控制多种煤气混合热值、压力及含硫量的方法及系统与流程

本发明属于冶金
技术领域：
，涉及控制多种煤气混合热值、压力及含硫量的方法及系统。
背景技术：
：长流程钢铁企业中，煤气混合加压站是富产煤气系统中极为重要的环节。其功能在于充分利用企业各种富产煤气(包括高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气等)为轧钢用户提供充足的、热值稳定的混合煤气。混合煤气热值控制不好将可能影响到轧钢产品的质量。此外，由于混合前各种煤气中污染物含量(如硫化物)不同，不同的混合方案获得的混合煤气污染物含量有较大的差异，混合煤气用户偶尔会出现燃烧后烟气排放污染物(如二氧化硫)超标的现象。随着社会和企业对环保的愈加重视，如何控制混合煤气中污染物含量至关重要。煤气混合站的控制涉及到多个输入变量，如各种煤气混合前的管网压力、煤气热值、煤气含硫量以及混合煤气的压力、热值、流量等，尤其针对三种及以上煤气混合的问题，通过能量守恒和质量守恒方程无法获得唯一解，且需要实现控制的混合煤气压力和热值存在一定的耦合关系，一般的控制方法常出现超调、欠调或震荡，难以适应工况的变化。目前的技术中只是针对如何稳定混合煤气的压力和热值所提出的技术方案。这些方案存在如下问题：1)未考虑混合前煤气管网的实际压力，可能出现混合站向某一煤气管网过量取气，使得该管网压力低于正常范围，影响其他煤气用户的正常用气；2)未考虑煤气中污染物，如硫化物的含量，致使混合煤气可能出现含硫量较高的情况，导致用户燃用混合煤气后，烟气出现污染物排放超标的现象。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种控制多种煤气混合热值、压力及含硫量的方法及系统，以实现混合煤气热值、压力及含硫量的自动控制。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种控制多种煤气混合热值、压力及含硫量的系统，包括在线检测系统、运算单元、控制器和执行机构；所述在线检测系统与运算单元连接；所述运算单元与控制器连接；所述控制器与执行机构连接；所述执行结构与在线检测系统连接；煤气管路上依次连接有含硫量检测仪st、压力检测仪pti、热值检测仪ct、流量检测仪fti和流量调节阀sv，再通过混合加压机、压力检测仪ptii和流量检测仪ftii连接至用户；所述运算单元一端连接煤气管路上的st、pti、ct，另一端连接ptii和ftii；所述控制器连接至煤气管路上的流量调节阀sv；所述控制器用于设定控制所需的基本条件，包括混合煤气热值cs、热值允许波动量△c、混合煤气允许最高含硫量ss、混合煤气压力ps和压力允许波动量△p和混合前各种煤气压力的正常范围[pi,min,pi,max]；所述在线检测系统用于检测混合前多种煤气的热值ci、流量qi、含硫量si、压力pi、混合后煤气的压力pm和流量qm，并把检测的数据传送给所述运算单元；所述运算单元用于计算当前混合站控制状态是否满足煤气混合控制的要求；若满足，则各种煤气混合比例分配方案维持现状不变；若不满足，则计算满足混合煤气要求的各种煤气混合比例αi的解空间，根据各种煤气混合前的压力实时检测值pi，选择最佳的煤气比例分配方案；所述运算单元将混合前各煤气流量计算值qis值传送至控制器；所述控制器用于将调控信号传送给所述执行机构；所述执行机构包括流量调节阀，通过调节流量调节阀开度，实现煤气流量的准确控制。进一步，所述控制器提供控制信号给sv，sv读取ft检测的信号，通过调节sv开度实现ft检测的数据与控制器提供的数据相吻合。进一步，所述计算当前混合站控制状态是否满足煤气混合控制的要求具体为：计算当前混合煤气热值cm和含硫量sm：判断cm是否满足混合煤气热值要求，即cs-△c≤cm≤cs+△c；并且判断sm是否小于混合煤气最高含硫量要求，即sm≤ss。进一步，当计算当前混合站控制状态不满足煤气混合控制的要求时，所述计算满足混合煤气要求的各种煤气混合比例αi的解空间具体为解如下方程组：0≤αi≤1通过求解方程组，获得各种煤气混合比例αi的解空间[α1j,α2j,α3j]。进一步，所述根据各种煤气混合前的压力实时检测值pi，选择最佳的煤气比例分配方案具体为：将第1种煤气的实测压力p1，与煤气1管网压力正常范围设定值进行对比；若p1<pi,min，则选择α1j值最小的分配方案；若p1>pi,max，则选择α1j值最大的分配方案；若p1∈[pi,min,pi,max]，则对第2种煤气实测压力p2与煤气2管网压力正常范围进行比较，以此类推；若各种煤气压力均在正常范围内，则选择混合后煤气含硫量最低的分配方案；判断pm是否在混合煤气压力设定值及其波动范围[ps-△p,ps+△p]内；若满足，则各混合前煤气流量计算值为：qis＝qmαi若不满足，则各混合前煤气流量计算值为：其中，k为修正系数，取值0.2～1.5。一种控制多种煤气混合热值、压力及含硫量的方法，该方法包括以下步骤：s1：设定混合混合煤气参数：混合煤气热值cs、热值允许波动量△c、混合煤气允许最高含硫量ss、混合煤气压力ps和压力允许波动量△p和混合前各种煤气压力的正常范围[pi,min,pi,max]；s2：在线检测混合前各煤气参数：混合前多种煤气的热值ci、流量qi、含硫量si、压力pi、混合后煤气的压力pm和流量qm；s3：计算混合煤气热值cm和含硫量sm：判断cm是否满足混合煤气热值要求，即cs-△c≤cm≤cs+△c；并且判断sm是否小于混合煤气最高含硫量要求，即sm≤ss；若都满足，则各种煤气混合比例分配方案维持现状不变；若不满足，则计算满足混合煤气要求的各种煤气混合比例αi的解空间，具体为解如下方程组：0≤αi≤1通过求解方程组，获得各种煤气混合比例αi的解空间[α1j,α2j,α3j]；s4：根据各种煤气混合前的压力实时检测值pi，选择最佳的煤气比例分配方案。进一步，所述步骤s4具体为：将第1种煤气的实测压力p1，与煤气1管网压力正常范围设定值进行对比；若p1<pi,min，则选择α1j值最小的分配方案；若p1>pi,max，则选择α1j值最大的分配方案；若p1∈[pi,min,pi,max]，则对第2种煤气实测压力p2与煤气2管网压力正常范围进行比较，以此类推；若各种煤气压力均在正常范围内，则选择混合后煤气含硫量最低的分配方案；判断pm是否在混合煤气压力设定值及其波动范围[ps-△p,ps+△p]内；若满足，则各混合前煤气流量计算值为：qis＝qmαi若不满足，则各混合前煤气流量计算值为：其中，k为修正系数，取值0.2～1.5。本发明的有益效果在于：采用本方法及系统可实现准确控制混合煤气热值、压力以及含硫量，为避免混合站向煤气管网过度取气、避免混合煤气燃烧后烟气中硫超标提供了方法。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：图1为本发明具体实施例的系统构成示意；图2为本发明具体实施例的控制工艺流程图；图3为本发明具体实施例的控制流程框图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。请参阅图1～图3，为控制多种煤气混合热值、压力及含硫量的方法及系统。表1示出了国内某钢铁企业各种煤气热值、压力及含硫量的参数，该企业混合煤气为三种煤气混合而成，其对混合煤气热值、压力以及含硫量的控制要求也列于表1。表1某钢铁企业煤气热值、压力及含硫量正常范围值序号项目单位g1-焦炉煤气g2-高炉煤气g3-转炉煤气gm-混合煤气控制要求1热值cikj/m315000～170002500～35005000～66008000～90002含硫量simg/m320～20010～2000～10≤603压力范围pikpa5～69～102.5～3.510～12本发明提供一种控制多种煤气混合热值、压力及含硫量的方法及系统，具体包括：在线检测系统、运算单元、控制器和执行机构。在控制器中，通过程序内置或者人机交互界面，设定控制所需的基本条件，包括混合煤气热值cs(8500kj/m3)和热值允许波动量△c(500kj/m3)、混合煤气允许最高含硫量ss(60mg/m3)、混合煤气压力ps(11kpa)和压力允许波动量△p(1kpa)、混合前各种煤气压力的正常范围[pi,min,pi,max](按照上表设置)。通过在线检测系统实时检测混合前各种煤气的参数，包括：热值ci、流量qi、含硫量si和压力pi。例如，某时刻测得的参数如表2所示。将该数据传送给运算单元。表2某时刻测得的煤气参数序号项目单位g1-焦炉煤气g2-高炉煤气g3-转炉煤气gm-混合煤气1热值cikj/m3164452659.96055.4-2含硫量simg/m337.4124.58.2-3压力pikpa5.510.43.311.14流量qim3/h24217322892421780723通过运算单元，计算当前混合煤气热值cm和含硫量sm：判断cm是否满足混合煤气热值要求cs，即cs-△c≤cm≤cs+△c；并且判断sm是否小于混合煤气最高含硫量要求，即sm≤ss。经判断，上述两个条件均不满足，因此计算满足混合煤气要求的各种煤气混合比例αi解空间，具体为解如下方程组。0≤αi≤1上述方程组可采用线性规划、数值解法或者绘图解法等方法求解，进而获得各种煤气混合比例αi的解空间[α1j,α2j,α3j]。在该解空间内，各个煤气混合比例方案αij均满足混合煤气含硫量不高于ss且热值等于cs的条件。本实施例经求解，获得解空间(以下只展示部分结果)：根据三种煤气混合前的压力实时检测值pi，选择最佳的煤气比例分配方案。具体为：将第1种煤气的实测压力p1，与煤气1管网压力正常范围设定值进行对比，若p1<p1,min，则选择α1j值最小的分配方案；若p1>p1,max，则选择α1j值最大的分配方案；若p1∈[p1,min,p1,max]，则对第2种煤气实测压力p2与煤气2管网压力正常范围进行比较，若p2<p2,min，则选择α2j值最小的分配方案；若p2>p2,max，则选择α2j值最大的分配方案；若p2∈[p2,min,p2,max]，则对第3种煤气实测压力p3与煤气3管网压力正常范围进行比较，以此类推。若各种煤气的管网压力均在正常范围内，则选择混合后煤气含硫量sj最低的分配方案。经对比，高炉煤气压力p2超过正常值上限，因此选择α2j值最大的分配方案α＝[0.35,0.35,0.3]。通过在线检测系统实时检测混合后煤气压力pm和流量qm，分别为11.1kpa和80723m3/h(见表2)。判断pm是否在混合煤气压力设定波动范围[ps-△p,ps+△p]内。经判断pm在此范围内，因此，各混合前煤气流量计算值为：qis＝qmα＝80723×[0.350.350.3]＝[282532825324217]运算单元将混合前各煤气流量计算值qis值传送至控制器。通过控制器将流量调控值qis传送给执行机构。执行机构，主要包括流量调节阀，通过流量调节阀调节各混合前煤气的流量，使之满足设定值qis的要求，进而实现了准确控制混合煤气热值、压力以及含硫量的目的。之后，再次检测混合前和后各种煤气的参数，循环上述所有过程。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12