[发明专利]用于煤气混合压力调节的控制系统和方法

说明书

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COG、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T1，T2和T3分别用于检测不同管路内的温度，压力检测器P1、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(X1)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(X1)的输出值在选择单元中经过限幅比例调节系数K1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FIC1的目标值SP1，流量控制器FIC1进而根据该目标值SP1以及测得的焦炉煤气流量测量值PV1，对焦炉煤气的调节阀SV1进行调节；类似地，在高炉煤气流量控制副回路中，FI1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FIC1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(X1)和F(X2)的计算模型分别为：