[发明专利]一种高炉系统与TRT装置分布式协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源与动力工程技术，特别是涉及一种高炉系统和TRT装置协调优化控制的方法。

背景技术

钢铁工业是关系国民经济命脉的重要产业，但是高炉冶炼能耗高和污染严重的特点影响钢铁工业的持续发展。高炉冶炼是炼铁过程中最耗能的部分，而且高炉冶炼中经常会出现干扰，产生波动，影响高炉的稳定。高炉冶炼主要是把烧结矿、焦炭放到高炉中，通过进风口向高炉中鼓吹热风，反应中产生的还原性气体将矿石中的铁元素还原出来。矿石的成分变化，烧结矿转鼓强度的变化，以及热风压力变化都会对高炉炉内的温度分布产生较大影响，主要通过进风操作来调节炉内温度。高炉煤气余压透平发电装置(以下简称TRT装置)是一种工业二次能源回收装置，利用原来浪费在减压阀组上的高炉煤气余压进行发电，产生电能，消除减压阀组上的噪声，还能调节高炉顶压稳定，保障高炉冶炼的正常运行。TRT装置对钢铁企业进行节能减排技术具有重要意义。

TRT装置与高炉系统紧密相连，相互影响。高炉系统对TRT装置的影响很大，高炉产生的煤气量越大，压力越大，煤气在透平机中做功越多，发电量越大。如果高炉系统产生的煤气量波动较大，就需要对透平机进行较多的调节，包括对快开旁通阀的调整，影响TRT装置的正常运行。

反过来，TRT装置对高炉系统也有很大的关联影响作用。尤其是在TRT装置启动、升速和紧急停止过程中高炉顶压会发生不稳定，主要通过TRT透平机静叶开度来调节煤气流量，达到调节高炉顶压的目的。顶压是高炉冶炼的重要参数，如果顶压不能稳定，会引起炉内反应剧烈波动，温度分布发生变化，高炉出现异常。当炉内压力高于额定值时，会使煤气气流分布不均，引起崩料，严重时会损坏设备。当炉内压力低于额定值时，会引起炉内煤气体积增大，气流压力损失增大，煤气流速上升，使炉喉磨损严重，更有甚者，会引起炉顶设备事故。就TRT装置的发电量与高炉生产相比较而言，TRT装置处于从属地位，当高炉炉顶压力波动而影响其正常生产时，TRT装置会被迫停机，保证高炉冶炼的正常运行。

高炉系统和TRT装置紧密相连，相互影响。实际炼铁厂中采取的优化控制技术都是单独针对高炉系统或者TRT装置本身来研究的，各自为政，缺乏协调，将来自于另一系统的输入看作已知量，相当于切断了相互之间的关联耦合作用，孤立的对本地系统进行优化控制，没有考虑与相关工序的协调优化控制，得到的控制效果只是局部最优(即对本工序而言是最优的)，而非整体最优(对整个高炉系统和TRT装置而言最优)，就会导致控制作用过量，影响正常生产，造成资源浪费和效率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉系统与TRT装置分布式协调控制方法，即从全局的、整体的角度对高炉系统和TRT装置进行协调优化控制，通过数据服务器进行信息交换，高炉系统和TRT装置分别在本地进行优化控制，能够有效缓解原料成分波动和其他扰动作用对生产操作和产品质量的影响，减少不必要能源浪费，保障高炉系统和TRT装置平稳、高效的运行。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

1高炉系统的描述和动态建模：

首先对高炉系统进行描述，再根据关联模型总体架构，在对高炉系统描述和分析的基础上，建立高炉系统的动态关联模型；

2TRT装置的描述和动态建模：

首先对TRT装置进行描述，再根据关联模型总体架构，在对TRT装置的描述与分析基础上，建立TRT装置的动态关联模型；

3高炉系统和TRT装置分布式协调控制：

采用分布式协调控制方法，首先确定高炉系统和TRT装置的采样周期，然后对两个模型进行优化求解，采用可变窗口长度的分布式预测控制方法，建立协调控制机制，实现高炉系统和TRT装置协调控制。

所述的对高炉系统进行描述，即考虑影响高炉温度分布和正常运行的主要因素，按照协调优化的关联模型结构，以高炉顶压作为关联输入，以热风流量、热风温度、富氧量和喷煤量为控制量，以转鼓强度、热风压力、矿石成分和焦炭质量为干扰，以高炉煤气流量和煤气温度为关联输出，以高炉炉内温度为内部状态，建立高炉系统的动态关联模型。

所述的对TRT装置进行描述，通过机理分析，按照协调优化的关联模型结构，以高炉煤气流量和温度为关联输入，以静叶开度和旁通阀开度为控制量，以雷达料线和叶片积灰为干扰，以高炉顶压为关联输出，以炉顶压力、透平机进口压力、透平机进口压力容器入口温度、透平机进口压力容器内部温度、透

平机进口压力容器内部压力、透平机出口压力容器温度和透平机出口压力容器内部压力为内部状态，建立TRT装置的动态关联模型。