国内外炼焦工艺研究现状

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1、国内外炼焦工艺研究现状以钢铁冶金为代表的流程工业是我国国民经济支柱产业，其生产过程的物耗.能耗与国际先进水平相比差距较大，为克服钢铁冶金生产过程运行水平低、综合竞争力差等问题，在不修改生产工艺、不增加生产设备的情况下，有效集成过程系统工程技术，实现钢铁冶金生产过程的协调优化控制，使整个生产过程运行于较优状态，切实提高工业企业经济效益，是目前钢铁冶金控制与优化所要解决的主要问题，也是提高当前我国钢铁冶金生产企业竞争力的有效途径和必然趋势。随着最近30年钢铁冶金工业的高速发展，使得为高炉炼铁提高重要

2、原料的炼焦工业得到了快速发展，目前我国已成为世界最大的焦炭生产国和出口国。但是我国炼焦工业在全球竞争中的优势并不明显，特别是2008年金融危机以来.由于国际焦炭需求量的锐减，使得国内炼焦生产企业面临着严重的产能过剩危机，亟需提高生产的控制水平，实现优质低耗的生产目标。我国炼焦生产过程控制与优化技术发展至今，已经基本解决了回路级闭环控制问题和局部生产的优化调度问题，并在单元级优化控制方面取得了明显的成效。然而，限于炼焦生产过程工艺流程长、工艺对象的机理复杂，现有技术大多只是对某个工段、某个局部的设

3、备进行优化改造，很少能从各个局部过程关联集成的角度出发，系统性地考虑炼焦生产过程的整体优化运行。为实现我国炼焦生产的健康稳定发展，必须建立~种有效的炼焦生产过程协调优化控制技术。本文以炼焦生产过程为工业背景，以实现炼焦生产各个过程的协调优化、提高焦炭质量产量和降低炼焦能耗为目标，针对实际生产过程的特点和难点，在智能混合建模方法、智能集成协调优化算法和协调优化控制策略三个方面开展研究，提出一种炼焦过程生产指标智能预测及其协调优化方法，在保证焦炉稳顺运行的基础上，提高焦炭质量产量，降低炼焦能耗，减少

4、环境污染，延长焦炉寿命，为实现炼焦生产过程的整体优化奠定基础。作为冶金.机械、化工等行业的主要原料和燃料，焦炭已广泛应用于髙炉炼1:1铁、电石、气化.铸造和有色金属冶炼等方面，在国民经济发展中占据十分重要的地位。改革开放以来，我国炼焦工业发展迅速。根据有关部门调査和中国炼焦行业协会调研统计数据显示，2009年，全国新建投产焦炉产能约3700万吨，截至2009年底，全国总计焦炭产量约3.45亿吨，比上一年增长10.5%.我国已成为世界最大焦炭生产国和出口国。2010年全国预期在建和拟建有可能投产的

5、机械化大中型焦炉产能仍高达2500万吨左右。尽管近年来通过引进、消化和吸收国外先进控制和优化技术，并利用自主研发，使得国内炼焦生产的基础装备和控制水平得到了较大提高，但与国际先进水平相比仍有较大差距，主要表现为生产规模小、劳动生产率低.生产成本和能耗高.环境污染严重等。这些差距大大削弱了我国炼焦企业在全球竞争中的优势,严重威胁了我国炼焦生产的健康稳定发展。随着我国产业结构升级的进一步深化和国家节能减排政策的进一步推行，对炼焦工业提出了更髙的要求。我国炼焦生产的趋势是以自动化程度较髙的大型现代化焦

6、炉替代自动化程度相对较低的中小型机焦炉，促进我国炼焦生产的大型化.自动化和高效化。对于炼焦生产控制与优化而言，必须考虑企业的综合生产目标，在保证焦炉稳顺运行的基础上，实现炼焦生产各个过程的协调优化.提高焦炭质量产量.降低炼焦能耗.减少环境污染.延长焦炉寿命，从而提奇企业竞争力，实现可持续发展。以炼焦生产过程为代表的复杂工业过程具有强非线性、大惯性、强耦合、慢时变等特点，由于过程机理复杂，难以建立精确的工艺对象数学模型，因而基于精确数学模型的传统控制方法难以进行有效的控制。为提高复杂工业过程优化控

7、制的控制效果，以模糊控制、神经网络.专家系统、软测量技术、智能优化算法为代表的基于数据驱动的智能优化控制技术己在冶金、化工.机械、电子、电力、交通运输等实际工业过程中取的了成功应用〔一）。对于炼焦生产而言，由于工艺对彖的复杂性和生产现场检测条件的制约,内外研究主要是独立地考虑各个过程的控制问题。这些炼焦生产子过程控制系统的开发在一定程度上提髙了焦炭质量、降低了能源消耗、减少了环境污染，然而由于炼焦生产各个局部过程之间具有复杂的耦合关系，当某个过程出现异常情况时，会影响其它过程正常生产，因此针对某

8、个局部过程来设计的上述控制系统并不能真正实现企业提高产品质量.节能降耗的综合生产目标。在这种情形下，迫切需要研究各种先进建模、过程控制和优化技术，特别是从各个局部过程关联集成的角度出发，研究智能建模、协调优化、智能协调、预测控制等技术，提出一种面向综合生产目标的炼焦生产过程智能建模及协调优化策略，从而达到提高焦炭质量产量.降低能源消耗.减少坏境污染的目标。因此，本课题在国家高技术研究发展计划（863计划）专题课题《面向综合生产目标的炼焦生产全流程智能集成优化控制技术及应用研究》（项目编号：200