优化水泥原料调整量的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于差分调整的水泥原料调配优化方法。该方法利用调配模型预测配方调整后的原料成分比例变化，综合考虑三配料和四配料的不同调配模式，确定调配优化模型的约束条件。通过引入松弛因子，确定更加符合实际需求的规划目标，并通过求解优化模型获取水泥原料配方的调整量；通过遗忘因子对成分矩阵进行在线实时修正。该方法可以有效地提高操作精度，降低三率值的波动。

Method and system of optimizing cement raw material adjustment

【技术实现步骤摘要】
优化水泥原料调整量的方法和系统
本专利技术涉及一种物料调配优化控制技术，具体涉及对水泥生料混合采取的配方比例调整方案及系统。
技术介绍
在水泥生产过程中，为保证水泥熟料的品质，需要保证水泥熟料中三率值的稳定，而一般情况下由于烧成过程粉煤灰比例较低，且其中的成分比例相对稳定，因此，在实际应用中往往只需要保证生料三率值在短期内的稳定。由于生料中的化合物成分波动较大，且实时检测难度大、成本高，且检测与调整之间存在滞后性，因此，不能直接根据当前原材料的化合物成分确定配方。另外，由于实际生产中，原料成分的化验频次低、样本少，且化验精度偏低等问题，往往导致化验分析数据与实际使用的原料性质波动之间存在偏差。目前，水泥原料配比生产过程主要基于经验公式，采用人工调整的方式，通过对比化验结果和目标设定值的偏差，按照比例校正的方式首先确定石灰石的调整量，并结合硅率和铁率确定高硅和铁粉的调整比例。该调配策略较为粗犷，往往在率值偏差较小时不采取动作，导致率值偏差不断累积。除此之外，该调整方案存在过分顾及石灰石饱和系数而导致硅率和铁率波动较大的弊端。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提出了优化水泥原料调整量的方法和系统。一方面，本专利技术采用优化求解差分调整量的方式设计自动调整策略，大幅降低调配方案对化验数据的依赖。另一方面，由于三种率值在生产过程中的重要程度不同，直接采用加权的方式往往面临权重难以确定，且不容易实现区间控制，与实际需求不相符。除此之外，考虑到水泥生产线原料配比存在三组份配比及四组份配比的不同情况，导致调配策略不一致。为此，本专利技术提出了一种考虑不同参调条件的策略，通过引入松弛因子对配方调整量进行区间优化的方案，该方案不需要精确的原材料化合物成分信息，对权重的依赖程度低，可以有效提高原料调配过程的控制精度和生料三率值的稳定性。本专利技术提供优化水泥原料调整量并构建水泥原料调整模型的方法，包括以下步骤：(1)采集水泥原料的三率值，所述三率值包括石灰饱和系数、硅率和铝率，(2)根据检测的水泥原料三率值估计水泥原料中化合物的含量，(3)根据水泥原料中化合物的估计含量以及材料调整量预测调整后各化合物的含量及三率值；(4)利用(1)的各参数，通过引入松弛因子构建优化模型；和优选的(5)对优化模型求解，获取优化的调整量。在一个或多个实施方案中，所述化合物是氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁。在一个或多个实施方案中，所述水泥原料是水泥生料或从生料向熟料转变过程中的材料。在一个或多个实施方案中，步骤(1)中所述水泥原料中化合物的含量通过式(1-1)获得，其中，C、S、A、F分别表示水泥原料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的百分比含量；d表示其中的杂质含量；KH、SM和IM分别表示石灰石饱和系数、硅率和铁率。在一个或多个实施方案中，d杂质含量采用近似估计的方式获得。在一个或多个实施案例中，d为0.01-0.09、0.02-0.08、0.03-0.07或0.04-0.06。在一个或多个实施案例中，d为0.05。在一个或多个实施方案中，所述材料是石灰石、高硅、低硅和铁粉。步骤(1)中，通过式(1-2)和式(1-3)预测调整后各化合物的含量及三率值：其中C’、S’、A’、F’分别表示调整后的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的百分比含量预测值，M表示所述材料中四种所述化合物的成分矩阵，ΔX表示材料调整量，KH’、SM’、IM’表示预测的三率值。在一个或多个实施方案中，成分矩阵M采用近似矩阵。在一个或多个实施方案中，该矩阵中石灰石中Fe2O3的含量为0。在一个或多个实施方案中，在每次对水泥原料进行化合物检测时对M矩阵进行更新。在一个或多个实施方案中，步骤(2)中的优化模型以松弛因子加权平方和最小化为目标。在一个或多个实施方案中，优化模型包含材料是否参与调整、三率值的安全上下限、三率值的期望上下限等因素。在一个或多个实施方案中，采用人工化验录入更新、最小二乘估计、递推最小二乘法估计M矩阵的变化ΔX。在一个或多个实施方案中，优化模型中还引入标志位Fi。Fi表示是否加入第i种材料的标志位。在一个或多个实施方案中，1表示加入，0表示不加入。在一个或多个实施方案中，优化模型中还包含对离析工况的识别，针对离析工况修正材料的组份，实现动态补偿。在一个或多个实施方案中，在水泥原料发生离析时，对材料成分矩阵中石灰石的CaO含量、H2O含量进行前馈调整。在一个或多个实施方案中，前馈调整包括上调材料中的硅含量。在一个或多个实施方案中，优化模型如式(1-4)所示：其中δ表示各率值的松弛变量；KHH、SMH和IMH为三率值的安全上限；KHL、SML和IML为三率值的安全下限；KHh、SMh和IMh为三率值的期望上限；KHl、SMl和IMl为三率值的期望下限；λ是各率值的权重；R是全体实数；Xi表示各材料调整前的比例；T为行列转置符号。其余符号与式1-2和1-3中的含义相同。在一个或多个实施方案中，石灰石饱和系数、硅率、铁率的λ权重分别为1-2000、1-200和1-100。在一个或多个实施方案中，对石灰石饱和系数、硅率、铁率的λ权重分别为1000、100和1。在一个或多个实施方案中，步骤(2)中还包括，检测原料中的化合物含量并通过遗忘因子最小二乘对成分矩阵M进行修正。在一个或多个实施方案中，所述修正包括根据原料检测结果和材料配方，估计材料的成分矩阵M。在一个或多个实施方案中，所述修正包括：设定Pk矩阵为单位对角矩阵，Kk矩阵为全零矩阵；通过读取原料和材料的实时数据，获取矩阵Nk矩阵元素；然后通过递推得到k时刻的矩阵该矩阵用于式(1-4)中的矩阵M。在一个或多个实施方案中，所述修正包括如下步骤：(1)如下定义参数矩阵：bk＝[0,0,0,1,1,1,1]Tθ＝[M11,M12,…M44]T(1-6)其中KHk、SMk、IMk表示k时刻检测的三率值；表示k时刻，第i种材料的比例；(2)构建下述方程：[C,S,A,F]T＝M·X(1-7)Nkθ＝bk(1-9)(3)根据方程(1-9)，构建对估计参数(矩阵)的遗忘因子最小二乘问题，如(1-10)所示：(4)采用递推的方式对参数进行估计，递推表达式如(1-11)所示：其中β为遗忘因子，可为0.8～1；Λ为加权矩阵，例如为对角阵；(5)用矩阵经整理后替换式(1-4)中的矩阵M。本专利技术还揭示了一种优化水泥原料调整量的系统，包括：数据采集模块，采集水泥原料的三率值，包括石灰饱和系数、硅率和铝率，数据处理模块，根据检测的水泥原料三率值估计水泥原料中化合物的含量，并根据水泥原料中化合物的估计含量以及材料调整量预测调整后各化合物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化水泥原料调整量并构建水泥原料调整模型的方法，包括：/n(1)采集水泥原料的三率值，包括石灰饱和系数、硅率和铝率，/n(2)根据检测的水泥原料三率值估计水泥原料中化合物的含量，/n(3)根据水泥原料中化合物的含量以及材料调整量预测调整后各化合物的含量及三率值；/n(4)利用(1)-(3)的各参数，通过引入松弛因子构建优化模型；和/n优选的(5)对优化模型求解，获取优化的调整量。/n

【技术特征摘要】
1.一种优化水泥原料调整量并构建水泥原料调整模型的方法，包括：
(1)采集水泥原料的三率值，包括石灰饱和系数、硅率和铝率，
(2)根据检测的水泥原料三率值估计水泥原料中化合物的含量，
(3)根据水泥原料中化合物的含量以及材料调整量预测调整后各化合物的含量及三率值；
(4)利用(1)-(3)的各参数，通过引入松弛因子构建优化模型；和
优选的(5)对优化模型求解，获取优化的调整量。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化合物是氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁，所述材料是石灰石、高硅、低硅和铁粉。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据检测的水泥原料三率值估计步骤(1)中所述水泥原料中化合物的含量，优选地，
步骤(1)中所述水泥原料中化合物的含量通过式(1-1)获得，



其中，C、S、A、F分别表示水泥原料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的百分比含量；d表示其中的杂质含量；KH、SM和IM分别表示石灰石饱和系数、硅率和铁率，和/或
步骤(1)中，通过式(1-2)和式(1-3)预测调整后各化合物的含量及三率值：






其中C’、S’、A’、F’分别表示调整后的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的百分比含量预测值，M表示所述材料中四种所述化合物的成分矩阵，ΔX表示材料调整量，KH’、SM’、IM’表示预测的三率值。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
成分矩阵M中石灰石中Fe2O3的含量设为0，和/或
采用人工化验录入更新、最小二乘估计、递推最小二乘法计算ΔX。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的优化模型以松弛因子加权平方和最小化为目标，并且，优化模型包含材料是否参与调整、三率值的安全上下限、三率值的期望上下限因素，优选地，
优化模型中引入是否加入第i种材料的标志位Fi，1表示加入，0表示不加入，
优化模型中还包含对离析工况的识别，针对离析工况修正材料的组份，实现动态补偿；优选地，在水泥原料发生离析时，对材料成分矩阵中石灰石的CaO含量、H2O含量进行前馈调整；优选地，前馈调整包括上调材料中的硅含量，
更优选地，优化模型如式(1-4)所示：






其中δ表示各率值的松弛变量；KHH、SMH和IMH为三率值的安全上限；KHL、SML和IML为三率值的安全下限；KHh、SMh和IMh为三率值的期望上限；KHl、SMl和IMl为三率值的期望下限；λ是各率值的权重；R是全体实数；Xi表示各材料调整前的比例；T为行列转置符号，
优选地，石灰石饱和系数、硅率、铁率的λ权重分...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱锋，钟伟民，朱远明，梅华，杜文莉，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31