CN104404180B - 一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法，包括底滤池和冷水池液位控制，其中底滤池液位控制：周期性读取底滤池液位变化值和粒化供水泵组的流量值，使用特定的公式更新计算热水供水泵组的流量值V₂；检验更新后的热水供水泵组的流量值V₂是否满足增泵或者减泵条件：1)若当前启动热水供水泵不能满足供水要求，且需要启动新的热水供水泵，则启动一个新的热水供水泵；2)若当前启动的热水供水泵超出供水要求，且需要减少热水供水泵，则关闭一个热水供水泵；冷水池液位控制同理。本方法适应高炉炼铁生产复杂工况条件下的高炉渣处理系统冷水池和底滤池的液位控制，保证高炉渣处理系统的平稳运行，从而生产出高质量的铁水产品。

Description

一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法

技术领域

本发明属于高炉炼铁领域，尤其涉及一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法。

背景技术

冶金行业中，高炉炼铁工艺过程占钢铁企业总能耗的70％，是钢铁企业的耗能大户且能源利用效率低，因此其节能减排的潜力巨大。众所周知，高炉的平稳顺行是高炉炼铁生产过程中的关键环节，而渣处理环节是高炉大系统中具有节能减排潜力的关键环节。渣处理系统按照脱水方式分为：1)沉淀池法；2)转鼓脱水法；3)渣池过滤法；4)明特法。其中，底滤法具有设备紧凑、故障率低、污染少、投资成本低，对特殊情况下产生的高温渣及大块渣具有较好的处理能力等优点，因而被新建高炉渣处理系统广泛采用。熔渣在铁水分离后，经过熔渣沟进入粒化区，由冲制箱喷射出来水流将熔渣粒化冷却。

底滤法高炉渣处理冲渣系统的水平衡主要涉及的设备及装置：粒化供水泵组，热水供水泵组，冷水池，底滤池，冷水池补水电动阀。其中尤为关键的是：冷水池和底滤池均有液位控制要求。这是因为，当冷水池液位低于正常水位一定量时，粒化泵组抽真空(抽不到水)进而损坏电机；当冷水池液位高于正常水位一定量时，会造成水溢流，由于其水温高，会造成人身伤害。与之相同,当底滤池液位低于正常水位一定量时，热水泵组抽真空(抽不到水)进而损坏电机；当底滤池液位高于正常水位一定量时，会造成水溢流，由于其水温高，会造成人身伤害。我们的控制目标就是保持系统在运行过程中，冷水池和底滤池均要控制在正常水位以内。

影响冷水池液位的几个因素：a.来自热水供水泵组的流量可调的水(入水)；b.粒化供水泵组打出去的流量可调的水(出水)；c.冷水池补水电动阀根据液位计测量情况，自动补充的水；d.由于自然蒸发和管道故障流失的水。影响底滤池液位的几个因素：a.来自粒化供水泵组的流量可调的水(入水)；b.热水泵组打出去的流量可调的水(出水)；c.由于自然蒸发和管道故障流失的水。目前对于冷水池和底滤池两个水池的液位控制，主要是依据操作人员的经验手工调节热水泵组和粒化供水泵组的运行泵数量及相应泵的转速，从而控制对应泵组的出口流量，进而保持两个水池液位恒定。但是冲渣系统在运行过程中还存在自然蒸发，事故漏水，冷水池补水电动阀补水等情况，所以对操作人员的要求还是很高的。这样就造成冲渣系统自动化程度极低而且稍微调整不好就会造成水溢出，造成严重的人身伤害。因此，研发适合复杂恶劣工况下的高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法，控制好高炉渣处理系统冷水池和底滤池的液位，是进一步提高当前高炉炼铁生产自动化水平的一个亟待解决关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法，该方法可以适应高炉炼铁生产复杂工况条件下的高炉渣处理系统冷水池和底滤池的液位控制，保证高炉渣处理系统的平稳运行，从而生产出高质量的铁水产品，提高当前高炉炼铁生产自动化水平。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法，其特征在于：它包括底滤池液位控制和冷水池液位控制，其中：

底滤池液位控制：

周期性读取底滤池液位变化值△h₁和粒化供水泵组的流量值V₁；使用如下公式更新计算热水供水泵组的流量值V₂：

$V_2=k_1\×\frac{{\mathrm{\Δh}}_1\×S_1}{T}+k_2{V}_1;$

其中T为控制系统采样周期；k₁和k₂为两个调整系数，均为无量纲单位，且k₁+k₂＝1；S₁为底滤池横截面积；

检验更新后的热水供水泵组的流量值V₂是否满足增泵或者减泵条件：1)判断底滤池液位变化值△h₁的大小和正负，若当前启动热水供水泵不能满足供水要求，且有V₂-n₁×V_2max≥Δ₁，则启动一个新的热水供水泵，这里，n₁为已启动的热水供水泵的个数，V_2max为每个热水供水泵的最大流量，Δ₁为启动一个热水供水泵的流量阈值；2)若当前启动的热水供水泵超出供水要求，且有(n₁-1)×V_2max-V₂≥Δ₂，则关闭一个热水供水泵，这里,n₁为已启动的热水供水泵的个数,V_2max为每个热水供水泵的最大流量，Δ₂为关闭一个热水供水泵的流量阈值；

冷水池液位控制：

周期性读取冷水池液位变化值△h₂和热水供水泵组的流量值V₂；使用如下公式更新计算粒化供水泵组的流量值V₁：

$V_1=k_3\×(\frac{{\mathrm{\Δh}}_2\×S_2}{T}-V_3)+k_4\×V_2;$

其中T为控制系统采样周期；k₃和k₄为两个调整系数，均为无量纲单位，且有k₃+k₄＝1；S₂为冷水池横截面积；V₃为冷水池补水电动阀补水流量；

检验更新后的粒化供水泵组的流量值V₁是否满足增泵或者减泵条件：1)判断底滤池液位变化值△h₁的大小和正负，若当前启动粒化供水泵不能满足供水要求，且有V₁-n₂×V_1max≥Δ₃，则启动一个新的粒化供水泵，这里，n₂为已启动的粒化供水泵的个数，V_1max为每个粒化供水泵的最大流量，Δ₃为启动一个粒化供水泵的流量阈值；2)若当前启动的粒化供水泵超出供水要求，且有(n₂-1)×V_1max-V₁≥Δ₄，则关闭一个粒化供水泵，这里，n₂为已启动的粒化供水泵的个数，V_1max为每个粒化供水泵的最大流量，Δ₄为关闭一个粒化供水泵的流量阈值。

按上述方案，所述的调整系数k₁、k₂、k₃和k₄的初始值均通过工艺人员由人工操作经验知识中获得，并根据实际情况调整。

本发明的有益效果为：通过采用本发明方法，可以适应高炉炼铁生产复杂工况条件下的高炉渣处理系统冷水池和底滤池的液位控制，保证高炉渣处理系统的平稳运行，从而生产出高质量的铁水产品，提高当前高炉炼铁生产自动化水平。

附图说明

图1为本发明一实施例的方法流程图。

图2为使用本发明方法前冷水池和底滤池的液位变化图。

图3为使用本发明方法后冷水池和底滤池的液位变化图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法，如图1所示，它包括底滤池液位控制和冷水池液位控制，其中：

底滤池液位控制：

周期性读取底滤池液位变化值△h₁和粒化供水泵组的流量值V₁；使用如下公式更新计算热水供水泵组的流量值V₂：

$V_2=k_1\×\frac{{\mathrm{\Δh}}_1\×S_1}{T}+k_2{V}_1;$

其中T为控制系统采样周期；k₁和k₂为两个调整系数，均为无量纲单位，且k₁+k₂＝1；S₁为底滤池横截面积；

检验更新后的热水供水泵组的流量值V₂是否满足增泵或者减泵条件：1)判断底滤池液位变化值△h₁的大小和正负，若当前启动热水供水泵不能满足供水要求(若△h₁为上一周期液位减去本次周期液位，那么△h₁为负数且绝对值大于某设定液位值，说明液位下降过快，当前启动热水供水泵不能满足供水要求)，且有V₂-n₁×V_2max≥Δ₁，则启动一个新的热水供水泵，这里，n₁为已启动的热水供水泵的个数，V_2max为每个热水供水泵的最大流量，Δ₁为启动一个热水供水泵的流量阈值；2)判断底滤池液位变化值△h₁的大小和正负，若当前启动的热水供水泵超出供水要求(若△h₁为上一周期液位减去本次周期液位，那么△h₁为正数且绝对值大于某设定液位值，说明液位上升过快，当前启动热水供水泵超出供水要求)，且有(n₁-1)×V_2max-V₂≥Δ₂，则关闭一个热水供水泵，这里,n₁为已启动的热水供水泵的个数,V_2max为每个热水供水泵的最大流量，Δ₂为关闭一个热水供水泵的流量阈值；

冷水池液位控制：

周期性读取冷水池液位变化值△h₂和热水供水泵组的流量值V₂；使用如下公式更新计算粒化供水泵组的流量值V₁：

$V_1=k_3\×(\frac{{\mathrm{\Δh}}_2\×S_2}{T}-V_3)+k_4\×V_2;$

其中T为控制系统采样周期；k₃和k₄为两个调整系数，均为无量纲单位，且有k₃+k₄＝1；S₂为冷水池横截面积；V₃为冷水池补水电动阀补水流量；

检验更新后的粒化供水泵组的流量值V₁是否满足增泵或者减泵条件：1)若当前启动粒化供水泵不能满足供水要求，且有V₁-n₂×V_1max≥Δ₃，则启动一个新的粒化供水泵，这里，n₂为已启动的粒化供水泵的个数，V_1max为每个粒化供水泵的最大流量，Δ₃为启动一个粒化供水泵的流量阈值；2)若当前启动的粒化供水泵超出供水要求，且有(n₂-1)×V_1max-V₁≥Δ₄，则关闭一个粒化供水泵，这里，n₂为已启动的粒化供水泵的个数，V_1max为每个粒化供水泵的最大流量，Δ₄为关闭一个粒化供水泵的流量阈值；

所述的调整系数k₁、k₂、k₃和k₄的初始值均通过工艺人员由人工操作经验知识中获得，并根据实际情况调整。

基于本发明的一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法在某高炉渣处理系统上进行试验。高炉炼铁生产工序和设备繁多，渣处理系统属于其外围辅助设备，高炉L1和L2两级通讯将测量信号传送至高炉过程计算机系统进行后续计算和显示。在工程应用中，冷水池和底滤池液位信号取自上一个PLC采样周期的保留值。如PLC系统第一次运行时，需要现场测量初始液位并在HMI界面手动输入，其余固有参数根据现场电气设备和吸水井参数手动输入到HMI界面中。

本实施例中冷水池和底滤池均有液位控制要求。冷水池正常水位为4.6米～4.8米，当冷水池液位低于4.3米时，粒化泵组抽真空(抽不到水)进而损坏电机；当冷水池液位高于5米时，会造成水溢流，由于其水温高，会造成人身伤害。底滤池正常水位为2.5米～2.8米，当底滤池液位低于2.2米时，热水泵组抽真空(抽不到水)进而损坏电机；当底滤池液位高于3.2米时，会造成水溢流，由于其水温高，会造成人身伤害。我们的控制目标就是保持系统在运行过程中，冷水池水位为4.6米～4.8米；底滤池正常水位为2.5米～2.8米。本实施例中的渣处理系统主要设备有：冷水池，4台冷却塔(作用是对从热水供水泵组打出的冲渣水进行冷却)，6台粒化供水泵(渣系统运行时至少一台泵工作，其余均为备用，它从冷水池取水然后打出，每台泵的速度均可调，从而流量也可调节)，冷水池补水电动阀(冷水池设有液位检测仪，当液位低于4.4米时，补水电动阀自动打开进而对冷水池补水；当液位高于4.9米时，补水电动阀自动关闭)，粒化头电动阀(从粒化供水泵组出来的水，通过此阀进入高炉粒化头，经过冲渣沟，最终进入底滤池)，底滤池(正常水位2.5米～2.8米)，过滤电动阀(底滤池的水通过此阀,进入热水供水泵组)，6台热水供水泵(渣系统运行时至少一台泵工作，其余均为备用，它从底滤池取水然后打出到冷却塔进行冷却，每台泵的速度均可调，从而流量也可调节)。目前对于冷水池和底滤池两个水池的液位控制，主要是依据操作人员的经验手工调节热水泵组和粒化供水泵组的运行泵数量及相应泵的转速，从而控制对应泵组的出口流量，进而保持两个水池液位恒定。但是冲渣系统在运行过程中还存在自然蒸发，事故漏水，冷水池补水电动阀补水等情况，所以对操作人员的要求还是很高的。这样就造成冲渣系统自动化程度极低而且稍微调整不好就会造成水溢出，造成严重的人身伤害，这也是进一步提高当前高炉炼铁生产自动化水平的一个亟待解决关键技术问题。

基于图1，本实施例进行高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制的具体计算流程为：

(1)周期性读取底滤池液位变化值△h₁,单位为m；粒化供水泵组的流量值V₁，单位为m³/s；使用如下公式更新计算热水供水泵组的流量值V₂：

$V_2=k_1\×\frac{{\mathrm{\Δh}}_1\×S_1}{T}+k_2{V}_1;$

其中T为控制系统采样周期，单位为s；k₁和k₂为两个调整系数，均为无量纲单位，k₁和k₂初始值可以通过工艺人员由人工操作经验知识中获得且有k₁+k₂＝1；S₁为底滤池横截面积，单位为m²。

(2)检验更新后的热水供水泵组的流量值V₂是否满足增泵或者减泵条件：1)若当前启动热水供水泵不能满足供水要求，且有V₂-n₁×V_2max≥Δ₁,则启动一个新泵,这里,n₁为已启动的热水供水泵的个数,V_2max为每个热水供水泵的最大流量,单位为m³/s,Δ₁为启动一个热水供水泵的阈值；2)若当前启动的热水供水泵超出供水要求，且有(n₁-1)×V_2max-V₂≥Δ₂,则关闭一个热水供水泵,这里,n₁为已启动的热水供水泵的个数,V_2max为每个热水供水泵的最大流量,单位为m³/s,Δ₂为关闭一个热水供水泵的阈值。

(3)周期性读取冷水池液位变化值△h₂,单位为m；热水供水泵组的流量值V₂，单位为m³/s；使用如下公式更新计算粒化供水泵组的流量值V₁：

$V_1=k_3\×(\frac{{\mathrm{\Δh}}_2\×S_2}{T}-V_3)+k_4\×V_2;$

其中T为控制系统采样周期，单位为s；k₃和k₄为两个调整系数，均为无量纲单位，k₃和k₄初始值可以通过工艺人员由人工操作经验知识中获得且有k₃+k₄＝1；S₂为冷水池横截面积，单位为m²，V₃为冷水池补水电动阀补水流量，单位为m³/s。

(4)检验更新后的粒化供水泵组的流量值V₁是否满足增泵或者减泵条件：1)若当前启动粒化供水泵不能满足供水要求，且有V₁-n₂×V_1max≥Δ₃,则启动一个新泵,这里,n₂为已启动的粒化供水泵的个数,V_1max为每个粒化供水泵的最大流量,单位为m³/s,Δ₃为启动一个粒化供水泵的阈值；2)若当前启动的粒化供水泵超出供水要求，且有(n₂-1)×V_1max-V₁≥Δ₄,则关闭一个粒化供水泵,这里,n₂为已启动的粒化供水泵的个数,V_1max为每个粒化供水泵的最大流量,单位为m³/s,Δ₄为关闭一个粒化供水泵的阈值。

为了验证本发明的高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制的有效性，我们对使用本发明方法前后的高炉渣处理系统的冷水池和底滤池的液位控制效果进行了比较.图2为使用本发明方法前冷水池和底滤池的液位变化图。从图2中可以看出,冷水池和底滤池的液位均出现超出安全范围的情况，控制效果差。图3为使用本发明方法后冷水池和底滤池的液位变化图。从图3中可以看出,冷水池和底滤池的液位控制在安全范围以内且变化趋势平缓，控制效果理想。也就是说明，通过使用本发明的一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法，完全适应高炉炼铁的复杂恶劣工况，保证高炉炼铁生产复杂工况条件下的高炉渣处理系统的冷水池和底滤池的液位控制，保证高炉渣处理系统的平稳运行，从而生产出高质量的铁水产品，提高当前高炉炼铁生产自动化水平。

以上实施例仅用于说明本发明的计算思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高炉渣处理系统的鲁棒型水平衡控制方法，其特征在于：它包括底滤池液位控制和冷水池液位控制，其中：

底滤池液位控制：

周期性读取底滤池液位变化值△h₁和粒化供水泵组的流量值V₁；使用如下公式更新计算热水供水泵组的流量值V₂：

$V_2=k_1\×\frac{{\mathrm{\Δh}}_1\×S_1}{T}+k_2{V}_1;$

其中T为控制系统采样周期；k₁和k₂为两个调整系数，均为无量纲单位，且k₁+k₂＝1；S₁为底滤池横截面积；

检验更新后的热水供水泵组的流量值V₂是否满足增泵或者减泵条件：1)判断底滤池液位变化值△h₁的大小和正负，若当前启动热水供水泵不能满足供水要求，且有V₂-n₁×V_2max≥Δ₁，则启动一个新的热水供水泵，这里，n₁为已启动的热水供水泵的个数，V_2max为每个热水供水泵的最大流量，Δ₁为启动一个热水供水泵的流量阈值；2)若当前启动的热水供水泵超出供水要求，且有(n₁-1)×V_2max-V₂≥Δ₂，则关闭一个热水供水泵，这里,n₁为已启动的热水供水泵的个数,V_2max为每个热水供水泵的最大流量，Δ₂为关闭一个热水供水泵的流量阈值；

冷水池液位控制：

周期性读取冷水池液位变化值△h₂和热水供水泵组的流量值V₂；使用如下公式更新计算粒化供水泵组的流量值V₁：

$V_1=k_3\×(\frac{{\mathrm{\Δh}}_2\×S_2}{T}-V_3)+k_4\×V_2;$

其中T为控制系统采样周期；k₃和k₄为两个调整系数，均为无量纲单位，且有k₃+k₄＝1；S₂为冷水池横截面积；V₃为冷水池补水电动阀补水流量；

检验更新后的粒化供水泵组的流量值V₁是否满足增泵或者减泵条件：1)判断底滤池液位变化值△h₁的大小和正负，若当前启动粒化供水泵不能满足供水要求，且有V₁-n₂×V_1max≥Δ₃，则启动一个新的粒化供水泵，这里，n₂为已启动的粒化供水泵的个数，V_1max为每个粒化供水泵的最大流量，Δ₃为启动一个粒化供水泵的流量阈值；2)若当前启动的粒化供水泵超出供水要求，且有(n₂-1)×V_1max-V₁≥Δ₄，则关闭一个粒化供水泵，这里，n₂为已启动的粒化供水泵的个数，V_1max为每个粒化供水泵的最大流量，Δ₄为关闭一个粒化供水泵的流量阈值；

所述的调整系数k₁、k₂、k₃和k₄的初始值均通过工艺人员由人工操作经验知识中获得，并根据实际情况调整。