【技术实现步骤摘要】
一种基于机理与支持向量机的氧化锌挥发窑混合建模方法
本专利技术涉及的是一种氧化锌挥发窑的建模方法,具体的说就是一种基于机理与支持向量机的氧化锌挥发窑的混合建模方法。
技术介绍
氧化锌挥发窑窑体分为干燥带、预热带、烧成带和冷却带四个带区,其中窑内所有的反应与生产过程几乎全在烧成带完成,烧成带的温度是决定企业产品生产效率、质量、成本及生产过程的连续性,实际生产经验确定锌矿还原挥发烧成带温度为1100-1300℃,温度过低或过高都不利于产品的生产。温度过低带来的主要问题由于锌的还原过程是强烈的吸热过程,温度过低会使得混合料无法充分完全反应,减少了氧化锌的产量,提高了副产品的含量,焦粉在低温环境下会大量生成,还原气氛弱,也不利于氧化锌的生产。温度过高的负面影响是高温直接造成了能源的大量浪费,在后续的工艺中还要增加降温设备的投入,能源无法充分利用,会增加金属铅的成分,降低了锌的纯度,而且温度过高容易降低耐火材料的寿命,不仅会造成窑体的变形,还大大的减少了生产周期,提高了生产成本。因此,建立挥发窑烧成带温度模型为挥发窑控制系统设计奠定了基础,有利于氧化锌挥发窑生产自动化的实现。目前挥发窑的建模方法主要有机理建模法、神经网络辨识法、最小二乘支持向量机拟合法。由于挥发窑是一个存在大惯性、大滞后和时变的对象,加上窑体一直处于回转状态,关键工艺参数难以准确及时的测量,因此单纯的机理模型很难准确地定量描述封闭窑内的热工状况和反应机理。神经网络建模方法虽然具有较强的非线性拟合能力,但其训练需要大样本数据,且训练效果对样本依赖性较强, ...
【技术保护点】
1.一种基于机理与支持向量机的氧化锌挥发窑混合建模方法,其特征在于,机理建模能表征窑的生产工况和反应机理,并通过融合支持向量机拟合重要参数来弥补机理建模中有些关键参数难以准确获得的不足;/n所述机理建模是通过对氧化锌挥发窑结构、生产工艺、内部物理化学反应过程、热力学和传热传质机理的深入研究和获取的现场生产数据,得到了氧化锌挥发窑内的化学反应方程,求取了各反应方程的活化能和吸放热量,又由守恒定律建立氧化锌挥发窑的质量和能量关于窑长和时间的偏微分方程组;采用支持向量机回归辨识反应率模型,由支持向量回归函数和基于对窑内生产状况和反应率机理的研究可知,影响挥发窑内反应率的变量有窑温度和窑料质量,将某冶炼企业长期稳定生产保存的数据作为样本;其特征在于:/n由于在某一横截面的任何化合物质量随时间的变化量一定等于该化合物移动到该区域的质量与在该区域生成的该化合物的质量之和;则质量守恒方程可写为:/n
【技术特征摘要】
1.一种基于机理与支持向量机的氧化锌挥发窑混合建模方法,其特征在于,机理建模能表征窑的生产工况和反应机理,并通过融合支持向量机拟合重要参数来弥补机理建模中有些关键参数难以准确获得的不足;
所述机理建模是通过对氧化锌挥发窑结构、生产工艺、内部物理化学反应过程、热力学和传热传质机理的深入研究和获取的现场生产数据,得到了氧化锌挥发窑内的化学反应方程,求取了各反应方程的活化能和吸放热量,又由守恒定律建立氧化锌挥发窑的质量和能量关于窑长和时间的偏微分方程组;采用支持向量机回归辨识反应率模型,由支持向量回归函数和基于对窑内生产状况和反应率机理的研究可知,影响挥发窑内反应率的变量有窑温度和窑料质量,将某冶炼企业长期稳定生产保存的数据作为样本;其特征在于:
由于在某一横截面的任何化合物质量随时间的变化量一定等于该化合物移动到该区域的质量与在该区域生成的该化合物的质量之和;则质量守恒方程可写为:
式中,t为时间,z为沿窑向距离,m是所给化合物的质量,i为所给化合物,v为沿窑长的运动速度,r为反应速率及M为摩尔质量;由表1的化学反应方程式可知,化合物包括C,CO,CO2,O2,Fe,FeO,Fe2O3,Zn,ZnO,E为活化能,ΔH为反应热,k为指前因数,i为方程序号;
表1氧化锌挥发窑化学反应及热力学
氧化锌挥发窑内物料、气体和窑壁之间的能量传递方式有热辐射、热传导和热交换;根据能量守恒方程可以有以下方程表示:
式中Q为焓,q为在单位体积内产生、辐射和传导到该单位体积的热量,则q可表示为:
q=ΔQheat+ΔQreact
式中ΔQreact为反应热,ΔQheat为热传递产生的热量;由于气体、窑料及窑壁之间各介质的热传递方式主要为热传导和热辐射,则热传递可表示为:
ΔQheat_m=ψnmA(Tn-Tm)+δnmεnεmA(Tn4-Tm4)
其中,ψ为对流系数,δ为辐射因数,ε为放射率,A为单位长度窑的表面积n、m表示介质;Singham提供了窑壁和固体的放射率εw=εs=0.8;关于ψ、δ可根据Tscheng和Watkinson和WatkinsonandBrimacombe的实验结果进行取值;
由于物料的移动速度受窑的倾斜度、物料停靠角和窑转速等条件的影响,则物料的移动速度vs及物料的停留时间τ分别有以下形式:
式中τ为物料的停留时间,α为窑体倾斜角,D为窑内径,n为转速,L为窑长,β为物料堆角,在满足反应机理和实际生产情况的条件下,为了便于后期控制系统设计与仿真,做了...
【专利技术属性】
技术研发人员:秦斌,王欣,单乳霞,孙中灿,
申请(专利权)人:湖南工业大学,
类型:发明
国别省市:湖南;43
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