[发明专利]一种高炉炉壁三维温度场重建方法及计算机监控系统

摘要

本发明公开了一种高炉炉壁三维温度场重建方法及计算机监控系统，采集高炉炉底段、炉缸段、炉腹段的炉壁上测温点的温度，对所采集的温度数据进行数据清洗和数据补全的预处理，利用预处理后的温度数据，在炉壁横截面采用周期三次样条插值，在炉壁自下到上的轴向上采用自然三次样条插值建立炉壁内侧耐火砖中心和外侧冷却壁中心这两个面上的温度分布模型，最后在内侧耐火砖中心和外侧冷却壁中心这两个面之间采用线性插值建立整个高炉炉壁的三维温度场分布模型，并采用OpenGL实时显示高炉炉壁的温度分布状态。本发明有效地解决了高炉炉壁温度监测中的测温点数据存在异常、各测温点数据相互孤立、整体温度分布不直观的问题。

主权项

1.一种高炉炉壁三维温度场重建方法，其特征在于，该方法为：1)采集高炉炉底段、炉缸段、炉腹段的炉壁上测温点的温度，其中所述测温点是指位于高炉炉壁内侧耐火砖中心的内测温点和位于高炉炉壁外侧冷却壁中心的外测温点；2)以高炉炉底中心为原点，高炉中心轴线为Z轴，结合高炉的结构建立柱坐标系，则高炉炉壁上各测温点的温度与位置关系为：T(h,r,θ)=T′ h_min≤h≤h_max,r_in≤r≤r_out,0≤θ≤2π；其中，h_max和h_min分别表示高炉炉喉到炉底之间最上面的测温点距离地面的高度和最下面的测温点距离的地面高度；h代表高炉炉喉到炉底之间最上面的测温点和最下面的测温点之间的测温点距离地面的高度；r_in表示处于耐火砖中心的测温装置距离高炉中心轴线的距离；r_out表示处于外侧冷却壁中心的测温装置距离高炉中心轴线的距离；r表示测温点到高炉中心轴线的距离；θ表示高炉炉壁上测温点以高炉中心轴线为圆心偏离正东方向的角度；T(h,r,θ)=T′表示测温点在位置(h,r,θ)的温度为T′；3)根据专家经验确定高炉炉壁各区域的温度最大值T_max(h,r,θ)和温度最小值T_min(h,r,θ)：Tmax(h,r,θ)=T1h0≤h<h1,r0≤r<r1,θ0≤θ<θ1T2h1≤h<h2,r1≤r<r2,θ1≤θ<θ2······Tnhn-1≤h<hn,rn-1≤r<rn,θn-1≤θ<θn;]]>Tmin(h,r,θ)=T1′h0≤h<h1,r0≤r<r1,θ0≤θ<θ1T2′h1≤h<h2,r1≤r<r2,θ1≤θ<θ2······Tn′hn-1≤h<hn,rn-1≤r<rn,θn-1≤θ<θn;]]>其中，h₁…h_n表示高炉炉喉到炉底之间最下面的测温点和最上面的测温点之间的各测温点距离地面的高度；r₁…r_n表示高炉炉喉到炉底之间最下面的测温点和最上面的测温点之间的各测温点到高炉中心轴线的距离；θ₁…θ_n高炉炉喉到炉底之间最下面的测温点和最上面的各测温点以高炉中心轴线为圆心偏离正东方向的角度；T₁…T_n分别为高炉炉壁各区域段的最大温度；分别为高炉炉壁各区域段的最小温度；4)对采集到的各测温点的温度数据进行专家经验判断，若某一测温点温度数据连续5天以上未处于该测温点对应的温度最小值T_min(h,r,θ)和温度最大值T_max(h,r,θ)之间，便认为该测温点的测温装置出现故障，剔除该测温点及该测温点的温度数据；同时采用拉伊达法则处理所有测温点的温度数据，以剔除由偶然误差导致的异常数据，具体过程为：若某一测温点的温度数据X_d满足下式：则剔除该测温点的温度数据；其中，为该测温点10分钟到20分钟内温度数据的算术平均值；σ为该测温点10分钟到20分钟内温度数据的标准偏差；5)对采用专家经验判断处理后的温度数据进行补全：选取与被剔除的测温点A邻近的测温点组的有效温度数据，所述测温点组是指内测温点和内测温点对应位置上的外测温点，有效温度数据是指没有被剔除的温度数据，计算与所述测温点A邻近的第i组测温点的温度数据的偏差△T_i，若所述测温点A为内测温点，则所述测温点A的温度数据T(h_A,r_in,θ_A)补全公式如下：若所述测温点A为外测温点，则所述测温点A的温度数据T(h_A,r_in,θ_A)补全公式如下：其中，为与所述测温点A对应的内测温点或外测温点的温度，n为与所述测温点A邻近的测温点组的个数；对采用拉伊达法则处理后的温度数据进行补全：计算剔除了温度数据后的10分钟内温度数据的算术平均值和标准偏差σ，用和σ的和代替剔除的温度数据；补全后，得到预处理后的温度数据；6)利用预处理后的温度数据，采用周期三次样条函数对不同轴向高度的高炉炉壁横截面周向温度分布进行插值，得到高炉炉壁横截面周向温度分布曲线；7)利用上述周向温度分布曲线，在炉壁轴向上采用自然三次样条插值方法对轴向上高炉炉壁温度分布进行插值，获得高炉炉壁耐火砖和冷却壁面上的温度分布模型；8)利用上述高炉炉壁耐火砖和冷却壁面上的温度分布模型，对高炉炉壁耐火砖和冷却壁面之间区域的温度数据采用线性插值，从而得到整个高炉炉壁的三维温度场分布模型。