輸?shù)剿鼋换ナ綐?gòu)件和所述中央儲存庫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述交互式構(gòu)件與所述處理單元之間提供有顯示 模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述在線過程數(shù)據(jù)和所述過程信息包含所述爐的 各個(gè)區(qū)段的尺寸、例如顆粒大小分布、化學(xué)成分、水份含量等濕鐵礦石球團(tuán)性質(zhì)以及煤炭/ 焦炭和石灰石的顆粒大小分布、氣流溫度、化學(xué)成分、水份含量、壓力和流動(dòng)速率、床高度、 爐排速度和底料層的細(xì)節(jié)。
8.一種用于優(yōu)化用于生產(chǎn)鐵礦石球團(tuán)的燒結(jié)爐的操作的方法，所述方法包含以下步驟為了驗(yàn)證目的在具有實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的校準(zhǔn)構(gòu)件中通過處理與所述爐相關(guān)的過程信 息而產(chǎn)生多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)，所述過程信息選自由焙燒球團(tuán)質(zhì)量參數(shù)以及鐵礦石、燃料(煤 炭或焦炭)和熔劑(石灰石)的物理和化學(xué)特性組成的群組；通過交互式構(gòu)件實(shí)時(shí)檢索所述在線過程數(shù)據(jù)，所述交互式構(gòu)件選自由可編程邏輯控制 器、分布式控制系統(tǒng)和監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的群組，其中所述交互式構(gòu)件經(jīng)提供為與 所述爐通信以實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制所述爐，以提供經(jīng)優(yōu)化的爐操作；將所述在線過程數(shù)據(jù)和所述多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)傳輸?shù)教幚韱卧杂糜趯?shí)時(shí)優(yōu)化； 在所述處理單元的計(jì)算構(gòu)件中通過處理所述在線過程數(shù)據(jù)來計(jì)算多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)。在所述處理單元的確證構(gòu)件中使所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者與對應(yīng)的理 想設(shè)定點(diǎn)匹配；在所述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)中的至少一者不匹配于所述對應(yīng)的理想設(shè)定點(diǎn)的情況下， 在所述處理單元的報(bào)警構(gòu)件中發(fā)信號以用于優(yōu)化；在所述處理單元的優(yōu)化構(gòu)件中產(chǎn)生至少一個(gè)優(yōu)化信號，以用于更改所述爐的至少一個(gè) 過程條件；以及將所述優(yōu)化信號傳送到所述交互式構(gòu)件以用于實(shí)時(shí)優(yōu)化所述爐的所述操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其包括將所述在線過程數(shù)據(jù)、所述多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)、所 述多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)以及所述優(yōu)化信號存儲在中央儲存庫中的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其包括將所述優(yōu)化信號手動(dòng)地或自動(dòng)地傳輸?shù)剿?交互式構(gòu)件的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其包括經(jīng)由所述交互式構(gòu)件介接所述處理單元與所 述爐的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其包括在離線模式中獲得所述過程的詳細(xì)分析的步馬聚ο
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其包括優(yōu)化所述過程條件的步驟，所述過程條件選自 由所述爐的各個(gè)區(qū)段中球團(tuán)床的高度、活動(dòng)爐排的速度、冷卻氣流的流動(dòng)速率、點(diǎn)火氣體的 溫度以及所述氣流的壓降組成的群組。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其包含根據(jù)所述爐排上的球團(tuán)的流動(dòng)速率和最終產(chǎn) 品的質(zhì)量參數(shù)來選擇所述多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于優(yōu)化燒結(jié)爐的操作的系統(tǒng)及其方法，所述系統(tǒng)(12)包含交互式構(gòu)件(66)，其用以監(jiān)視和控制所述爐(10)以提供經(jīng)優(yōu)化的爐操作；校準(zhǔn)構(gòu)件(62)，其用于為了驗(yàn)證目的而產(chǎn)生多個(gè)理想設(shè)定點(diǎn)；以及處理單元(60)，其實(shí)時(shí)接收來自所述交互式構(gòu)件(66)的在線過程數(shù)據(jù)(70)且在其中計(jì)算與來自所述校準(zhǔn)構(gòu)件(62)的對應(yīng)的理想設(shè)定點(diǎn)匹配的多個(gè)實(shí)時(shí)活動(dòng)設(shè)定點(diǎn)，其中在需要優(yōu)化的情況下產(chǎn)生優(yōu)化信號且將其傳送到所述交互式構(gòu)件(66)。所述系統(tǒng)(12)實(shí)時(shí)預(yù)測無法直接測量的過程參數(shù)和產(chǎn)品參數(shù)，因此提供所述爐操作的實(shí)時(shí)優(yōu)化，且進(jìn)而減少操作成本和生產(chǎn)成本。
文檔編號C22B1/20GK102086484SQ20101057914
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者文卡塔拉馬納·朗卡納, 蘇尚塔·馬宗德 申請人:塔塔咨詢服務(wù)有限公司