CN104503230B - 多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法，建立多出铁口配置下高炉炉渣的热流量数学模型，建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的热量平衡模型，建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本控制模型，利用热量平衡模型与成本控制模型，建立起使得多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗取得最小值的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度计算模型，以得到的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度为目标温度，完成高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度的实时控制。本发明能够实现多出铁口不同工况下冷却塔冲渣水温度的解耦控制，保证冲渣效果且节约能耗，提高当前高炉炼铁生产自动化水平。

Description

多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法

技术领域

本发明属于高炉炼铁领域，尤其涉及一种多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法。

背景技术

在钢铁冶金行业中，高炉炼铁工艺过程占到钢铁企业总能耗的70％以上比重，是钢铁企业的耗能大户且其能源利用效率较低，因此其在节能减排方面的潜力巨大。众所周知，高炉的平稳顺行是高炉炼铁生产过程中所要保证的关键环节，而高炉渣处理系统是整个高炉大系统中具有节能减排潜力的关键部分。高炉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，明特法具有设备紧凑、占地空间小、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。

当前高炉渣处理系统普遍采用冷却塔对冲渣水进行冷却降温的方式。现代化的高炉生产以提高冲渣效果且节约能耗为基准,因而对于冷却塔冲渣水温度控制的要求也越来越高。出于安全生产的要求，常规高炉一般具有多个出铁口,而且不同出铁口具有不同的出铁工况。值得指出的是,在多个出铁口同时排出炉渣时其作为耦合输入影响着后续高炉渣处理系统。在实际生产过程中，研发一种多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法，实现多出铁口不同工况下冷却塔冲渣水温度的解耦控制，保证冲渣效果且节约能耗，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：提供一种多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法，能够实现多出铁口不同工况下冷却塔冲渣水温度的解耦控制，保证冲渣效果且节约能耗，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：一种多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、建立多出铁口配置下高炉炉渣的热流量数学模型：

其中,Q为多出铁口配置下高炉炉渣的热流量，n为高炉所配置出铁口的个数，V_i为第i个出铁口的渣流量，t_i为第i个出铁口的出渣温度；

S2、建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的热量平衡模型：

C₁×Q＝C₂×G×(100-t_冷却)

其中,C₁为高炉炉渣的体积比热容，C₂为高炉冲渣水的体积比热容，G为高炉冲渣水的流量，t_冷却为高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度；

S3、建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本控制模型：

M＝p₁×G+p₂×(100-t_冷却)

其中，M为多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗，p₁为高炉冲渣水单位流量下的成本能耗，p₂为高炉冲渣水单位温降下的成本能耗；

S4、利用热量平衡模型与成本控制模型，建立起使得多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗取得最小值的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度计算模型：

S5、以S4中得到的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度t_冷却为目标温度，完成高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度的实时控制。

本发明的有益效果为：实现多出铁口不同工况下冷却塔冲渣水温度的解耦控制，保证冲渣效果且节约能耗，提高当前高炉炼铁生产自动化水平。

附图说明

图1为本发明方法的投入前后的渣处理系统能耗效果对比图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供一种多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、建立多出铁口配置下高炉炉渣的热流量数学模型：

其中,Q为多出铁口配置下高炉炉渣的热流量，n为高炉所配置出铁口的个数，V_i为第i个出铁口的渣流量，t_i为第i个出铁口的出渣温度；

S2、建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的热量平衡模型：

C₁×Q＝C₂×G×(100-t_冷却)

其中,C₁为高炉炉渣的体积比热容，C₂为高炉冲渣水的体积比热容，G为高炉冲渣水的流量，t_冷却为高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度；

S3、建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本控制模型：

M＝p₁×G+p₂×(100-t_冷却)

其中，M为多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗，p₁为高炉冲渣水单位流量下的成本能耗，p₂为高炉冲渣水单位温降下的成本能耗；

S4、利用热量平衡模型与成本控制模型，建立起使得多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗取得最小值的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度计算模型：

S5、以S4中得到的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度t_冷却为目标温度，完成高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度的实时控制。

基于本发明的一种多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法已在某高炉渣处理系统上得到试验。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，初始液位取自上一个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。本实施例中高炉具有四个出渣口。

本实施例进行多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制的具体实施流程为：

(1)建立多出铁口配置下高炉炉渣的热流量数学模型：

其中，Q为多出铁口配置下高炉炉渣的热流量，单位为℃·m³/s；V_i为第i个出铁口的渣流量，单位为m³/s；t_i为第i个出铁口的出渣温度，单位为℃。

(2)建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的热量平衡模型：

C₁×Q＝C₂×G×(100-t_冷却)

其中,C₁为高炉炉渣的体积比热容，单位为KJ/℃·m³；C₂为高炉冲渣水的体积比热容，单位为KJ/℃·m³；G为高炉冲渣水的流量，单位为m³/s；t_冷却为高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度，单位为℃。

(3)建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本控制模型：

M＝p₁×G+p₂×(100-t_冷却)

其中，M为多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗，单位为KJ；p₁为高炉冲渣水单位流量下的成本能耗，单位为KJ·s/m³；p₂为高炉冲渣水单位温降下的成本能耗，单位为KJ/℃。

(4)利用步骤(2)中多出铁口配置下高炉炉渣冷却的热量平衡模型与步骤(3)中多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本控制模型，建立起使得多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗取得最小值的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度计算模型t_冷却：

(5)以步骤(4)中得到的多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗取得最小值的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度t_冷却为目标温度，完成高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度的实时控制。

在日常的高炉渣处理生产中，高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度t_冷却往往通过人工经验来确定，具有很大的随机性且会造成冲渣效果差或者能耗过大两个不良后果。为了验证本发明的多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法的有效性，我们分别采集现场不使用本发明方法和使用本发明方法所得到的冲渣能耗数据(针对相同的出铁口使用组合各采集10组)进行比较，如图1中所示。在图1中，我们对能耗数据进行了归一化。从图1中可以看出,使用本发明方法所得到的冲渣能耗大大降低。值得指出的是，使用本发明方法后的冲渣效果也完全达到技术要求。

通过使用本发明的多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法，完全适应高炉炼铁的复杂恶劣工况，实现多出铁口不同工况下冷却塔冲渣水温度的解耦控制，保证冲渣效果且节约能耗，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)

1.一种多出铁口配置下高炉渣处理系统解耦控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、建立多出铁口配置下高炉炉渣的热流量数学模型：

$Q=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(V_i\×t_i),$

其中,Q为多出铁口配置下高炉炉渣的热流量，n为高炉所配置出铁口的个数，V_i为第i个出铁口的渣流量，t_i为第i个出铁口的出渣温度；

S2、建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的热量平衡模型：

C₁×Q＝C₂×G×(100-t_冷却)

其中,C₁为高炉炉渣的体积比热容，C₂为高炉冲渣水的体积比热容，G为高炉冲渣水的流量，t_冷却为高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度；

S3、建立多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本控制模型：

M＝p₁×G+p₂×(100-t_冷却)

其中，M为多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗，p₁为高炉冲渣水单位流量下的成本能耗，p₂为高炉冲渣水单位温降下的成本能耗；

S4、利用热量平衡模型与成本控制模型，建立起使得多出铁口配置下高炉炉渣冷却的成本能耗取得最小值的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度计算模型：

S5、以S4中得到的高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度t_冷却为目标温度，完成高炉渣处理系统的冷却塔冲渣水温度的实时控制。