专利名称：用于煤气混合压力调节的控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及对混合煤气的加压控制，更具体地，是一种用于煤气混合压力调节的控制系统和方法。
背景技术：
在现代钢铁企业中，大多数加热设备，如加热炉等，都是靠混合煤气燃烧来提供热能的，如
图1所示，主要包括焦炉煤气C0G、高炉煤气BFG和转炉煤气LDG。其中，三个流量调节阀SV1、SV2和SV3用于分别对焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气的流量进行调节，温度检测器Tl，T2和T3分别用于检测不同管路内的温度，压力检测器PU P2、P3、P4、P5和Ps用于检测不同管路内的压力。流量检测器FI1、FI2和FI3用于对各管路中的流量进行检测。继续结合图1，以上述三种煤气为例，煤气加压站根据热值需求，将高炉煤气BFG和焦炉煤气COG按一定比例进行一次混合，经过加压机加压后，再与转炉煤气进行二次混合，然后按照一定的压力要求输送给加热炉使用，对于转炉煤气的二次混合，其混合量只需要依据焦炉煤气和高炉煤气总量比例掺入，无热值控制要求，因此控制较为简单。在各煤气流量控制中，普遍采用了大小管的流量控制来改善不同流量需求下的调节能力。加压机加压前的一次混合过程是满足混合煤气热值控制的关键，同时控制中又需要稳定的加压机前压力。但是，由于热值与压力两者具有较强的耦合作用，因此其控制是混合煤气加压自动化控制中的一个较为复杂的问题。特别是当加热炉因故障或停机情况下，煤气需求受到较大扰动干扰的情况下，混合煤气一次混合调节往往存在一定的滞后，系统容易产生超调现象，并且需要很长时间才能再次进入稳定状态。综上，混合煤气加压是多输入双输出系统，控制量对输出压力、热值存在直接或间接影响，即它们之间存在强耦合作用，这严重影响了混合煤气压力和热值的稳定，因此，为减少混合煤气压力和热值的波动，必须引入解耦环节。如图2所示，是一种典型的一次混合煤气压力和热值解耦控制回路，它由一次混合煤气压力控制器PICs控制的主回路与焦炉煤气流量控制、高炉煤气流量控制两个副回路控制组成。一次混合煤气压力控制器和焦炉和高炉流量控制器均采用PID控制。PID控制主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统，为行业内常规的控制手段。结合图1、2，其中，在主回路中，压力控制器PICs根据一次混合后测得的压力测量值PVs以及设定值SPs，输出压力控制器输出值OP ;在焦炉煤气流量控制副回路中，FI2测得的高炉煤气流量以及FI3测得的转炉煤气流量经过该回路计算单元F(Xl)的解耦计算后，输出给该回路中的选择单元SL1，在该选择单元中，F(Xl)的输出值在选择单元中经过限幅比例调节系数Kl的调节，输出高选值和低选值，两值与压力控制器PICs的输出值OP进行比较，取中位值作为焦炉煤气流量控制器FICl的目标值SPl，流量控制器FICl进而根据该目标值SPl以及测得的焦炉煤气流量测量值PV1，对焦炉煤气的调节阀SVl进行调节；类似地，在高炉煤气流量控制副回路中，FIl测得的焦炉煤气流量经选择单元SL2选择,在该选择单元中,根据限幅比例调节系数K2调节，输出高选值和低选值，其与压力控制器输出值OP比较后，取中位值经过计算单元F (X2)的解耦计算，得出高炉煤气流量控制器FIC2的目标值SP2，流量控制器FIC2根据该目标值SP2以及测得的高炉煤气压力测量值PV2，对焦炉煤气的调节阀SV2进行调节。在上述三个回路中，压力控制器PICs、焦炉煤气流量控制器FICl以及高炉煤气流量控制器FIC2可利用行业内常用的PID控制方法进行控制。限幅比例调节系数K1、K2的取值根据实际限幅控制需要进行设定，其范围通常为0.4-1.4，另外，两个副回路的计算单元F(Xl)和F(X2)的计算模型分别为:
权利要求
1.一种用于煤气混合压力调节的控制系统，包括一次混合主回路、焦炉煤气流量控制副回路以及高炉煤气流量控制副回路，其中，所述一次混合主回路包括一次混合煤气压力控制器，所述焦炉煤气流量控制副回路包括焦炉煤气解耦计算单元、焦炉煤气选择单元和焦炉煤气流量控制器，所述高炉煤气流量控制回路包括高炉煤气选择单元、高炉煤气解耦计算单元和高炉煤气流量控制器，其特征在于，该控制系统还包括: 前馈计算单元，用于根据加热炉内的混合煤气各支管流量以及总管流量，计算前馈补偿值，并根据该前馈补偿值计算焦炉煤气前馈量； 压力控制器输出前馈计算单元，用于根据所述焦炉煤气前馈量，计算得出带前馈补偿的压力控制器输出值； 前馈焦炉煤气计算单元，用于根据所述焦炉煤气前馈量，对所述焦炉煤气解耦计算单元进行带前馈补偿；以及 前馈高炉煤气计算单元，用于根据所述焦炉煤气前馈量，对焦炉煤气的测量流量进行带前馈补偿。
2.一种用于煤气混合压力调节的控制方法，该方法包括如下步骤: a,一次混合压力控制器根据一次混合目标压力值和一次混合测量压力值，计算得出压力控制器输出值； b，根据加热炉内的混合煤气各支管流量以及总管流量，计算前馈补偿值，并根据该前馈补偿值计算焦炉煤气前馈量； C，根据所述焦炉煤气前馈量以及所述压力控制器输出值，计算得出带前馈补偿的压力控制器输出值，并输 送至焦炉煤气副回路中的焦炉煤气选择单元以及高炉煤气副回路中的高炉煤气选择单元； d，根据所述焦炉煤气前馈量，对焦炉煤气副回路中的焦炉煤气解耦计算单元进行带前馈补偿，并输送至该焦炉煤气副回路中的焦炉煤气选择单元，以及:根据所述焦炉煤气前馈量，对焦炉煤气的测量流量进行带前馈补偿，并输送至该高炉煤气副回路中的高炉煤气选择单元； e，焦炉煤气流量控制器根据该焦炉煤气选择单元确定的焦炉控制参数，对焦炉煤气调节阀进行调节，以及:高炉煤气选择单元确定的选择值经过高炉煤气解耦计算单元计算，得出高炉控制参数，高炉煤气流量控制器根据该高炉控制参数，对高炉煤气调节阀进行调节。
3.根据权利要求2所述的用于煤气混合压力调节的控制方法，其特征在于，所述步骤b中，根据加热炉内的混合煤气各支管流量以及总管流量，计算前馈补偿值的公式为: ηη — Σ ^DMDi — Fmg + (Fmg — ^ Fpvi) X KMG—DEV + Fadev ； i=l i=l n 式中，ΛΧ:前馈补偿值；ΣΡ—i加热炉满足供热所需要的煤气总量；Fk:混合煤气当 Z=I.η前总管流量Σ、加热炉内混合煤气各支管流量总和；KMeDEV:混合煤气总管与支管偏差 Z=I._修正系数；f,dev:加热炉与煤气站固定偏差修正值；并且: 根据该前馈补偿值计算焦炉煤气前馈量的公式为:
4.根据权利要求3所述的用于煤气混合压力调节的控制方法，其特征在于，所述步骤C中，根据所述焦炉煤气前馈量以及所述压力控制器输出值，计算得出带前馈补偿的压力控制器输出值，计算公式为:
5.根据权利要求3所述的用于煤气混合压力调节的控制方法，其特征在于，所述步骤d中，对焦炉煤气副回路中的焦炉煤气解耦计算单元进行带前馈补偿，利用以下公式进行:F(Xl) ' = Λ XcogX K3+F(X1)； 其中，F(Xl)':带前馈补偿后的输出值；Κ3:补偿修正系数；F(X1):焦炉煤气解耦计算单元输出值。
6.根据权利要求5所述的用于煤气混合压力调节的控制方法，其特征在于，所述步骤d中，对焦炉煤气的测量流量进行带前馈补偿，利用以下公式进行: F(X3) = Λ Xcog X K3+FC0G ; 式中，F(X3)为对焦炉煤气的测量流量经带前馈补偿后的输出值。
全文摘要
本发明公开了一种用于煤气混合压力调节的控制系统和方法，该系统包括前馈计算单元，用于根据加热炉内的混合煤气各支管流量以及总管流量，计算前馈补偿值，并根据该前馈补偿值计算焦炉煤气前馈量；压力控制器输出前馈计算单元，用于根据所述焦炉煤气前馈量，计算得出带前馈补偿的压力控制器输出值；前馈焦炉煤气计算单元，用于对所述焦炉煤气解耦计算单元进行带前馈补偿；以及前馈高炉煤气计算单元，用于对焦炉煤气的测量流量进行带前馈补偿。本发明的用于煤气混合压力调节的控制系统和方法，可很好地实现焦炉煤气流量和高炉煤气流量对一次混合后煤气流量和压力的跟踪，从而满足加热炉的热需求响应。
文档编号G05D27/02GK103207632SQ20121000916
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者吴建光, 唐卫东, 吴春晖 申请人:宝山钢铁股份有限公司