煤氣混合計算熱值和壓力控制系統(tǒng)技術(shù)方案

一種煤氣混合計算熱值和壓力控制系統(tǒng)，屬于燃料燃燒領(lǐng)域。系統(tǒng)包括混合煤氣壓力定值反饋自動調(diào)節(jié)的主控單元；高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣流量跟蹤調(diào)節(jié)的兩個副控單元；轉(zhuǎn)爐煤氣熱流量計算單元；按混入煤氣熱值計算混合煤氣熱值的計算單元；按煤氣熱值修正煤氣流量測量的計算單元；完成交叉雙限幅控制的輔助單元。系統(tǒng)避免了混合煤氣壓力和熱值間干擾耦合及熱值信息的純滯后，系統(tǒng)穩(wěn)定，實用性強。（*該技術(shù)在2015年保護(hù)過期，可自由使用*）

Calorific value and pressure control system for gas mixing calculation

The utility model relates to a mixed calorific value and pressure control system for gas mixing, belonging to the fuel combustion field. The pressure of the mixed gas system comprises a fixed value feedback control unit automatic control; two sub control of blast furnace gas and coke oven gas flow tracking regulation unit; converter gas heat flow calculation unit; calculation unit of mixed gas calorific value by mixed gas calorific value; calorific value calculation unit according to the correct measurement of gas flow; complete the double cross limit amplitude control of auxiliary unit. The system avoids the lag between the mixing gas pressure and heat value, the interference coupling and the heat value information. The system is stable and practical.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于燃料及燃燒
，特別是煤氣混合后的計算熱值控制和壓力控制系統(tǒng)。煤氣混合熱值控制因混合后的熱值和壓力的相互干擾以及熱值儀的測值純滯后較大，使系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，甚至不能投運。已公開的混合煤氣熱值控制為“煤氣混合熱值和壓力解耦控制系統(tǒng)”，專利申請?zhí)?3111718.6，專利技術(shù)人郭宇光。實施例的框圖經(jīng)簡化后示于附圖說明圖1。圖中符號為SV設(shè)定值，PV過程變量，G調(diào)節(jié)器，W控制對象，S史密斯Smith純滯后予估補償，L慣性環(huán)節(jié)，×乘法，－減法；下腳標(biāo)q為熱值，p為壓力，c焦?fàn)t煤氣，B高爐煤氣。系統(tǒng)由熱值調(diào)節(jié)器Gq和壓力調(diào)節(jié)器Gp組成的主回路以及由焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器Gc和高爐煤氣流量調(diào)節(jié)器GB組成的副回路構(gòu)成。主回路和副回路之間，用慣性環(huán)節(jié)L并通過特設(shè)的為完成解耦的重要環(huán)節(jié)乘法計算單元綜合，使混合煤氣壓力變化時不改變流量的設(shè)定比r3/r4，使混合煤氣熱值變化時不改變兩種煤氣流量的總和設(shè)定的r3＋r4，系統(tǒng)穩(wěn)定態(tài)時可以認(rèn)為焦?fàn)t煤氣流量qVc和高爐煤氣流量qVB分別是qVc＝r3和qVB＝r4，但是在調(diào)節(jié)過程里，由于系統(tǒng)組成和參數(shù)不同使qVc和qVB在動態(tài)中很難始終保持同相位，又很難使其同時達(dá)到穩(wěn)定態(tài)，所以在動態(tài)過程中，實際的過程變量不遵循在混合煤氣壓力變化時不改變流量比值條件，也不遵循煤氣熱值變化時不改變兩種煤氣的流量總和的條件。即實際的qVc/qVB和qVc＋qVB不對應(yīng)r3/r4及r3＋r4，又因調(diào)節(jié)過程中的不同步和r3/r4的變化使測值純滯后不利因素顯得突出，系統(tǒng)依靠傳統(tǒng)的史密斯Smith純滯后預(yù)估補償解決純滯后存在的不利因素，但是史密斯估模型估計誤差的限制會使實際應(yīng)用受到限制。圖1所示系統(tǒng)順利運行的前提歸納為1)需兩個流量調(diào)節(jié)的副回路綜合特性相等；2)史密斯預(yù)估模型足夠精確。做到這兩點是非常困難的，因而降低了圖1所示系統(tǒng)的實用性。本專利技術(shù)的目的是提供一種計算熱值的控制系統(tǒng)，它可以避免混合煤氣熱值和壓力控制中的耦合問題而不需另設(shè)解耦裝置；可以避免熱值分析的純滯后問題而不需另設(shè)純滯后預(yù)估補償裝置；不但可以提高現(xiàn)有兩種煤氣混合的控制指標(biāo)而且能進(jìn)行三種煤氣的混合。上述目的可通過本專利技術(shù)提供的系統(tǒng)實現(xiàn)。該系統(tǒng)是把混合煤氣壓力和熱值作為控制對象當(dāng)其在外部干擾條件下運行時，令其輸出的過程變量調(diào)節(jié)到設(shè)定值的控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)包括混合煤氣壓力定值調(diào)節(jié)的主調(diào)節(jié)器Gp和過程變量PVp的定值調(diào)節(jié)；焦?fàn)t煤氣流量副環(huán)調(diào)節(jié)器Gc和過程變量PVc的跟蹤調(diào)節(jié)；高爐煤氣流量副環(huán)調(diào)節(jié)器GB和過程變量PVB的跟蹤調(diào)節(jié)；混合煤氣熱值計算裝置GF；煤氣熱值修正流量計算裝置Gq；實現(xiàn)交叉雙限幅控制的加減計算和選擇計算裝置MS。另外，系統(tǒng)還包括作為控制對象存在的Wp、Wc、WB。主調(diào)節(jié)器Gp接入設(shè)定值SVp和過程變量PVp。焦?fàn)t煤氣的中間值選擇計算器MSc接入Gp的輸出mVp和高爐煤氣流量修正后的FB按熱流量折算的折合焦?fàn)t煤氣流量值Fc，經(jīng)過高、低限制，輸出中間值作為焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器GC的設(shè)定值SVC，Gc的輸出直接作用于焦?fàn)t煤氣流量控制對象Wc上，使Wc的輸出跟蹤其設(shè)定值SVc。經(jīng)過熱值對流量修正的修正裝置輸出的焦?fàn)t煤氣流量FC及其高、低限限制值，連同Gq的輸出mVp接入高爐煤氣側(cè)的中間值選擇計算器MSB，選出的中間值作為高爐煤氣流量調(diào)節(jié)器GB的設(shè)定值SVB，GB的輸出直接作用于高爐煤氣流量控制對象WB上，使WB的輸出跟蹤其設(shè)定值SVB。WB和WC的輸出PVB和PVC在壓力控制對象WP前相加連接，使WP的輸出PVP接入主調(diào)節(jié)器Gp的反饋輸入端。在高爐煤氣側(cè)設(shè)熱值計算裝置GF1和GF2。其中GF1接入高爐煤氣流量FB和熱值QB和焦?fàn)t煤氣熱值QC和混合后的目標(biāo)熱值Qm輸出接加法單元∑，GF2接入轉(zhuǎn)爐煤氣流量FL和熱值QL和混合后的目標(biāo)熱值Qm和焦?fàn)t煤氣熱值Qc。本專利技術(shù)另一方面是提供偏差調(diào)節(jié)單元。本單元，在干擾條件下把控制對象輸出的過程變量調(diào)節(jié)到設(shè)定值的方法。該方法是在設(shè)定值和過程變量存在偏差時，將參予調(diào)節(jié)的兩個副環(huán)流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值都受另一方過程變量的限制，即設(shè)定值跟蹤對方過程變量、盡管兩個流量調(diào)節(jié)回路特性不同，但動態(tài)過程中過程變量都限制在允許范圍內(nèi)，流量比值對混合煤氣熱值的影響也被限制在允許范圍內(nèi)；作為混合煤氣熱值主要干擾的高爐煤氣熱值和焦?fàn)t煤氣熱值以及轉(zhuǎn)爐煤氣熱值均在混合前測量，除用經(jīng)驗公式修正流量測值外，并計算出混合后煤氣熱值需要的煤氣流量比，從而提高流量測值和熱值的精度；系統(tǒng)中所有閉環(huán)回路里都不含熱值測量純滯后的不良因素來提高動態(tài)指標(biāo)；為提高調(diào)節(jié)特性在流量副環(huán)采用可變增益控制；系統(tǒng)可擴(kuò)充到三種煤氣的混合，使用途更趨廣泛。由于采用上述技術(shù)措施使系統(tǒng)穩(wěn)定、動態(tài)精度高、實用性強，對于燃燒混合煤氣的生產(chǎn)率50t/h的加熱爐每小時可節(jié)約人民幣二萬元左右。本專利技術(shù)有如下附1是煤氣混合熱值和壓力解耦系統(tǒng)簡化功能框圖。圖2是本專利技術(shù)實施例的功能框圖。圖3是采用日本山武霍尼威爾公司的可編程調(diào)節(jié)器KMM，對本專利技術(shù)實施例的功能組態(tài)圖。下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的實施例做進(jìn)一步的詳述。圖2和圖1相同標(biāo)號的意義相同，下面主要說明與現(xiàn)有技術(shù)不同的地方。圖2所示虛線框內(nèi)高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的處理來自三種煤氣混合的熱平衡方程式(1)及(2)。QcFc＋QBFB＋QLFL＝Qm(Fc＋FB＋FL)(1)從式(1)得Fc=Qm-QBQc-Qm·FB+Qm-QLQc-Qm·FL=GF1·FB+GF2·FL---(2)]]>式中Q熱值kJ/m3F流量m3/h下腳標(biāo)志C、B、L、m分別為焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐、混合煤氣。GF1、GF2熱值計算系數(shù)％式(2)說明，混合煤氣熱值Qm是需要的目標(biāo)熱值，SVq＝Qm，系統(tǒng)主要干擾來自被混入煤氣的流量和熱值的變化。圖2中GqB、GqL、Gqc為煤氣按熱值修正流量的修正系數(shù)，按經(jīng)驗的熱值Q與密度ρ關(guān)系曲線修正測量流量后分別得FB、FL、FC。虛線框內(nèi)做為整個控制系統(tǒng)副環(huán)之一的高爐煤氣流量跟蹤系統(tǒng)來說、傳遞函數(shù)為PVBSVB′=GB·WB1+GB·WB·GF1·GqB]]>(3)SVB′＝SVB－FL·GqL·GF2 (4)對于使用在兩種煤氣混合的系統(tǒng)，SVB＝SV′B，混入第三種煤氣時對系統(tǒng)的干擾等效為跟蹤目標(biāo)的變化；另外，式(3)的特征方程多余了GF1、GqB項，它使開環(huán)增益GB WB決定的放大倍數(shù)K和時間常數(shù)T均小了1＋KGF1·GqB倍。所以，在GF1、GqB變化時，對系統(tǒng)有較大影響，需要在GF1、GqB變化時使調(diào)節(jié)器GB的增益相應(yīng)變化，另外，GF1·GqB雖然存在于特征方程式中，但是焦?fàn)t煤氣熱值和高爐煤氣熱值變化來自煉焦、煉鐵工藝過程，相對流量調(diào)節(jié)在幾稱鐘內(nèi)就能完成的快速過程而言，在一個調(diào)節(jié)周期內(nèi)可以認(rèn)為熱值分析純滯后對GF1·GqB無影響。又因GF1和GF2是所需要的熱值比，取變化量，得ΔGF1=ΔQBe-τBS&am本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種煤氣混合計算熱值和壓力控制系統(tǒng)，包括混合煤氣壓力定值反饋自動調(diào)節(jié)的主控單元Ｇ↓［Ｐ］；轉(zhuǎn)爐煤氣熱流量計算單元ＧＦ２；按混入煤氣熱值計算混合煤氣熱值的計算單元ＧＦ；按煤氣熱值修正煤氣流量測量的計算單元Ｇ↓［ｑＢ、ｑｃ］、Ｇ↓［ｑｃ］；完成交叉雙限幅控制的輔助單元ＭＳ↓［Ｂ］和ＭＳ↓［Ｃ］，其特征在于主調(diào)節(jié)器Ｇ↓［Ｐ］接入設(shè)定值ＳＶ↓［Ｐ］和過程變量ＰＶ↓［Ｐ］，焦?fàn)t煤氣的中間值選擇計算器ＭＳｃ接入Ｇ↓［Ｐ］的輸出ｍＶｐ和高爐煤氣流量修正后的Ｆ↓［Ｂ］按熱流量折算的折合焦?fàn)t煤氣流量值Ｆ′ｃ，經(jīng)過高、低限制，輸出中間值作為焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器Ｇｃ的設(shè)定值ＳＶｃ，Ｇｃ的輸出直接作用于焦?fàn)t煤氣流量控制對象Ｗｃ上，使Ｗｃ的輸出跟蹤其設(shè)定值ＳＶ↓［ｃ］，經(jīng)過熱值對流量修正的修正裝置Ｇ↓［ｑｃ］輸出的焦?fàn)t煤氣流量Ｆ↓［ｃ ］及其高、低限限制值，連同Ｇ↓［Ｐ］的輸出ｍＶｐ接入高爐煤氣側(cè)的中間值選擇計算器ＭＳ↓［Ｂ］，選出的中間值作為高爐煤氣流量調(diào)節(jié)器Ｇ↓［Ｂ］的設(shè)定值ＳＶ↓［Ｂ］，Ｇ↓［Ｂ］的輸出直接作用于高爐煤氣流量控制對象Ｗ↓［Ｂ］上，使Ｗ↓［Ｂ］的輸出跟其設(shè)定值ＳＶ↓［Ｂ］，Ｗ↓［Ｂ］和Ｗ↓［Ｃ］的輸出ＰＶ↓［Ｂ］和ＰＶ↓［Ｃ］在壓力控制對象Ｗ↓［Ｐ］前相加連接，使Ｗ↓［Ｐ］的輸出ＰＶ↓［Ｐ］接入主調(diào)節(jié)器Ｇ↓［Ｐ］的反饋輸入端，在高爐煤氣側(cè)設(shè)熱值計算裝置ＧＦ１和ＧＦ２，其中ＧＦ１接入高爐煤氣流量Ｆ↓［Ｂ］和熱值Ｑ↓［Ｂ］和焦?fàn)t煤氣熱值Ｑ↓［Ｃ］和混合后的目標(biāo)熱值Ｑｍ和輸出接加法單元＊；ＧＦ２接入轉(zhuǎn)爐煤氣流量Ｆ↓［Ｌ］和熱值Ｑ↓［Ｌ］和混合后的目標(biāo)熱值Ｑｍ和焦?fàn)t煤氣熱值Ｑ↓［Ｃ］。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田彥祓，
申請(專利權(quán))人：冶金工業(yè)部重慶鋼鐵設(shè)計研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：51[中國|四川]