数据挖掘技术在冶金行业设计与应用

n         项目简介

株洲冶炼集团有限公司位于湖南省株洲市清水塘工业区，是由株洲冶炼厂整体改组改制而成的国有独资公司，始建于1956 年，是全国“一五”期间156 项重点建设工程之一，目前已发展成中国有色行业的国有大型企业，年生产硫酸18 万吨，有色金属36 万余吨，其中锌25 万吨、铅7 万吨、铜1 万吨，销售收入32 亿元，出口创汇1.6 亿美元，铅锌出口占全国铅锌出口总量的20%，是我国主要的铅锌生产和出口基地和我国唯一锌、铅、银三种产品均获国际认可的企业。

针对铅烧结烟气WSA 制酸过程中的一些应用瓶颈，采用数据挖掘方法挖掘关键参数和质量指标之间的关联，为生产人员提供了操作指导，提高了产品质量，带来了直接的经济效益。

　WSA装置的工艺流程图

n         需求分析

由于不断增加的烟气处理量需求，株冶铅烧结烟气WSA 制酸过程烟气净化、预热、冷凝工段均处于最大生产负荷甚至超负荷运转，原始的设计参数不能满足系统稳定优化运行的要求。企业迫切需要一种能够根据生产操作历史记录分析系统在不同负荷工况下的操作特性进而寻找其优化操作参数的手段。采用数据挖掘技术,通过对株冶铅烧结烟气WSA 制酸过程项目相关生产过程的历史数据、实时数据及正常工况数据的预处理与数据挖掘建模，开发具有指定功能的计算机用户界面软件，实现在线或离线的数据分析处理平台解决设备的负荷能力评价和操作参数优化问题，同时为工艺人员掌握过程的控制机理并进一步提高生产管理水平提供一个良好的工作平台。

n         系统建设

经过浙江中控软件技术有限公司工程人员和本公司相关技术人员组成的项目组的共同努力：在2004年06月实时数据库系统安装完毕并开始积累生产历史数据；2005年3月中控软件提供了完整的数据挖掘软件包，并进行了数据挖掘系统的用户培训与工程师培训。数据挖掘为动力波洗涤器的过程变量提供可视化描述，在其关联复杂程度有限情况下给出最高二次多项式的解析表达及参数估计。具体达到了如下目标：

提供WSA 制酸系统的熔盐换热器基于历史数据的换热能力评估参数，并提供可视化呈现。

      提供酸雾控制器的优化操作指导，从而根据实时操作工况优化冷凝效果。在稳定工况下通过优化操作指导，使用后的平均尾气酸雾检测指标接近或超过近期操作的稳态最好水平与平均水平的均值。

提供冷凝酸浓度与原料、相关过程参数的关联分析并提供用户界面呈现。

数据挖掘系统总体结构

上图为该系统的总体结构，现场仪表测量数据被DCS采样，并由实时数据库通过OPC接口在线完成实时数据采集和存贮。用户可按时间段或定义自动间隔将历史数据按分析对象经稳态化、离散化、合并处理后导入各自的关系样本库中；各定制的分析模块在此基础上完成数据分析并参考当前工况将结果呈现给用户。

n         应用效果

通过项目的实施，建立了WSA过程数据挖掘自动化流程。其中换热能力评估功能经历史数据验证直观有效，便于理解。酸雾控制在线操作指导功能所提供的建议趋势正确，历史信息准确，在用户长期操作中积累一定优化操作记录的情况下可以有效地提高现场操作水平，保证尾气达标。制酸浓度关联分析功能所得到的主要影响因素及其关键值均与现场经验一致，用户可以更深入地分析系统特性并针对不同背景条件方便地了解变量间的内在关系。在稳定工况下通过优化操作指导，使用后的平均尾气酸雾检测指标接近或超过近期操作的稳态最好水平与平均水平的均值，平均尾气酸雾浓度达到60ppm，上下浮动不超过5ppm，为企业带来的可观的经济效益。