CN104404183B - 高炉软水密闭循环系统的补水控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉软水密闭循环系统的补水控制方法，首先确定出从补水调节阀的动作开始到软水补给到膨胀罐整个过程为止的时滞最大值和时滞最小值；建立高炉软水密闭循环系统的补水模型；建立补水调节阀补水流量的控制模式。通过剖析高炉软水密闭循环系统的补水机理，建立补水调节阀补水流量的控制模式，有效克服控制输入时滞所带来的不利影响，最终使补水量和泄漏量达到平衡，维持好膨胀罐液位的正常状态，保证高炉正常生产，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。

Description

高炉软水密闭循环系统的补水控制方法

技术领域

本发明属于高炉炼铁领域，尤其涉及一种高炉软水密闭循环系统的补水控制方法。

背景技术

钢铁冶金工业中，高炉炼铁工艺过程占钢铁企业总能耗的70％以上，是钢铁企业的耗能大户且其能源利用效率低，因此该环节的节能减排潜力巨大。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。在冶炼过程中高炉软水密闭循环系统的补水控制对于高炉生产的平稳运行至关重要。通常情况下补水分为2种情况：1)当造成膨胀罐液位下降原因不是连续漏水时，高炉软水密闭循环系统的补水量是一个静态量且其值较小，补水调节阀打开成小开度且补水调节器在初期作了限幅处理，膨胀罐液位会迅速上升至正常水位；2)当造成膨胀罐液位下降原因是连续漏水时，此时补水量较大且具有持续性，即使补水调节阀打开成小开度，膨胀罐液位并不一定上升，延时一段时间后，检测到的膨胀罐液位仍可能未恢复到正常液位，此时需要解除调节器的限幅后投入到高炉软水密闭循环系统的补水自动控制，最终使补水量和泄漏量达到平衡，维持好膨胀罐液位的正常状态。

从控制技术角度上讲，高炉软水密闭循环系统的补水属于一个具有控制输入时滞的被控系统，从补水调节阀的动作开始到软水补给到膨胀罐整个过程不可避免的需要一段反应时间。由于存在控制输入时滞，传统的控制算法并不能很好的完成补水任务，无法补水量和泄漏量达到平衡而使得膨胀罐液位常常处于不正常状态，更有甚者会影响到高炉正常生产。因此，深入剖析高炉软水密闭循环系统的补水机理，研发出有效补偿控制输入时滞的补水控制方法，最终使补水量和泄漏量达到平衡，维持好膨胀罐液位的正常状态，保证高炉正常生产，是一个的富有前景和应用价值的研究方向。

综上所述，研发适应高炉炼铁生产复杂工况调节下的高炉软水密闭循环系统的补水控制方法，有效克服控制输入时滞所带来的不利影响，最终使补水量和泄漏量达到平衡，维持好膨胀罐液位的正常状态，保证高炉正常生产，从而生产出高质量的铁水产品，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

本发明要解决的技术问题是：提供一种高炉软水密闭循环系统的补水控制方法，能够有效克服控制输入时滞所带来的不利影响，最终使补水量和泄漏量达到平衡，维持好膨胀罐液位的正常状态，保证高炉正常生产，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。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种高炉软水密闭循环系统的补水控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、确定出从补水调节阀的动作开始到软水补给到膨胀罐整个过程为止的时滞最大值τ_max和时滞最小值τ_min：

${\mathrm{\τ}}_{\max }=\frac{L}{v_{\min }},{\mathrm{\τ}}_{\min }=\frac{L}{v_{\max }},$

其中，L为补水调节阀到膨胀罐的管道距离；v_min为补水调节阀开启后软水的最小流速；v_max为补水调节阀开启后软水的最大流速；

S2、建立高炉软水密闭循环系统的补水模型：

$h\left(t\right)=h_0-\frac{{\∫}_0^t{V}_2\left(r\right)\mathrm{dr}}{S}+\frac{{\∫}_0^t{V}_1(r-\mathrm{\τ})\mathrm{dr}}{S},$

这里，h(t)为t时刻的膨胀罐液位高度，其为在线可测物理量；h₀为补水开始时的膨胀罐液位高度；V₂(r)为r时刻的膨胀罐连续漏水流量，其为未知量；V₁(r-τ)为r-τ时刻的补水调节阀补水流量，其为在线可测物理量；τ为从补水调节阀的动作开始到软水补给到膨胀罐整个过程为止的实际时滞大小；S为膨胀罐的横截面积；

S3、建立补水调节阀补水流量的如下控制模式：

V₁(t)＝V₁(kτ_max),kτ_max≤t≤(k+1)τ_max,k＝0,1,2,…；

其中，V₁(t)为t时刻的补水调节阀补水流量，V₁(kτ_max)为kτ_max时刻的补水调节阀补水流量；

S4、分别在线采集kτ_max时刻和kτ_max+τ_min时刻的膨胀罐液位高度h(kτ_max)和h(kτ_max+τ_min)，使用如下迭代更新公式来实时更新下一个控制节点的补水调节阀补水流量，完成高炉软水密闭循环系统的补水控制：

$V_1\left((k+1){\mathrm{\τ}}_{\max }\right)=f\×(V_1\left((k-1){\mathrm{\τ}}_{\max }\right)+\frac{(h\left({\mathrm{k\τ}}_{\max }\right)-h({\mathrm{k\τ}}_{\max }+{\mathrm{\τ}}_{\min }))}{{\mathrm{\τ}}_{\min }}S),k=\mathrm{0,1,2},\·\·\·;$

其中，V₁((k+1)τ_max)为(k+1)τ_max时刻的补水调节阀补水流量；V₁((k-1)τ_max)为(k-1)τ_max时刻的补水调节阀补水流量；f为补水补偿系数。

按上述方法，所述的补水补偿系数f的取值范围为1.0～1.2。

按上述方法，若补水过程中出现膨胀罐水位升高超过正常水位，则顺控自动开启排放阀，使得水位下降到正常水位后排放阀关闭。

按上述方法，当水质被污染时，手动打开排放阀，通过排放阀排放掉部分污水，补充新水的方法，提高循环水水质，使得水质达到技术要求。

本发明的有益效果为：通过剖析高炉软水密闭循环系统的补水机理，建立补水调节阀补水流量的控制模式，有效克服控制输入时滞所带来的不利影响，最终使补水量和泄漏量达到平衡，维持好膨胀罐液位的正常状态，保证高炉正常生产，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为本发明方法得到的补水调节阀补水流量与膨胀罐连续漏水流量对比图。

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。

本实施例提供一种高炉软水密闭循环系统的补水控制方法，它包括以下步骤：

S1、确定出从补水调节阀的动作开始到软水补给到膨胀罐整个过程为止的时滞最大值τ_max和时滞最小值τ_min：

${\mathrm{\τ}}_{\max }=\frac{L}{v_{\min }},{\mathrm{\τ}}_{\min }=\frac{L}{v_{\max }},$

其中，L为补水调节阀到膨胀罐的管道距离，单位为m；v_min为补水调节阀开启后软水的最小流速，单位为m/s；v_max为补水调节阀开启后软水的最大流速，单位为m/s；

S2、建立高炉软水密闭循环系统的补水模型：

$h\left(t\right)=h_0-\frac{{\∫}_0^t{V}_2\left(r\right)\mathrm{dr}}{S}+\frac{{\∫}_0^t{V}_1(r-\mathrm{\τ})\mathrm{dr}}{S},$

这里，h(t)为t时刻的膨胀罐液位高度，其为在线可测物理量，单位为m；h₀为补水开始时的膨胀罐液位高度，单位为m；V₂(r)为r时刻的膨胀罐连续漏水流量，其为在线不可测物理量，即未知量，单位为m³/s；V₁(r-τ)为r-τ时刻的补水调节阀补水流量，其为在线可测物理量，单位为m³/s；τ为从补水调节阀的动作开始到软水补给到膨胀罐整个过程为止的实际时滞大小，单位为s；S为膨胀罐的横截面积，单位为m²；

S3、通过剖析高炉软水密闭循环系统的补水机理，建立补水调节阀补水流量的如下控制模式：

V₁(t)＝V₁(kτ_max),kτ_max≤t≤(k+1)τ_max,k＝0,1,2,…；

其中，V₁(t)为t时刻的补水调节阀补水流量，单位为m³/s，V₁(kτ_max)为kτ_max时刻的补水调节阀补水流量，单位为m³/s；

S4、分别在线采集kτ_max时刻和kτ_max+τ_min时刻的膨胀罐液位高度h(kτ_max)和h(kτ_max+τ_min)，使用如下迭代更新公式来实时更新下一个控制节点的补水调节阀补水流量，完成高炉软水密闭循环系统的补水控制：

$V_1\left((k+1){\mathrm{\τ}}_{\max }\right)=f\×(V_1\left((k-1){\mathrm{\τ}}_{\max }\right)+\frac{(h\left({\mathrm{k\τ}}_{\max }\right)-h({\mathrm{k\τ}}_{\max }+{\mathrm{\τ}}_{\min }))}{{\mathrm{\τ}}_{\min }}S),k=\mathrm{0,1,2},\·\·\·;$

其中，V₁((k+1)τ_max)为(k+1)τ_max时刻的补水调节阀补水流量；V₁((k-1)τ_max)为(k-1)τ_max时刻的补水调节阀补水流量；f为补水补偿系数，考虑到实际生产中存在膨胀罐液位高度测量误差，为了保证补水量充足，因此设置补水补偿系数，其取值范围通常为1.0～1.2。

若补水过程中出现膨胀罐水位升高超过正常水位，则顺控自动开启排放阀，使得水位下降到正常水位后排放阀关闭。

当水质被污染时，手动打开排放阀，通过排放阀排放掉部分污水，补充新水的方法，提高循环水水质，使得水质达到技术要求。

基于本发明的一种高炉软水密闭循环系统的补水控制方法已在某高炉上进行试验。高炉炼铁生产工序和设备繁多，高炉软水密闭循环系统属于其外围辅助设备，高炉L1级通讯将膨胀罐液位信号以及补水调节阀补水流量实时传送至高炉L1级主控制器进行后续计算、控制，为保证高炉平稳顺行的操作提供可靠的判定依据和控制策略。本实施例中f取值为1.01。

为了验证本发明的一种高炉软水密闭循环系统的补水控制方法的有效性，我们以实施例的高炉软水密闭循环系统的膨胀罐为对象，选择其发生连续性软水泄漏时进行补水控制。本发明方法得到的补水调节阀补水流量与膨胀罐连续漏水流量对比图如图1中所示，图中V₁(t)为t时刻的补水调节阀补水流量，V₂(t)为t时刻的膨胀罐连续漏水流量。从图1中可以看出，通过大约18秒的在线调节控制后补水调节阀补水流量与膨胀罐连续漏水流量基本上趋同，两者之间的误差小于1％，具有比传统控制方法更高的控制精度。也就是说，通过使用本发明的一种高炉软水密闭循环系统的补水控制方法，有效克服了控制输入时滞所带来的不利影响，最终使补水量和泄漏量达到平衡，维持好膨胀罐液位的正常状态，保证高炉正常生产，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 (3)

1.一种高炉软水密闭循环系统的补水控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、确定出从补水调节阀的动作开始到软水补给到膨胀罐整个过程为止的时滞最大值τ_max和时滞最小值τ_min：

其中，L为补水调节阀到膨胀罐的管道距离；v_min为补水调节阀开启后软水的最小流速；v_max为补水调节阀开启后软水的最大流速；

S2、建立高炉软水密闭循环系统的补水模型：

这里，h(t)为t时刻的膨胀罐液位高度，其为在线可测物理量；h₀为补水开始时的膨胀罐液位高度；V₂(r)为r时刻的膨胀罐连续漏水流量，其为未知量；V₁(r-τ)为r-τ时刻的补水调节阀补水流量，其为在线可测物理量；τ为从补水调节阀的动作开始到软水补给到膨胀罐整个过程为止的实际时滞大小；S为膨胀罐的横截面积；

S3、建立补水调节阀补水流量的如下控制模式：

V₁(t)＝V₁(kτ_max),kτ_max≤t≤(k+1)τ_max,k＝0,1,2,…；

其中，V₁(t)为t时刻的补水调节阀补水流量，V₁(kτ_max)为kτ_max时刻的补水调节阀补水流量；

S4、分别在线采集kτ_max时刻和kτ_max+τ_min时刻的膨胀罐液位高度h(kτ_max)和h(kτ_max+τ_min)，使用如下迭代更新公式来实时更新下一个控制节点的补水调节阀补水流量，完成高炉软水密闭循环系统的补水控制：

其中，V₁((k+1)τ_max)为(k+1)τ_max时刻的补水调节阀补水流量；V₁((k-1)τ_max)为(k-1)τ_max时刻的补水调节阀补水流量；f为补水补偿系数，取值范围为1.0～1.2。

2.根据权利要求1所述的高炉软水密闭循环系统的补水控制方法，其特征在于：若补水过程中出现膨胀罐水位升高超过正常水位，则顺控自动开启排放阀，使得水位下降到正常水位后排放阀关闭。

3.根据权利要求1所述的高炉软水密闭循环系统的补水控制方法，其特征在于：当水质被污染时，手动打开排放阀。