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摘 要：空气过剩系数是焦炉加热的重要参数，宣钢焦化厂三个炼焦车间对煤气的燃烧情况分析，均为废体分析工进行人工试验完成，并不是实时测量，因此该种对分烟道氧气分析仪的校正方法的研究具有重要的现实意义。本文利用MATLAB软件，使用拟合算法，对分烟道氧气分析仪进行校正分析，并得出相应的补偿方程。
关键词： 空气过剩系数 氧气分析仪校正基于MATLAB的拟合算法 补偿方程
中图分类号： TF741 文献标识码： A 文章编号：
1、前言
焦炉加热过程中，为了使可燃物能够充分利用，要求与氧完全作用，燃烧产物中只有CO2、H2O、N2和O2 等，不再含有可燃成分，这样的燃烧叫完全燃烧。否则就是不完全燃烧，引起不完全燃烧的根本原因就是空气供应不足、燃料和空气混合不好，或者高温下燃烧产物中H2O和CO2分解产生的CO和H2。为了保证燃料完全燃烧，实际供应的空气量必须大于燃烧所需的理论空气量，两者的比值叫空气过剩系数。用“”表示：
对焦炉加热十分重要，过小煤气燃烧不完全，可燃成分随废气跑掉；过大产生的废气量大，废气带走的热量增加，故过大过小均会增加煤气热量，且会影响高向加热的均匀性，因而必须通过实践正确控制值。正常情况下值应保证煤气完全燃烧。烧焦炉煤气时，=1.2～1.25，烧高炉煤气时，不带废气循环的焦炉=1.15～1.20，带废气循环的焦炉由于对火焰高度不起主导作用，故值可以略大些。
2、 测量方法
空气过剩的测量方式有两种：
2.1、奥式分析仪分析法：靠人工上炉顶上升气流的立火道取得废气，然后依次与各种能吸收单种气体的试剂相接触，测量出CO2、O2、CO的含量，用以下公式算出。
式中、、—废气中各组分的体积百分含量%，K—随加热煤气的组成而异的系数
2.2、 利用ABB公司生产的含氧分析仪，自动检测分烟道废气的含氧量。并将其数值组态到中控室操作站上。
由于在传统模式中，空气过剩系数的测量均是由第一种方法测量的，而且其焦炉热工调节过程也是通过由废气分析工进行煤气和空气的配比调节的。分析缓慢暂且不说，且实时性不强，而且造成了人力和物力资源浪费。利用氧气分析仪进行含氧量的测量，并对其进行校正，分析速度加快而且减少了劳动强度。
3、基于MATLAB的拟合算法
在科学实验中，经常需要从一组实验数据（，）（i=1,2…,m）出发，求函数y=f(x)的一个近似表达式y=(通常称为经验公式)。从几何上来看，就是通过给定的m个数据点（，），求曲线y=f(x)的一条近似曲线y=，即为一个曲线拟合问题。
当获取的数据量较大时，不必要求近似曲线y=严格的经过所有的数据点（，），亦即不应要求拟合函数在处的偏差（又称残差）
（i=1,2,…,m）
都严格地等于零，但是，为了使近似曲线能尽量反应所给数据点的变化趋势，要求偏差适当小还是必要的。达到这一目的的途径很多，通常使偏差的平方和最小的原则，即最小二乘法来实现。
在MATLAB中，利用基于最小二乘法的函数polyfit求解最小二乘曲线拟合问题。
4、数据来源及处理
交换后15分钟后，由废气采样工分别采集6#焦炉一侧（焦侧或者机侧）标准火道一笺上升气流的废气，在分烟道的调火工同时记下当时氧气分析仪显示的数值，测完一笺并相应的增大分烟道吸力，分五个交换测完5趟笺的废气，并分别用奥式分析仪测出其空气过剩系数，以下为6#炉机侧空气过剩系数：
表1：6#炉机侧空气过剩系数
对机侧每趟笺的空气过剩系数求平均值后的数值如下：
表2：机侧每趟笺的空气过剩系数求平均值
对含氧量分析仪显示和空气过剩系数的拟合曲线如下：
图1 对含氧分析仪显示和空气过剩系数的拟合曲线
注释：1、红色-、曲线为对含氧分析仪显示和空气过剩系数的二次拟合曲线；
2、蓝色—曲线为对含氧分析仪显示和空气过剩系数的三次拟合曲线；
3、黑色+曲线为对含氧分析仪显示和空气过剩系数的四次拟合曲线；
4、品红色o曲线为对含氧分析仪显示和空气过剩系数的原值曲线；
附带程序：
M 文件程序
y=[1.19 1.21 1.23 1.25 1.30];
x=[5.2 5.3 5.6 5.9 6.3];
p1=polyfit(x,y,2);
p2=polyfit(x,y,3);
p3=polyfit(x,y,4);
xcurve=5.0:0.3:6.5;
p1curve=polyval(p1,xcurve);
p2curve=polyval(p2,xcurve);
p3curve=polyval(p3,xcurve);
plot(xcurve,p1curve,'r-.',xcurve,p2curve,'b-',xcurve,p3curve,'k+',x,y,'mo');
hold on;
title('擬合曲线');
xlabel('分烟道含氧分析仪显示');
ylabel('空气过剩系数');
grid on;
5、补偿方程
有以上拟合图形可以看出三次拟合曲线和原值曲线最相近的，所以我们选择n=3作为阶次，
在MATLAB中，函数polyfit求解最小二乘曲线拟合方程参数如下：
>> y=[1.19 1.21 1.23 1.25 1.30];
x=[5.2 5.3 5.6 5.9 6.3];
>> polyfit(x,y,3)
ans =0.1549 -2.6519 15.1881-27.8531
所得的补偿方程为
6结束语
对空气过剩系数进行有效地测量和控制，是热工调节的重要环节，同时也有利于节能环保，利用自动化代替人工是将来企业发展的趋势，人工测量带来的误差较大、速度较慢、具有很大的滞后性，而且炉顶操作环境很差，对取样人员带来一定的困难，所以对分烟道氧气分析仪的校正方法的研究是很有必要的，将补偿算法编程下载到控制站，从而实现了对空气过剩系数自动测量。该种校正方法不但减轻了职工的劳动强度，而且节约了人力资源，具有极大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 苏宜春. 炼焦工艺学. 北京: 冶金工业出版社, 2008, p277-280
[2] 许波，刘征。MATLAB工程数学应用.北京：清华大学出版社，2000,p259-342
[3]李有法,李晓勤 数值计算方法. 北京: 高等教育出版社, 2005,p70―p99
关键词： 空气过剩系数 氧气分析仪校正基于MATLAB的拟合算法 补偿方程
中图分类号： TF741 文献标识码： A 文章编号：
1、前言
焦炉加热过程中，为了使可燃物能够充分利用，要求与氧完全作用，燃烧产物中只有CO2、H2O、N2和O2 等，不再含有可燃成分，这样的燃烧叫完全燃烧。否则就是不完全燃烧，引起不完全燃烧的根本原因就是空气供应不足、燃料和空气混合不好，或者高温下燃烧产物中H2O和CO2分解产生的CO和H2。为了保证燃料完全燃烧，实际供应的空气量必须大于燃烧所需的理论空气量，两者的比值叫空气过剩系数。用“”表示：
对焦炉加热十分重要，过小煤气燃烧不完全，可燃成分随废气跑掉；过大产生的废气量大，废气带走的热量增加，故过大过小均会增加煤气热量，且会影响高向加热的均匀性，因而必须通过实践正确控制值。正常情况下值应保证煤气完全燃烧。烧焦炉煤气时，=1.2～1.25，烧高炉煤气时，不带废气循环的焦炉=1.15～1.20，带废气循环的焦炉由于对火焰高度不起主导作用，故值可以略大些。
2、 测量方法
空气过剩的测量方式有两种：
2.1、奥式分析仪分析法：靠人工上炉顶上升气流的立火道取得废气，然后依次与各种能吸收单种气体的试剂相接触，测量出CO2、O2、CO的含量，用以下公式算出。
式中、、—废气中各组分的体积百分含量%，K—随加热煤气的组成而异的系数
2.2、 利用ABB公司生产的含氧分析仪，自动检测分烟道废气的含氧量。并将其数值组态到中控室操作站上。
由于在传统模式中，空气过剩系数的测量均是由第一种方法测量的，而且其焦炉热工调节过程也是通过由废气分析工进行煤气和空气的配比调节的。分析缓慢暂且不说，且实时性不强，而且造成了人力和物力资源浪费。利用氧气分析仪进行含氧量的测量，并对其进行校正，分析速度加快而且减少了劳动强度。
3、基于MATLAB的拟合算法
在科学实验中，经常需要从一组实验数据（，）（i=1,2…,m）出发，求函数y=f(x)的一个近似表达式y=(通常称为经验公式)。从几何上来看，就是通过给定的m个数据点（，），求曲线y=f(x)的一条近似曲线y=，即为一个曲线拟合问题。
当获取的数据量较大时，不必要求近似曲线y=严格的经过所有的数据点（，），亦即不应要求拟合函数在处的偏差（又称残差）
（i=1,2,…,m）
都严格地等于零，但是，为了使近似曲线能尽量反应所给数据点的变化趋势，要求偏差适当小还是必要的。达到这一目的的途径很多，通常使偏差的平方和最小的原则，即最小二乘法来实现。
在MATLAB中，利用基于最小二乘法的函数polyfit求解最小二乘曲线拟合问题。
4、数据来源及处理
交换后15分钟后，由废气采样工分别采集6#焦炉一侧（焦侧或者机侧）标准火道一笺上升气流的废气，在分烟道的调火工同时记下当时氧气分析仪显示的数值，测完一笺并相应的增大分烟道吸力，分五个交换测完5趟笺的废气，并分别用奥式分析仪测出其空气过剩系数，以下为6#炉机侧空气过剩系数：
表1：6#炉机侧空气过剩系数
对机侧每趟笺的空气过剩系数求平均值后的数值如下：
表2：机侧每趟笺的空气过剩系数求平均值
对含氧量分析仪显示和空气过剩系数的拟合曲线如下：
图1 对含氧分析仪显示和空气过剩系数的拟合曲线
注释：1、红色-、曲线为对含氧分析仪显示和空气过剩系数的二次拟合曲线；
2、蓝色—曲线为对含氧分析仪显示和空气过剩系数的三次拟合曲线；
3、黑色+曲线为对含氧分析仪显示和空气过剩系数的四次拟合曲线；
4、品红色o曲线为对含氧分析仪显示和空气过剩系数的原值曲线；
附带程序：
M 文件程序
y=[1.19 1.21 1.23 1.25 1.30];
x=[5.2 5.3 5.6 5.9 6.3];
p1=polyfit(x,y,2);
p2=polyfit(x,y,3);
p3=polyfit(x,y,4);
xcurve=5.0:0.3:6.5;
p1curve=polyval(p1,xcurve);
p2curve=polyval(p2,xcurve);
p3curve=polyval(p3,xcurve);
plot(xcurve,p1curve,'r-.',xcurve,p2curve,'b-',xcurve,p3curve,'k+',x,y,'mo');
hold on;
title('擬合曲线');
xlabel('分烟道含氧分析仪显示');
ylabel('空气过剩系数');
grid on;
5、补偿方程
有以上拟合图形可以看出三次拟合曲线和原值曲线最相近的，所以我们选择n=3作为阶次，
在MATLAB中，函数polyfit求解最小二乘曲线拟合方程参数如下：
>> y=[1.19 1.21 1.23 1.25 1.30];
x=[5.2 5.3 5.6 5.9 6.3];
>> polyfit(x,y,3)
ans =0.1549 -2.6519 15.1881-27.8531
所得的补偿方程为
6结束语
对空气过剩系数进行有效地测量和控制，是热工调节的重要环节，同时也有利于节能环保，利用自动化代替人工是将来企业发展的趋势，人工测量带来的误差较大、速度较慢、具有很大的滞后性，而且炉顶操作环境很差，对取样人员带来一定的困难，所以对分烟道氧气分析仪的校正方法的研究是很有必要的，将补偿算法编程下载到控制站，从而实现了对空气过剩系数自动测量。该种校正方法不但减轻了职工的劳动强度，而且节约了人力资源，具有极大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 苏宜春. 炼焦工艺学. 北京: 冶金工业出版社, 2008, p277-280
[2] 许波，刘征。MATLAB工程数学应用.北京：清华大学出版社，2000,p259-342
[3]李有法,李晓勤 数值计算方法. 北京: 高等教育出版社, 2005,p70―p99