專利名稱：用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對混合煤氣的加壓控制，更具體地，是一種用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中，大多數(shù)加熱設(shè)備，如加熱爐等，都是靠混合煤氣燃燒來提供熱能的，如

圖1所示，主要包括焦爐煤氣C0G、高爐煤氣BFG和轉(zhuǎn)爐煤氣LDG。其中，三個流量調(diào)節(jié)閥SV1、SV2和SV3用于分別對焦爐煤氣、高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的流量進行調(diào)節(jié)，溫度檢測器Tl，T2和T3分別用于檢測不同管路內(nèi)的溫度，壓力檢測器PU P2、P3、P4、P5和Ps用于檢測不同管路內(nèi)的壓力。流量檢測器FI1、FI2和FI3用于對各管路中的流量進行檢測。繼續(xù)結(jié)合圖1，以上述三種煤氣為例，煤氣加壓站根據(jù)熱值需求，將高爐煤氣BFG和焦爐煤氣COG按一定比例進行一次混合，經(jīng)過加壓機加壓后，再與轉(zhuǎn)爐煤氣進行二次混合，然后按照一定的壓力要求輸送給加熱爐使用，對于轉(zhuǎn)爐煤氣的二次混合，其混合量只需要依據(jù)焦爐煤氣和高爐煤氣總量比例摻入，無熱值控制要求，因此控制較為簡單。在各煤氣流量控制中，普遍采用了大小管的流量控制來改善不同流量需求下的調(diào)節(jié)能力。加壓機加壓前的一次混合過程是滿足混合煤氣熱值控制的關(guān)鍵，同時控制中又需要穩(wěn)定的加壓機前壓力。但是，由于熱值與壓力兩者具有較強的耦合作用，因此其控制是混合煤氣加壓自動化控制中的一個較為復(fù)雜的問題。特別是當加熱爐因故障或停機情況下，煤氣需求受到較大擾動干擾的情況下，混合煤氣一次混合調(diào)節(jié)往往存在一定的滯后，系統(tǒng)容易產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，并且需要很長時間才能再次進入穩(wěn)定狀態(tài)。綜上，混合煤氣加壓是多輸入雙輸出系統(tǒng)，控制量對輸出壓力、熱值存在直接或間接影響，即它們之間存在強耦合作用，這嚴重影響了混合煤氣壓力和熱值的穩(wěn)定，因此，為減少混合煤氣壓力和熱值的波動，必須引入解耦環(huán)節(jié)。如圖2所示，是一種典型的一次混合煤氣壓力和熱值解耦控制回路，它由一次混合煤氣壓力控制器PICs控制的主回路與焦爐煤氣流量控制、高爐煤氣流量控制兩個副回路控制組成。一次混合煤氣壓力控制器和焦爐和高爐流量控制器均采用PID控制。PID控制主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)，為行業(yè)內(nèi)常規(guī)的控制手段。結(jié)合圖1、2，其中，在主回路中，壓力控制器PICs根據(jù)一次混合后測得的壓力測量值PVs以及設(shè)定值SPs，輸出壓力控制器輸出值OP ;在焦爐煤氣流量控制副回路中，F(xiàn)I2測得的高爐煤氣流量以及FI3測得的轉(zhuǎn)爐煤氣流量經(jīng)過該回路計算單元F(Xl)的解耦計算后，輸出給該回路中的選擇單元SL1，在該選擇單元中，F(xiàn)(Xl)的輸出值在選擇單元中經(jīng)過限幅比例調(diào)節(jié)系數(shù)Kl的調(diào)節(jié)，輸出高選值和低選值，兩值與壓力控制器PICs的輸出值OP進行比較，取中位值作為焦爐煤氣流量控制器FICl的目標值SPl，流量控制器FICl進而根據(jù)該目標值SPl以及測得的焦爐煤氣流量測量值PV1，對焦爐煤氣的調(diào)節(jié)閥SVl進行調(diào)節(jié)；類似地，在高爐煤氣流量控制副回路中，F(xiàn)Il測得的焦爐煤氣流量經(jīng)選擇單元SL2選擇,在該選擇單元中,根據(jù)限幅比例調(diào)節(jié)系數(shù)K2調(diào)節(jié)，輸出高選值和低選值，其與壓力控制器輸出值OP比較后，取中位值經(jīng)過計算單元F (X2)的解耦計算，得出高爐煤氣流量控制器FIC2的目標值SP2，流量控制器FIC2根據(jù)該目標值SP2以及測得的高爐煤氣壓力測量值PV2，對焦爐煤氣的調(diào)節(jié)閥SV2進行調(diào)節(jié)。在上述三個回路中，壓力控制器PICs、焦爐煤氣流量控制器FICl以及高爐煤氣流量控制器FIC2可利用行業(yè)內(nèi)常用的PID控制方法進行控制。限幅比例調(diào)節(jié)系數(shù)K1、K2的取值根據(jù)實際限幅控制需要進行設(shè)定，其范圍通常為0.4-1.4，另外，兩個副回路的計算單元F(Xl)和F(X2)的計算模型分別為:
權(quán)利要求
1.一種用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)，包括一次混合主回路、焦爐煤氣流量控制副回路以及高爐煤氣流量控制副回路，其中，所述一次混合主回路包括一次混合煤氣壓力控制器，所述焦爐煤氣流量控制副回路包括焦爐煤氣解耦計算單元、焦爐煤氣選擇單元和焦爐煤氣流量控制器，所述高爐煤氣流量控制回路包括高爐煤氣選擇單元、高爐煤氣解耦計算單元和高爐煤氣流量控制器，其特征在于，該控制系統(tǒng)還包括: 前饋計算單元，用于根據(jù)加熱爐內(nèi)的混合煤氣各支管流量以及總管流量，計算前饋補償值，并根據(jù)該前饋補償值計算焦爐煤氣前饋量； 壓力控制器輸出前饋計算單元，用于根據(jù)所述焦爐煤氣前饋量，計算得出帶前饋補償?shù)膲毫刂破鬏敵鲋担? 前饋焦爐煤氣計算單元，用于根據(jù)所述焦爐煤氣前饋量，對所述焦爐煤氣解耦計算單元進行帶前饋補償；以及 前饋高爐煤氣計算單元，用于根據(jù)所述焦爐煤氣前饋量，對焦爐煤氣的測量流量進行帶前饋補償。
2.一種用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制方法，該方法包括如下步驟: a,一次混合壓力控制器根據(jù)一次混合目標壓力值和一次混合測量壓力值，計算得出壓力控制器輸出值； b，根據(jù)加熱爐內(nèi)的混合煤氣各支管流量以及總管流量，計算前饋補償值，并根據(jù)該前饋補償值計算焦爐煤氣前饋量； C，根據(jù)所述焦爐煤氣前饋量以及所述壓力控制器輸出值，計算得出帶前饋補償?shù)膲毫刂破鬏敵鲋?，并?送至焦爐煤氣副回路中的焦爐煤氣選擇單元以及高爐煤氣副回路中的高爐煤氣選擇單元； d，根據(jù)所述焦爐煤氣前饋量，對焦爐煤氣副回路中的焦爐煤氣解耦計算單元進行帶前饋補償，并輸送至該焦爐煤氣副回路中的焦爐煤氣選擇單元，以及:根據(jù)所述焦爐煤氣前饋量，對焦爐煤氣的測量流量進行帶前饋補償，并輸送至該高爐煤氣副回路中的高爐煤氣選擇單元； e，焦爐煤氣流量控制器根據(jù)該焦爐煤氣選擇單元確定的焦爐控制參數(shù)，對焦爐煤氣調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，以及:高爐煤氣選擇單元確定的選擇值經(jīng)過高爐煤氣解耦計算單元計算，得出高爐控制參數(shù)，高爐煤氣流量控制器根據(jù)該高爐控制參數(shù)，對高爐煤氣調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制方法，其特征在于，所述步驟b中，根據(jù)加熱爐內(nèi)的混合煤氣各支管流量以及總管流量，計算前饋補償值的公式為: ηη — Σ ^DMDi — Fmg + (Fmg — ^ Fpvi) X KMG—DEV + Fadev ； i=l i=l n 式中，ΛΧ:前饋補償值；ΣΡ—i加熱爐滿足供熱所需要的煤氣總量；Fk:混合煤氣當 Z=I.η前總管流量Σ、加熱爐內(nèi)混合煤氣各支管流量總和；KMeDEV:混合煤氣總管與支管偏差 Z=I._修正系數(shù)；f,dev:加熱爐與煤氣站固定偏差修正值；并且: 根據(jù)該前饋補償值計算焦爐煤氣前饋量的公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制方法，其特征在于，所述步驟C中，根據(jù)所述焦爐煤氣前饋量以及所述壓力控制器輸出值，計算得出帶前饋補償?shù)膲毫刂破鬏敵鲋?，計算公式?
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制方法，其特征在于，所述步驟d中，對焦爐煤氣副回路中的焦爐煤氣解耦計算單元進行帶前饋補償，利用以下公式進行:F(Xl) ' = Λ XcogX K3+F(X1)； 其中，F(xiàn)(Xl)':帶前饋補償后的輸出值；Κ3:補償修正系數(shù)；F(X1):焦爐煤氣解耦計算單元輸出值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制方法，其特征在于，所述步驟d中，對焦爐煤氣的測量流量進行帶前饋補償，利用以下公式進行: F(X3) = Λ Xcog X K3+FC0G ; 式中，F(xiàn)(X3)為對焦爐煤氣的測量流量經(jīng)帶前饋補償后的輸出值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括前饋計算單元，用于根據(jù)加熱爐內(nèi)的混合煤氣各支管流量以及總管流量，計算前饋補償值，并根據(jù)該前饋補償值計算焦爐煤氣前饋量；壓力控制器輸出前饋計算單元，用于根據(jù)所述焦爐煤氣前饋量，計算得出帶前饋補償?shù)膲毫刂破鬏敵鲋担磺梆伣範t煤氣計算單元，用于對所述焦爐煤氣解耦計算單元進行帶前饋補償；以及前饋高爐煤氣計算單元，用于對焦爐煤氣的測量流量進行帶前饋補償。本發(fā)明的用于煤氣混合壓力調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)和方法，可很好地實現(xiàn)焦爐煤氣流量和高爐煤氣流量對一次混合后煤氣流量和壓力的跟蹤，從而滿足加熱爐的熱需求響應(yīng)。
文檔編號G05D27/02GK103207632SQ20121000916
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者吳建光, 唐衛(wèi)東, 吳春暉 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司