一種冶金燃?xì)忮仩t燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金燃?xì)忮仩t控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種冶金燃?xì)忮仩t燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在冶金燃?xì)忮仩t使用在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣為原料，生產(chǎn)蒸汽，用于汽輪機發(fā)電或者驅(qū)動其他風(fēng)機。
[0003]近年來，我國的經(jīng)濟發(fā)展帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，如在能源應(yīng)用中產(chǎn)生的浮塵、尾氣、煤煙等有害物質(zhì)時刻損害著人們的健康，也給環(huán)境的治理帶來了很大的困難，而鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣如果不加以利用直接放散，既浪費能源，同時嚴(yán)重污染環(huán)境，因此如何能將這些煤氣利用起來，變廢為寶就顯得十分重要，燃?xì)忮仩t就很好的解決了這一問題。
[0004]燃?xì)忮仩t運行中根據(jù)煤氣管網(wǎng)的壓力、汽包壓力、發(fā)電負(fù)荷等因素綜合調(diào)整煤氣閥門的增減。目前鋼鐵冶金燃?xì)忮仩t大多數(shù)在手動運行，手動操作不及時，煤氣管網(wǎng)壓力太低直接影響鍋爐的安全運行，煤氣管網(wǎng)壓力大而沒有及時增加造成煤氣放散浪費及煤氣熱值的高低配風(fēng)不及時將影響鍋爐經(jīng)濟運行，手動操作不能滿足發(fā)電需求及煤氣管網(wǎng)的穩(wěn)定等。由于煤氣管網(wǎng)壓力波動大，操作工需要頻繁操作，煤氣調(diào)節(jié)的變化造成配風(fēng)、送風(fēng)、汽包液位及主汽溫度的頻繁操作，運行人員勞動強度大。
[0005]李忠虎等提出水位控制采用傳統(tǒng)三沖量控制方式，過熱蒸汽溫度控制設(shè)置兩級過熱器和兩級減溫裝置，從而使過熱蒸汽出口溫度維持在允許的范圍之內(nèi)，第一級過熱器出口蒸汽溫度控制采用串級控制系統(tǒng)，主被控變量為出口蒸汽溫度，副被控變量為第一級減溫水流量，以改善控制性能，第二級過熱器出口蒸汽溫度控制采用單回路控制系統(tǒng)，被控變量為第二級過熱器出口蒸汽溫度；負(fù)荷控制回路的配風(fēng)量根據(jù)空燃比計算，空燃比根據(jù)氧含量進行修正，氧含量的控制點隨著負(fù)荷變化，參見化工自動化及儀表2012年第三期370-372 頁。
[0006]徐寶珍提出汽包液位控制采用手動和自動配合控制的方式，在自動調(diào)節(jié)閥門達到調(diào)節(jié)極限的情況下需要手動干預(yù)調(diào)節(jié)另外一個閥門，主汽溫度控制采用溫度水量的串級控制方式，負(fù)荷控制的配風(fēng)采用煤氣壓力和空氣壓力配比的方式，參見微機應(yīng)用與自動化2004年第三期35-38頁。
[0007]韓明杰提出水位控制采用傳統(tǒng)三沖量控制方式，將給水主路調(diào)節(jié)閥作為主調(diào)節(jié)閥，在正常負(fù)荷和高負(fù)荷運行時使用，旁路調(diào)節(jié)閥在低負(fù)荷時使用，在自動給水狀態(tài)下，只允許其中之一參與自動調(diào)節(jié)給水，另一調(diào)節(jié)閥可以在DCS上手動進行給水量調(diào)整，爐膛負(fù)壓控制通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機入口擋板開度進行控制，汽溫控制采用iro串級調(diào)節(jié)方式，參見冶金動力2014年第七期51-53頁。
[0008]從以上控制方法可知，目前水位控制大都采用傳統(tǒng)的三沖量控制方式，沒有考慮燃燒的因素，在出現(xiàn)燃燒較大變化時，易出現(xiàn)較大虛假液位，控制精度無法保證;主汽溫度控制采用溫度水量的串級控制方式，但是對于一般的現(xiàn)場，減溫水量的計量偏差很大，很難在實際的現(xiàn)場中使用，同時采用單回路控制，控制點固定，當(dāng)負(fù)荷波動時，固定控制點是不合適的；負(fù)荷控制根據(jù)空燃比進行配風(fēng)，但含氧量、煤氣熱值、煤氣壓力和空氣壓力等因素對負(fù)荷的影響問題沒有解決。
[0009]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)仍舊存在一定的局限性和缺陷，因此提出本控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對上述問題，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種冶金燃?xì)忮仩t優(yōu)化控制系統(tǒng)。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種冶金燃?xì)忮仩t優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括汽包液位控制回路、主汽溫度控制回路、爐膛壓力控制回路、送風(fēng)控制回路、空燃比優(yōu)化控制器和煤氣流量控制回路。
[0012]汽包液位控制回路
汽包液位控制回路采用串級控制方式，汽包液位設(shè)定器根據(jù)實際需要設(shè)定需要控制的汽包液位，汽包液位設(shè)定器輸出與汽包液位測量儀表作為汽包液位調(diào)節(jié)器的輸入，汽包液位調(diào)節(jié)器輸出為汽水偏差補償值，燃燒因素前饋補償器輸出與汽水偏差補償值之和作為汽水偏差設(shè)定值，汽水偏差計算器輸出為實際汽水偏差值作為汽水偏差測量值，汽水偏差設(shè)定值和汽水偏差測量值作為汽水偏差調(diào)節(jié)器的輸入，汽水偏差調(diào)節(jié)器輸出對給水閥門開度進行調(diào)整。
[0013]主汽溫度控制回路
主汽溫度設(shè)定器根據(jù)實際需要輸出主汽溫度設(shè)定值，主汽溫度調(diào)節(jié)器根據(jù)主汽溫度測量儀表得到的實際主汽溫度值與主汽溫度設(shè)定值之間的偏差，與根據(jù)燃燒因素前饋補償器的輸出共同調(diào)整減溫水閥門的開度。
[0014]爐膛壓力控制回路
爐膛壓力設(shè)定值通過爐膛壓力設(shè)定器設(shè)定，爐膛壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)爐膛壓力測量儀表得到的實際爐膛壓力值與爐膛壓力設(shè)定值之間的偏差，與煤氣空氣前饋補償器的輸出共同調(diào)整引風(fēng)機的開度。
[0015]送風(fēng)控制回路
空氣量調(diào)節(jié)器根據(jù)空氣量設(shè)定器與空氣量測量儀表測得的實際空氣量的偏差，調(diào)整送風(fēng)機開度，其中空氣量設(shè)定器的輸出是煤氣測量儀表測得實際煤氣量與空燃比計算器的輸出的乘積，空燃比計算器輸入是空燃比優(yōu)化控制器與氧量空燃比補償器之和。
[0016]空燃比優(yōu)化控制器
首先設(shè)定尋優(yōu)的步長S0P=e*FA，其中為Fa當(dāng)前空氣總流量，ε為允許誤差
①恒定煤氣流量定值，將當(dāng)前空氣流量作為空氣流量設(shè)定值輸出到空氣流量閥位計算器，優(yōu)化控制器運行標(biāo)志設(shè)置為0Ν，一段時間后記錄一個優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值J1;
②選擇增加空氣流量，置η=η+1，空氣流量設(shè)定值增量為設(shè)置的步長n*S0P，輸出空氣流量設(shè)定值到空氣流量閥位計算器;修改當(dāng)前的空氣燃料比，轉(zhuǎn)向第⑧步，η為計數(shù)器；
③如果J2 > JI時，說明尋找的方向正確，繼續(xù)沿著這個方向?qū)ふ?，把J 2的值賦給JI，轉(zhuǎn)向第②步;如果J2〈Jdt，判斷是不是第一次尋優(yōu)，即η是否為I，如果η=1時，則說明尋找方向錯誤，轉(zhuǎn)向第④步。如果η在I時，且I J2-Ji I〈ε時，則當(dāng)前空氣燃料比為最佳狀態(tài)，本次尋優(yōu)結(jié)束，優(yōu)化控制器運行標(biāo)志設(shè)置為OFF。如果η在I時，且I J2-J11 >ε時，則變步長尋找置SOP=-
0.25*S0P，轉(zhuǎn)向第②步；
④選擇增加空氣流量，置n=n+l，空氣流量設(shè)定值增量為設(shè)置的步長n*(-S0P)，輸出空氣流量設(shè)定值到空氣流量閥位計算器，修改當(dāng)前的空氣燃料比，轉(zhuǎn)向第⑧步；
⑤如果j2>jl時，說明尋找方向正確，繼續(xù)沿著該方向?qū)ふ?，把J2的值賦給Jl，轉(zhuǎn)向第④
步；
⑥如果J2〈Jdt，且IJ2-J11〈ε時，則當(dāng)前空氣燃料比為最佳狀態(tài)，本次尋優(yōu)結(jié)束，優(yōu)化控制器運行標(biāo)志設(shè)置為OFF;
⑦如果J2〈1時，且I J2-Ji I >ε時，則變步長尋找置SOP=-0.25*S0P，轉(zhuǎn)向第②步；
⑧目標(biāo)函數(shù)值計算，以動態(tài)響應(yīng)后的穩(wěn)態(tài)實時過程測量值，按優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)計算目標(biāo)函數(shù)值J2，即優(yōu)化輸出作用到裝置后的一段時間后開始計算，時間取決于過程的動態(tài)響應(yīng)時間，返回原來的轉(zhuǎn)過來的位置。
[0017]煤氣流量控制回路
煤氣流量調(diào)節(jié)器根據(jù)煤氣流量設(shè)定器與煤氣流量測量儀表測得的實際煤氣流量的偏差，調(diào)整煤氣調(diào)節(jié)閥門開度，其中煤氣流量設(shè)定器的輸入是煤氣流量基本量設(shè)定、主汽壓力調(diào)節(jié)器輸出和煤氣總管壓力調(diào)節(jié)器輸出之和;主汽壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)主汽壓力設(shè)定器輸出與主汽壓力測量儀表測得實際主汽壓力值的偏差進行調(diào)整;煤氣總管壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)煤氣總管壓力設(shè)定器輸出和煤氣總管壓力測量儀表測得實際總管壓力值的偏差進行調(diào)整;主汽壓力設(shè)定器和煤氣總管壓力設(shè)定器均根據(jù)實際需要進行設(shè)定。
[0018]本發(fā)明具有的有益效果是:汽包液位控制回路在傳統(tǒng)三沖量控制的基礎(chǔ)上增加燃燒因數(shù)前饋，使得調(diào)整更加快速，更加穩(wěn)定;主汽溫度控制回路在主汽溫度直接控制減溫水閥門的基礎(chǔ)上增加燃燒因素前饋，提前動作，提前調(diào)整，穩(wěn)定主汽溫度;爐膛壓力控制回路采用引風(fēng)機直接調(diào)整爐膛壓力，增加煤氣總量和送風(fēng)總量前饋，提前調(diào)整引風(fēng)機，穩(wěn)定爐膛負(fù)壓;燃燒系統(tǒng)控制采用串級控制方式，主調(diào)節(jié)為主汽壓力調(diào)整煤氣流量控制點，副調(diào)節(jié)為煤氣流量控制煤氣閥位;送風(fēng)控制采用比值控制方法，根據(jù)煤氣流量與空燃比計算風(fēng)量控制點，根據(jù)實際風(fēng)量調(diào)節(jié)送風(fēng)機開度;空然尋優(yōu)控制通過進退優(yōu)化滾動優(yōu)化策略尋找最佳空然配比。
[0019]通過以上技術(shù)手段，使燃?xì)忮仩t實現(xiàn)自動控制，各項技術(shù)指標(biāo)滿足燃?xì)忮仩t的運行指標(biāo)，通過優(yōu)化空燃比，使得煤氣既可以充分燃燒，又不至于風(fēng)量過大，增大排煙損失，實現(xiàn)鍋爐的節(jié)能降耗;解決了汽包水位、爐膛壓力和煤氣壓力的平穩(wěn)性問題，虛假液位的問題，空氣量和煤氣量難以自動控制的問題和主汽溫度精確控制的問題，實現(xiàn)了提前預(yù)判，提前動作，空燃比自尋優(yōu)，燃燒更加穩(wěn)定，達到了節(jié)能減排的目的。
【附圖說明】
[0020]附圖1為汽包液位控制回路流程圖。
[0021 ]附圖2為主汽溫度控制回路流程圖。
[0022]附圖3為爐膛壓力控制回路流程圖。
[0023]附圖4為送風(fēng)控制回路流程圖。
[0024]附圖5為煤氣流量控制回路流程圖。
[0025]附圖6為空燃比優(yōu)化控制器流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0027]汽包液位控制回路
汽包液位調(diào)節(jié)器，采用PID控制算法，汽包液位設(shè)定值為L_SP，汽包液位測量值為L_PV，輸出為L_AV，其中PID控制算法中參數(shù)P的取值范圍為200?250，參數(shù)I的取值范圍是200?300，參數(shù)D的取值范圍是30?40;汽水偏差計算器輸出基本汽水偏差QS_JB為汽包液位控制回路自動調(diào)節(jié)瞬間記錄的當(dāng)前汽水偏差值，即IF GSAUT0=TRUE THENQS_JB=QS_AV
其中，GSAUT0為汽包液位自動調(diào)節(jié)使能信號，QS_AV為汽包液位調(diào)節(jié)器輸出值；
燃燒因素前饋補償器設(shè)定值為QKRS1_SP，測量值為汽包液位控制回路自動調(diào)節(jié)瞬間記錄的當(dāng)前煤氣總量QKRS1_PV，輸出為QKRS1_AV=K1*(QKRS1_PV-QKRS1_SP)，其中Kl=-
0.0005；
汽水偏差調(diào)節(jié)器，采用PID控制算法，汽水偏差設(shè)定值QS_SP為汽包液位調(diào)節(jié)器的輸出L_AV、燃燒因素前饋補償器輸出QKRS1_AV與基本汽水偏差設(shè)定值QS_JB三者之和，S卩QS_SP=L_AV+QKRS1_AV+QS_JB，汽水偏差值Q