灰色预测法在袋式除尘器管理中的应用.pdf

第5 8 卷第4 期 2 006 年I1 月 有色金属 N O n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 8 ，N o ．4 N o v e m b e r2 0 0 6 灰色预测法在袋式除尘器管理中的应用 韦战辉 韶关冶炼厂，广东韶关5 1 2 0 2 4 摘要利用灰色一阶动态预测模型G M 1 ，1 ，预测除尘器的排放浓度和除尘效率，确定袋式除尘器的布袋更换时间，有效 预防粉尘的超标排放。 关键词环境工程；袋式除尘器；灰色预测；G M 1 ，1 模型 中图分类号X 7 5 8 ；T F 8 0 5 ．3 3 ；T F 8 0 2 ．6 7文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 6 0 4 0 1 2 8 0 4 烧结流程中的袋式除尘器有两个主要作用一 是捕集粉尘，回收有价金属；二是通风排尘，改善岗 位环境。由于影响除尘器的因素很多 滤袋材质、喷 吹压力、烟气性质等 ，而且除尘系统运行时又不能 及时获得箱内布袋的工况信息，使得袋式除尘器的 布袋更换周期难以确定。这种不确定性增加了除尘 器的管理难度，只能依靠每月一次的监测数据 风 量、排尘浓度、过滤效率等 推测除尘器的内部情况。 这种方法有一定的局限性，因为监测数据具有滞后 性，当得知某一除尘器粉尘排放超标时，除尘器已经 超标排放了一段时间，而且安排更换布袋、准备备品 备件、等待主流程的检修计划又要延迟一段时间。 另一方面为保护岗位作业环境和设备安全除尘风机 又不能停，从而造成非意愿性污染。 如何获得最佳的换袋时间，资料上没有准确的 理论公式，用得较多的是先从工业现场记录同一箱 体内每一条布袋的使用时间，然后用概率理论分析 时间数据的分布状况，得出大部分 8 0 ％或9 0 ％ 布 袋的使用时间，最后应用此结果推广到其他同类型 除尘器。这种方法的前提是滤袋相同，烟气均质稳 定，喷吹压力差别不大。如果工艺波动或滤袋材质 变动，统计结果就不太可靠。 由袋式除尘器过滤原理可知，新滤袋的除尘效 率随着工作时间推移而变化，如图1 所示。在粉尘 层尚未形成的过滤初期除尘效率较低，粉尘层形成 后除尘效率较高，以后随着滤袋的老化、破损接近其 使用寿命，除尘效率也不断降低直至不能满足除尘 需要 超标排放 ，这时就应该更换布袋。如果利用 收稿日期2 0 0 6 0 5 1 1 作者简介韦战辉 1 9 7 2 一 ，男，河南伊川县人。工程师，主要从事 污染治理和环保管理等方面的工作。 除尘效率不断下降这个特点预测出未来时刻的除尘 效率及排放浓度，那么在预测的粉尘排放浓度超标 之前更换布袋，就可以缩短超标排放的时间。 野 1 0 0 图1 滤袋除尘效率随工作时间的变化 F i g ．1 V a r i a t i o no ff i k e rb a ge f f i c i e n c yw i t hw o r k i n gt i m e 1 灰色预测概念 常用的预测方法是数理统计学中的时间序列分 析与预测，根据原始数据运用回归分析法建立时间 序列的各种指数函数方程，再利用最为接近的曲线 或直线方程走向预测未来的发展趋势，这是一种对 事物静态的描述和研究。由于袋式除尘器的影响因 素不完全清楚，各种因素之间的关系也难以准确描 述，因此适合采用灰色系统理论对其进行分析。灰 色系统理论认为，一切随机量都是在一定范围内、一 定时段上变化的灰色量和灰过程，对于灰色量的处 理不是寻求它的统计规律和概率分布，而是将杂乱 无章的原始数据列通过一定的方法处理，变成比较 有规律的时间序列数据，再建立灰色动态G M 模 型。利用灰色动态G M 模型，对系统的时间序列进 行数量大小的预测，即对系统的主行为特征量或某 项指标发展变化到未来一定时刻出现的数值进行预 万方数据 第4 期韦战辉等灰色预测法在袋式除尘器管理中的应用1 2 9 测。一是需要明确未来的时间，二是估计这个时刻 的数量多少。灰色数列预测则是一种现实的动态的 分析与展望。 2建模原理与方法 一般原始时间序列数据常呈现出离散性，随机 性大，难于用数学模型表示。灰色系统理论采用不 同的生成处理，可使生成数据的随机性降低，又为建 模提供了中间信息，从而使对系统进行预测成为可 能。这里采用一阶动态预测模型G M 1 ，1 ，对除尘 器的排放浓度和除尘效率建立预测模型。G M 1 ， 1 模型微分方程形式为式 1 ，式中a 和u 为待辨识 参数。 d x 1 ／d r a z 1 “ 1 原始时间序列数据x l o j ，k 1 ，2 ，⋯，竹，按式 2 进行一次累加生成运算后，则得到生成序列数 据。 z 描 ∑。摆 i 1 ～k ；五 1 ，2 ，⋯，咒 2 令x l I ；- x l O l ；，那么离散化的时间响应模型为 式 3 。 z { 1 1 [ z { 2 ；一“／口] 口一“ “／口 3 记微分方程参数列a 一 [ a ，u ] T ，用最d x s ．乘法 求解，即可得到待辨识参数a 及u 的值，见式 4 ， 式中B 为累加生成数据矩阵，Y N 为向量，二者分别 见式 5 和式 6 。 a 一 [ 口，“] 丁 [ B ] 一1 B r y N 4 B 一0 ．5 x ／i j z { ；j ，l 一0 ．5 x l ；{ 工{ ；，1 ii 一0 ．5 z { { X l 、1 。 一1 ，1 5 Y N [ z ㈦，z ㈥，⋯，x l o j ] 丁 6 由 3 式计算得到的是在 志 1 时刻生成数列 的预测值 回代计算值 z ％ 1 ，欲求原始数列的预 测，尚需进行累减运算，即按下式 7 求还原值。 z 7 { 2 1 z7 { 1 1 一z7 ／l { l k 0 ，1 ，⋯，行一1 7 模型建立之后，应先对模型精度进行验，模型精 度检验合格后方可用于预测。采用残差、关联度、后 验差三种方法对所建模型进行检验。 若记残差和残差百分比为q { 2 j 和P { 2 j ，见式 8 ，则平均相对误差为式 9 。 q l o j z { 2 j z7 I o je { 2 j Iq { 2 j ／z { 2 jI 1 0 0 ％ 8 P 7 r , e ／o j k 1 ，2 ，⋯，7 z 9 如果残差太大，则应通过建立残差修正模型提 高模型精度，来满足对精度要求。用平均相对误差 判定模型的适用性，若P7 口且e ／o { 口，则称为残 差合格模型，其中a 为精度等级，对照表见表1 。 表1 精度等级对照表 T a b l e1 C o m p a r i n gt a b l eo fp r e c i s i o nr a n k 3 使用实例 以表2 某布袋除尘器2 0 0 1 年运行数据为例，说 明其使用方法。 表2 原始统计值 T a b l e 2 O r i g i n a ls t a t i t cv a l u e s 月份 13579 排放浓度／ r a g r l l 一3 5 2 ．76 4 ．57 3 ．26 9 ．87 2 ．6 除尘效率／％9 9 ．59 8 ．79 8 ．49 8 ．59 7 ．3 3 ．1 建立G M 1 。1 模型 依式 2 ，分别将排放浓度和除尘效率数据列进 行一次累加生成，得排放浓度{ 5 2 ．7 ，1 1 7 ．2 ，1 9 0 ．4 ， 2 6 0 ．2 ，3 3 2 ．8 } 和除尘效率{ 9 9 ．5 ，1 9 8 ．2 ，2 9 6 ．6 ， 3 9 5 ．3 ，4 9 2 ．6 } 。 先求排放浓度的预测模型，由式 5 和式 6 得 B 和y N 。 B 一8 4 ．9 5 1 5 3 ．8 2 2 5 ．3 2 6 9 ．5 Y N [ 6 4 ．5 ，7 3 ．2 ，6 9 ．8 ，7 2 ．6 ] 1 将此结果代入式 4 ，得到参数列的解a 一 [ a ，u ] T [ B ] 一1 B T Y N [ 一O ．0 2 9 3 4 7 6 8 5 ，6 4 ．4 4 4 9 0 4 5 3 6 ] 。 则粉尘排放浓度预测模型的两个待辨识参数分 别为a 一0 ．0 2 9 3 4 7 6 8 5 ，U 6 4 ．4 4 4 9 0 4 5 3 6 ，两者 的比值为甜／a 一2 1 9 5 ．9 1 1 0 0 4 7 8 5 。 因z ㈦ z ㈦，故将口和M 代入式 3 可得粉尘 排放浓度预测模型的值。 z } 1 1 [ z o f 】 一乱／a ] 口一4 ‘ “／a 2 2 4 8 ．6 1 1 0 0 4 7 8 5 e o 0 2 9 3 4 7 6 8 瓢一2 1 9 5 ．9 1 1 0 0 4 7 8 5 同理求得除尘效率的预测模型。 z { 十1 [ x l o ；一“／口] 口一4 6 十“／a 2 3 7 7 2 ．2 3 6 5 8 5 3 6 7 e - 0 ．0 0 4 1 6 6 4 4 一2 3 8 7 1 ．7 3 6 5 8 5 3 6 7 3 ．2 模型的检验 万方数据 1 3 0有 色金属第5 8 卷 预测前必须对模型进行精度检验，从而判定模 型的符合性。否则要进行残差正，方可使用。将预 测序列k 代人上述模型，得到k 十1 时刻生成数列的 预测值，再将其累减计算求出原始数列的预测值，最 后利用式 8 ，计算残差及残差率，见表3 。 表3G M 1 。1 模型残差检验表 T a b l e 3R e s i d u a lc h e c k i n gt a b l eo fG M 1 ，1 m o d e l 由表3 可知，排放浓度的预测模型平均相对误 差在1 ％～5 ％之间，适合中长期预测，除尘效率的 预测模平均相对误差小于1 ％，精度高适合长期预 测。 3 ．3 预测模型的应用 实际管理中，每两个月能取得统计数据，因此只 需预知未来1 ～2 个月除尘器的运行状况，提前作好 维护准备即可。利用预测模型分别求出1 1 月份排 放浓度7 5 ．3 1 m g ／m 3 ，除尘效率预测值9 7 ．2 1 ％。由 这两个数据可判断，1 1 月份除尘器仍能保证粉尘的 排放浓度低于国家标准 ≤1 2 0 m g ／m 3 ，布袋仍能 继续使用，不需更换。 当获得1 1 月的统计数据时，及时更新数据列淘 汰一部分旧数据，重新建立预测模型，预测1 2 月或 第二年1 月的数据，依次类推。若某次预测值大于 国家标准，可增加管道尘测量频次进一步确认其运 行状况，同时将下一时段定为危险时段，立即组织更 换布袋的准备工作。 4灰色预测的自动计算 在灰色预测计算过程中，涉及到多个公式，如果 处理数据较少，手工尚可对付，一旦原始数据较多， 则必须借助计算机，对于短期预测尤为重要。编写 运算程序并不是每个人都能做到，在此介绍一种简 便方法，利用E x c e l 程序的单元格计算功能来实现 数据的传递和计算。 首先，启动E x c e l 建立工作表，在A 1 ，B l ，C 1 ， D 1 ，E 1 ，F 1 ，⋯， 依据原始数据多少 单元格输入原 始数据。其次，令A 1 A 2 ，在B 2 中输入白化公式 式中引用的参数来自{ A 1 F 1 } ，并将此公式复制 到c 2 ，D 2 ，E 2 ，F 2 ，⋯，这样生成z 嗽 { A 2 ，B 2 ，c 2 ， D 2 ，E 2 ，F 2 ，⋯} 数列。第三，在A 3 中输入紧邻均值 公式 式中引用的参数来自{ A 2 F 2 } ，并向A 4 ，A 5 ， A 6 ，A 7 ，A 8 ，⋯中复制，得到紧邻均值公式。第四， 在B 3 ，B 4 ，B 5 ，B 6 ，B 7 ，B 8 ，⋯全部输入1 ，这样就和 A 3 ，A 4 ，A 5 ，A 6 ，A 7 ，A 8 ，⋯组成了数据矩阵B 。选定 { A 3 B 8 } ，点击“编辑”菜单中的“复制”功能，再选定 矩阵转置区域{ D 3 1 4 } ，点击“编辑”菜单“选择性粘 贴”，选定其中的“转置”，按“确定”即可。第五，选取 l c 5 C 6 } 作为a 和u 的输出区域，然后输入公式 M M U L T [ M I N V E R S E M M U L ，T D 3 1 4 ，A 3 B 8 ，M M U L T D 3 1 4 ，B 1 F 1 ，公式输入完毕，同 时按s h i f t c t r l e n t e r 键，就得到a 和托的值。 5结语 在除尘器管理中，利用一阶灰色动态预测模型 G M 1 ，1 发掘其运行数据的内含规律，预知未来某 一时间的运行状态，为布袋除尘器的管理提供了一 条新途径。同时也必须看到预测固有的特性，须以 实际测量数据为基础，而且不断补充新的数据更新 模型参数，才能得到切合除尘器运行状况的预测数 据，因此测量数据的准确性也会影响预测结果。 参考文献 [ 1 ] 王学萌．灰色系统分析及实用计算程序[ M ] ．武汉华中科技大学出版社，2 0 0 1 1 0 9 ～1 1 8 万方数据 第4 期韦战辉等灰色预测法在袋式除尘器管理中的应用 1 3 1 A p p l i c a t i o no fG r a y p r e d i c t i n gM e t h o di nB a g r o o mM a n a g e m e n t W E lz h a n h u i T h eS m d t i n gP l a n to fS h a o g u a n ，S h a o g u a n51 2 0 2 4 ，G u a n g d o n g ，C h i n a A b s t r a c t T h ee m i t t i n gc o n c e n t r a t i o na n dt h ee f f i c i e n c yo fd u s tc o n t r o la r ep r e d i c t e d ，a n dt h er e p l a c i n gt i m eo ft h e b a g si nab a g r o o mi sd e t e r m i n e db yu s i n gt h eo n e r a n kd y n a m i cg r a y p r e d i c t i n gm o d e lG M 1 ，1 ，i no r d e rt o p r e v e n tt h ee m i t t i n gc o n c e n t r a t i o nf r o me x c e e d i n gt h es t a n d a r d ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ；b a g r o o m ；g r a y p r e d i c t i n g ；G M 1 ，1 m o d e l 铸造杂志征订启事 杂志 月刊 创刊于1 9 5 2 年，国内外公开发行 国际标准刊号I S S N1 0 0 1 4 9 7 7 ，国内统一刊号 C N 2 1 1 1 8 8 ／r G 。 内容涵盖铸钢、铸铁和铸造有色合金等整个铸造技术领域，包括砂型铸造和压铸等特种铸造技术。报道 国内外铸造领域的先进科技成果和应用技术，成功企业的生产及管理经验，国内外铸造行业信息及活动。同 时还为国内外企业及相关机构刊登广告，传播信息，为铸造行业相关的供应商、采购商提供服务。 栏目设置专题综述、新材料新技术、有色合金、压铸、熔模铸造、实型铸造、铸造复合材料、计算机应用、 铸造论坛、检测技术、铸造设备、应用技术、质量及管理、铸造资讯、铸造黄页、铸件供应资讯等。 杂志荣获第三届国家期刊奖，是中国期刊方阵双效期刊、中文核心期刊，并被国内外众多权威文 摘和期刊数据库收录。 杂志为大1 6 开本，图文并茂。每期定价8 元，全年订价9 6 元 含邮寄费 ，我们还将向全年订户 赠送 杂志电子版光盘1 张。欢迎读者直接汇款至本社订阅，也可到各地邮局订阅，邮发代号8 4 0 。 为增进国内外铸造界之间的交流，把国内铸造科技的最新科研成果及发展情况介绍给国外铸造界，使中 国的铸造期刊走向世界，铸造杂志社还出版了英文版铸造期刊C H I N AF O U N D R Y 季刊，国际标准刊号 I S S N1 6 7 2 6 4 2 1 ，国内统一刊号C N 2 1 1 4 9 8 ／T G ，邮发代号8 4 1 。C H I N AF O U N D R Y 为大1 6 开本， 自办发行，国内每期定价1 8 元 含邮寄费 。 欢迎订阅欢迎投稿欢迎刊登广告 铸造杂志社 地址沈阳市铁西区云峰南街1 7 号 电话 T e l 0 2 4 2 5 6 1 1 7 7 5 h t t p ／／w w w ．f o u n d r y w o r l d ．c o m 邮编1 1 0 0 2 2 传真 F a x 0 2 4 2 5 6 1 1 8 8 0 E m a i l a d f o u n d r y w o r l d ．c o m 万方数据