CN102433134A - 一种焦炉集气管压力的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦炉集气管压力的控制方法，包括：1)获取测量值；2)计算排气扰动量；3)计算吸力扰动量；4)控制蝶阀的开度。在本发明提供的方案中，通过获取集气管压力值和蝶阀后吸力值，并根据上述数据通过上述方法来进行计算，最终将得到的数据用以控制蝶阀的开度。因此，本发明提供的方案可以自动的调节集气管压力，从而可以消除各种因素产生的集气管压力不稳定的情况，所以可以避免因集气管压力过大或过小而产生的各种缺陷。

Description

一种焦炉集气管压力的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及焦炉集气管领域，更具体的说，涉及焦炉集气管压力的控制方法及系统。 

背景技术

请参见图1所示，焦炉(11，12)的集气管(13，14，15，16)是用钢板焊制而成的圆筒或槽形结构，沿整个焦炉(11，12)纵向置于炉柱托架上，用于汇集各炭化室的荒煤气和冷凝焦油、氨水。鼓风机组21提供的吸力专供荒煤气排出，并将其送入煤气净化室22进行深加工，其上装有手动和自动蝶阀(17)用以调节集气管压力。 

集气管压力是焦炉(11，12)生产的重要参数，必须进行严格控制，一般集气管压力设定值约130帕。在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现现有技术存在以下问题： 

集气管(13，14，15，16)内部会由于很多因素导致集气管压力不稳定，例如生产工艺过程扰动和蝶阀后吸力扰动，都能够使集气管压力过高或过低。如果集气管压力过高，将造成荒煤气放散，不仅造成资源浪费，同时还会产生较大的环境污染，恶化现场操作环境；如果集气管压力过低，甚至出现负压时，空气可能会进入碳化室，使炉内焦炭燃烧，这不但增加焦炭的灰分，而且焦炭灰分在高温下将侵蚀炉墙砖，将会减少焦炉(11，12)的使用寿命，另外，漏入的空气会烧掉一部分荒煤气，使化学产品的产量减少。 

因此，如何实现集气管压力的自动调节，以使集气管压力处于预先设定的状态，成为目前最需要解决的问题。 

发明内容

有鉴于此，本发明的设计目的在于，提供一种焦炉集气管压力的控制方法及系统，以实现集气管压力的自动调节，从而避免集气管压力的不稳定状态。 

本发明实施例是这样实现的： 

一种焦炉集气管压力的控制方法，包括： 

1)获取测量值：获取集气管压力值和蝶阀后吸力值； 

2)计算排气扰动量：将所述集气管压力值和集气管设定值的差值进行PID比例、积分和微分的运算，以得到排气扰动量； 

3)计算吸力扰动量：将所述蝶阀后吸力值与预先设定的扰动作用系数的比值作为吸力扰动量； 

4)控制蝶阀的开度：将所述排气扰动量和所述吸力扰动量的差值作为蝶阀控制信号来控制蝶阀的开度。 

2、根据权利要求1所述的焦炉集气管压力的控制方法，其特征在于，在步骤1)中，获取所述蝶阀后吸力值的测量点为： 

气体从蝶阀处以预设速度在集气管内流动预设时间的位置。 

优选地，在上述的焦炉集气管压力的控制方法中，所述采集时间具体为1-2秒。 

优选地，在上述的焦炉集气管压力的控制方法中，当所述排气扰动量增大，且所述吸力扰动量不变时，则所述蝶阀的开度增大。 

优选地，在上述的焦炉集气管压力的控制方法中，当所述排气扰动量和所述吸力扰动量同时增大，且所述排气扰动量与所述吸力扰动量的增量完全相同时，则所述蝶阀的开度不变。 

优选地，在上述的焦炉集气管压力的控制方法中，当所述排气扰动量和所述吸力扰动量同时增大，且所述排气扰动量的增量小于所述吸力扰动量的增量时，则所述蝶阀的开度减小。 

优选地，在上述的焦炉集气管压力的控制方法中，当所述排气扰动量增大且所述吸力扰动量减小时，则所述蝶阀的开度增大。 

一种焦炉集气管压力的控制系统，包括集气管压力测量装置、蝶阀后吸力测量装置、排气扰动量计算模块、吸力扰动量计算模块和蝶阀控制运算模块；其中， 

所述集气管压力测量装置，用于获取集气管压力值； 

所述蝶阀后吸力测量装置，用于获取蝶阀后吸力值； 

所述排气扰动量计算模块，用于将所述集气管压力值和集气管设定值的差值进行PID比例、积分和微分的运算，以得到排气扰动量； 

所述吸力扰动量计算模块，用于将所述蝶阀后吸力值与预先设定的扰动作用系数的比值作为吸力扰动量； 

所述蝶阀控制运算模块，用于将所述排气扰动量和所述吸力扰动量的差值作为蝶阀控制信号来控制蝶阀的开度。 

优选地，在上述的焦炉集气管压力的控制系统中，集气管压力测量装置和蝶阀后吸力测量装置均为差压变送器。 

优选地，在上述的焦炉集气管压力的控制系统中，还包括集气管压力显示模块和蝶阀后吸力显示模块； 

所述集气管压力测量装置通过所述集气管压力显示模块与所述排气扰动量计算模块相连接； 

所述蝶阀后吸力测量装置通过所述蝶阀后吸力显示模块与所述吸力扰动量计算模块相连接。 

与现有技术相比，本实施例提供的技术方案具有以下优点和特点： 

在本发明提供的方案中，通过获取集气管压力值和蝶阀后吸力值，并根据上述数据通过上述方法来进行计算，最终将得到的数据用以控制蝶阀的开度。因此，本发明提供的方案可以自动的调节集气管压力，从而可以消除各种因素产生的集气管压力不稳定的情况，所以可以避免因集气管压力过大或过小而产生的各种缺陷。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为现有焦炉集气管的示意图； 

图2为本发明所提供的一种焦炉集气管压力的控制方法的流程图； 

图3为本发明所提供的一种焦炉集气管压力的控制系统的示意图。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

影响集气管压力的扰动因素大体可分为两部分，即焦炉(11，12)本体生产工艺过程扰动和蝶阀后吸力扰动。但是，蝶阀后吸力不仅受鼓风机前吸力影响，而且还受集气管压力，蝶阀17的开度以及相邻集气管的蝶阀后吸力不均衡的影响。当集气管(13，14，15，16)的蝶阀后吸力不均衡时，必然会造成阀后各吸力之间的相互扰动，如果这种扰动不能很快消除，很容易出现耦合现象，耦合现象反过来会加剧这种扰动，同时破坏集气管压力的稳定，形成恶性循环。 

有鉴于此，本发明实施例提供了一种焦炉集气管压力的控制方法及系统，以解决现有技术中存在的问题。 

由于上述焦炉集气管压力的控制方法及系统的具体实现存在多种方式，下面通过具体实施例进行详细说明： 

请参见图2所示，图2所示的为一种焦炉集气管压力的控制方法，该方法包括： 

步骤S1、获取测量值：获取集气管压力值和蝶阀后吸力值； 

步骤S2、计算排气扰动量：将所述集气管压力值和集气管设定值的差值进行PID比例、积分和微分的运算，以得到排气扰动量； 

步骤S3、计算吸力扰动量：将所述蝶阀后吸力值与预先设定的扰动作用系数的比值作为吸力扰动量； 

步骤S4、控制蝶阀的开度：将所述排气扰动量和所述吸力扰动量的差值作为蝶阀控制信号来控制蝶阀的开度。 

在图2所示的实施例中，由于集气管压力与蝶阀后吸力之间的关系是相互排斥和相互依存的，蝶阀后吸力的变化不仅受鼓风机前总吸力的影响，而且还受集气管压力、调节蝶阀的动作，以及相邻各调节蝶阀后吸力的互相扰动。当对集气管压力进行调节时，蝶阀的动作一方面通过改变荒煤气的输出流量减小压力偏差，另一方面，通过蝶阀的阻力变化可直接改变吸力的大小，此时，由于受流量和吸力的双重作用，使集气管压力表现出近似超调的现象。 

为了改善焦炉集气管压力的动态特性，减小超调量，本发明针对集气管压力和蝶阀后吸力进行相应的运算，以得到合适的蝶阀控制信号来控制蝶阀的开度，从而可以避免集气管压力过大或过小。 

蝶阀控制信号为排气扰动量和吸力扰动量的差值，排气扰动量为集气管压力值和集气管设定值的差值进行PID比例、积分和微分的运算而得到，吸力扰动量为蝶阀后吸力值与预先设定的扰动作用系数的比值，所以通过上述内容就可以了解到蝶阀控制信号，并通过该信号来改变蝶阀开度的大小。根据本段内容，可总结出集气管压力控制输出运算式，该控制输出的公式为CPV＝MV-PV，PV＝P×K，其中，CPV为蝶阀控制信号，MV为排气扰动量，PV为吸力扰动量，P为蝶阀后吸力值，K为扰动作用系数。 

通过上述内容可知，即使排气扰动量保持不变，仍可以根据吸力扰动量，输出蝶阀控制信号，最大限度的减小吸力对集气管压力的扰动，同时，可有效衰减各蝶阀后吸力之间的相互扰动，维持蝶阀后各吸力之间的均衡，可大大减小各集气管压力在控制过程中的互相扰动，因此，本控制方法具有良好的独立性和自适应型。 

在图2所示的实施例中，在步骤S1获取测量值的过程中，恰当的测量点有助于提高调节品质。集气管压力测量点应选在能反映集气管平均压力的地方，通常选在集气管中心位置；蝶阀后吸力值的测量点的选择应考虑从吸力采集到引起蝶阀动作的时间间隔，即气体从蝶阀处以预设速度在集气管内流动预设时间的位置。 

理论上说，调节蝶阀前为正压力，蝶阀后为负压力(吸力)。在靠近蝶阀的两侧，由于受阀前正压力和阀后吸力，以及蝶阀工作状态的扰动，距离蝶阀愈近的地方，压力的变化会非常剧烈，为了比较客观的反映蝶阀后吸力的扰动强度，吸力测量点与蝶阀之间应保持适当的间距。在集气管压力控制过程中，最好能够保证被控制压力与目标值始终保持相对一致，偏差越小越好。如果吸力测量点与蝶阀之间的间距过大，那么，吸力变化时的测量时间将显著提前，此时的被控制压力还未发生偏离，蝶阀控制信号就已经得到新的值，造成蝶阀动作，迫使被控压力偏离目标值。因此，在选择吸力测量点时，可根据测量仪表的信号采集时间和荒煤气的流速综合考虑，通常，测量仪表的信号采集时间为1～2秒。 

下面举例说明蝶阀后吸力值的测量点的选取：例如，一座双集气管焦炉年产焦炭量为60万吨，荒煤气产能约为440立方米/吨，由此计算出荒煤气的流量约为30000立方米/时，通过单个集气管的流量为15000立方米/时，蝶阀后吸气管直径为1200毫米，那么可计算出流速为3.7米/秒。因此，阀后吸力测量点可选在阀后4米处。 

请参见图3所示，图3所示的为一种焦炉集气管压力的控制系统4，图3所示的控制系统4可以实现上述图2所示的方法，该控制系统4包括集气管压力测量装置46、蝶阀后吸力测量装置47、排气扰动量计算模块43、吸力扰动量计算模块44和蝶阀控制运算模块45；其中，所述集气管压力测量装置46，用于获取集气管压力值；所述蝶阀后吸力测量装置47，用于获取蝶阀后吸力值；所述排气扰动量计算模块43，用于将所述集气管压力值和集气管设定值的差值进行PID比例、积分和微分的运算，以得到排气扰动量；所述吸力扰动量计算模块44，用于将所述蝶阀后吸力值与预先设定的扰动作用系数的比值作为吸力扰动量；所述蝶阀控制运算模块45，用于将所述排气扰动量和所述吸力扰动量的差值作为蝶阀控制信号来控制蝶阀17的开度。 

在图3所示的实施例中，集气管压力测量装置46和蝶阀后吸力测量装置47均可采用差压变送器。还可在本控制系统4中设置集气管压力显示模块41和蝶阀后吸力显示模块42，从而可以实现外接显示设备，以便于工作人员及时进行查看。其中，集气管压力测量装置46通过集气管压力显示模块41与所述排气扰动量计算模块43相连接；所述蝶阀后吸力测量装置47通过所述蝶阀后吸力显示模块42与所述吸力扰动量计算模块44相连接。 

在图3所示的实施例中，控制系统4根据集气管压力值与集气管设定值的偏差进行PID比例、积分和微分的运算，如果集气管压力值大于集气管设定值，则PID运算输出排气扰动量增大，此时可能会有四种情况： 

其一，若蝶阀后吸力比较稳定，那么吸力扰动量保持不变，蝶阀控制信号的值随排气扰动量的值增大而增大，蝶阀开度增大，被控压力下降，偏差减小； 

其二，其二，若蝶阀后吸力和蝶阀前集气管压力同时增大，则吸力扰动量的变化量与排气扰动量的变化量大小相当或相近，符号相反，它们完全或 部分抵消，蝶阀控制信号的值不变或变化很小，此时，仅仅利用吸力的作用就可使集气管压力下降，减小偏差； 

其三，如果蝶阀后吸力大幅增加，可对集气管压力产生较大影响，此时吸力扰动量的变化量将大于排气扰动量的变化量，蝶阀控制信号反而减小，蝶阀向关的方向动作，避免吸力对集气管压力的过于扰动，保持压力稳定； 

其四，若蝶阀后吸力减小，可使集气管压力迅速升高，这时的吸力扰动量减小可弥补排气扰动量的变化量的不足，使蝶阀控制信号的增量大于排气扰动量的增量，以增强集气管压力的调节作用。 

同理，当集气管压力值小于集气管设定值时，控制运算也是如此。 

对于多个集气管压力调节单元来说，鼓风机组21提供给集气管的总吸力一般为-1.8至-2.2千帕之间。吸力总管道上的任何变化都会引起蝶阀后吸力的波动，破坏各吸力之间的均衡，当各吸力变化时，必然会打破调节蝶阀前集气管压力和蝶阀后吸力之间的平衡，从而破坏集气管压力的稳定，为了防止集气管压力大幅波动，控制系统4在调节各集气管压力的同时，根据蝶阀后各吸力的变化量，对各调节蝶阀进行阀位修正，既可以使阀前压力和阀后吸力重新趋于平衡，抑制集气管压力受到进一步的干扰，维持压力稳定，又可以利用其自适应的特点使阀后各吸力趋于均衡，避免出现耦合现象。 

因此，本发明提供的控制方法及系统可有效解决集气管压力控制中的耦合问题，减小超调量，提高调节品质，改善控制系统的动态特性。而且，本发明不仅适用于各种焦炉的集气管压力控制，而且还可用于具有互相扰动的各种工况。 

需要说明的是，图2至图3所示的实施例只是本发明所介绍的优选实施例，本领域技术人员在此基础上，完全可以设计出更多的实施例，因此不在此处赘述。 

对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (10)

1.一种焦炉集气管压力的控制方法，其特征在于，包括：

1)获取测量值：获取集气管压力值和蝶阀后吸力值；

2)计算排气扰动量：将所述集气管压力值和集气管设定值的差值进行PID比例、积分和微分的运算，以得到排气扰动量；

3)计算吸力扰动量：将所述蝶阀后吸力值与预先设定的扰动作用系数的比值作为吸力扰动量；

4)控制蝶阀的开度：将所述排气扰动量和所述吸力扰动量的差值作为蝶阀控制信号来控制蝶阀的开度。

2.根据权利要求1所述的焦炉集气管压力的控制方法，其特征在于，在步骤1)中，获取所述蝶阀后吸力值的测量点为：

气体从蝶阀处以预设速度在集气管内流动预设时间的位置。

3.根据权利要求2所述的焦炉集气管压力的控制方法，其特征在于，所述采集时间具体为1-2秒。

4.根据权利要求1所述的焦炉集气管压力的控制方法，其特征在于，当所述排气扰动量增大，且所述吸力扰动量不变时，则所述蝶阀的开度增大。

5.根据权利要求1所述的焦炉集气管压力的控制方法，其特征在于，当所述排气扰动量和所述吸力扰动量同时增大，且所述排气扰动量与所述吸力扰动量的增量完全相同时，则所述蝶阀的开度不变。

6.根据权利要求1所述的焦炉集气管压力的控制方法，其特征在于，当所述排气扰动量和所述吸力扰动量同时增大，且所述排气扰动量的增量小于所述吸力扰动量的增量时，则所述蝶阀的开度减小。

7.根据权利要求1所述的焦炉集气管压力的控制方法，其特征在于，当所述排气扰动量增大且所述吸力扰动量减小时，则所述蝶阀的开度增大。

8.一种焦炉集气管压力的控制系统，其特征在于，包括集气管压力测量装置、蝶阀后吸力测量装置、排气扰动量计算模块、吸力扰动量计算模块和蝶阀控制运算模块；其中，

所述集气管压力测量装置，用于获取集气管压力值；

所述蝶阀后吸力测量装置，用于获取蝶阀后吸力值；

所述排气扰动量计算模块，用于将所述集气管压力值和集气管设定值的差值进行PID比例、积分和微分的运算，以得到排气扰动量；

所述吸力扰动量计算模块，用于将所述蝶阀后吸力值与预先设定的扰动作用系数的比值作为吸力扰动量；

所述蝶阀控制运算模块，用于将所述排气扰动量和所述吸力扰动量的差值作为蝶阀控制信号来控制蝶阀的开度。

9.根据权利要求8所述的焦炉集气管压力的控制系统，其特征在于，集气管压力测量装置和蝶阀后吸力测量装置均为差压变送器。

10.根据权利要求8所述的焦炉集气管压力的控制系统，其特征在于，还包括集气管压力显示模块和蝶阀后吸力显示模块；

所述集气管压力测量装置通过所述集气管压力显示模块与所述排气扰动量计算模块相连接；

所述蝶阀后吸力测量装置通过所述蝶阀后吸力显示模块与所述吸力扰动量计算模块相连接。

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