CN105955373A - 高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制方法及系统。包括：检测混合后煤气输出的压力(总管压力)；当检测到混合后煤气的压力变大或者变小时，则改变高炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；和/或，检测混合后煤气输出的流量，当检测到混合后煤气的流量变大或者变小时，则改变转炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；和/或，检测混合后煤气的燃烧值，当检测到混合后煤气的燃烧值变大或者变小时，则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小。此方法由于自动化程度较高，人工干预较少，同时也保证了在用户量突变的情况下混合煤气热值和压力的稳定；在用户需求煤气量增大时候，转炉煤气量也自动加大，从而保证了煤气的稳定供应。此方法操控简单，大大解放了劳动生产力。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业煤气混合站及自动化控制领域用PLC去控制混合后煤气压力及热值的一种新方法。
背景技术
煤气混合站是钢铁企业能源中心的关键场所之一，煤气混合站输出的混合煤气的质量直接影响着后序用户所生产的产品质量。而煤气的质量主要体验在压力的稳定和热值的稳定。另外，国家现在大力提倡节能减排，加上钢铁企业现在利润下滑，甚至出现亏损现象，为了提高经济效益，很多钢铁厂都上煤气发电项目，导致煤气用量剧增，这就对煤气混合站提出新的更高的要求。目前国内大多数钢铁企业的煤气混合站只是两种煤气的混合，而对于与日俱增的混合煤气需求量，两种混合的煤气已经不能满足企业正常生产需要了。为了解决上述矛盾，不得不引入第三种煤气，而如何控制三种煤气的混合，保证混合后煤气的压力和热值稳定就成了问题的关键。目前煤气混合站实现这一控制方法主要是通过人工实时干预，这样就带来了巨大的劳动强度；当加压机后的用户总流量突然变化时，靠人工去调节各个阀门的开度也是达不到及时调节混合后煤气热值和压力的效果。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种自动化程度较高、精度高、操作简单的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制方法及系统。
为达到上述目的，本发明的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制方法，所述的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气在煤气站混合后输出，包括：
检测混合后煤气输出的压力(总管压力)；当检测到混合后煤气的压力变大或者变小时，则改变高炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；
和/或，
检测混合后煤气输出的流量，当检测到混合后煤气的流量变大或者变小时，则改变转炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；
和/或，
检测混合后煤气的燃烧值，当检测到混合后煤气的燃烧值变大或者变小时，则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小。
较佳的，所述的改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小的方法为：
检测当前燃烧值与预定燃烧值的差值是否在误差范围内，如果超出误差范围，则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；
如果未超出误差范围内，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出涨速阈值，如果超出涨速阈值则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；否则，按预定流量供气。
较佳的，设定焦炉煤气流量为D；所述的改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小的方法为：
步骤1，检测当前燃烧值与预定燃烧值的差值是否在误差范围内，如果超出误差范围，则改变焦炉煤气支管上阀门开度，使焦炉煤气流量为D+10或D-10；
步骤2，如果未超出误差范围内，则判断当前燃烧值与预定燃烧值的差值所在的区间：
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第一区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出阈值，如果超出涨速阈值则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小使焦炉煤气流量为D+5或D-5，进入下一步骤；否则，按预定流量供气，进入下一步骤；
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第二区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出阈值，超出则改变预定流量D+7或D-7，进入下一步骤；不超出，则改变预定流量D+2或D-2，进入下一步骤；
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第三区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出域值，超出则改变预定流量D+8或D-8，进入下一步骤；不超出，则改变预定流量D+3或D-3，进入下一步骤；
步骤3、预定时间后返回步骤1。
较佳的，所述的煤气燃烧值的涨速当前煤气燃烧值与预定时间前煤气的燃烧值的差除以预定时间前煤气的燃烧值。
为达到上述目的，本发明的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制系统，至少包括：焦炉煤气支管、高炉煤气支管、和转炉煤气支管；在所述的每根支管上都装有一个受控调节阀；焦炉煤气支管、高炉煤气支管、和转炉煤气混合后的总管上设有压力传感器；还包括一控制装置，所述的压力传感器与控制装置的输入端连接，所述的受控调节阀与控制装置的输出端连接；其中，
控制装置检测混合后煤气输出的压力；当检测到混合后煤气的压力变大或者变小时，则输出控制信号到高炉煤气支管上受控调节阀以改变阀门开度变大或者变小；
和/或，
控制装置检测混合后煤气输出的流量，当检测到混合后煤气的流量变大或者变小时，则输出控制信号到转炉煤气支管上受控调节阀以改变阀门开度变大或者变小；
和/或，
控制装置检测混合后煤气的燃烧值，当检测到混合后煤气的燃烧值变大或者变小时，则输出控制信号到焦炉煤气支管上受控调节阀以改变阀门开度变大或者变小。
较佳的，所述的控制装置是按下述过程改变焦炉煤气支管上受控阀门开度变大或者变小的：
检测当前燃烧值与预定燃烧值的差值是否在误差范围内，如果超出误差范围，则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；
如果未超出误差范围内，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出涨速阈值，如果超出涨速阈值则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；否则，按预定流量供气。
较佳的，设定焦炉煤气流量为D；所述的控制装置是按下述过程改变焦炉煤气支管上受控阀门开度变大或者变小的：
过程1，检测当前燃烧值与预定燃烧值的差值是否在误差范围内，如果超出误差范围，则改变焦炉煤气支管上阀门开度，使焦炉煤气流量为D+10或D-10；
过程2，如果未超出误差范围内，则判断当前燃烧值与预定燃烧值的差值所在的区间：
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第一区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出阈值，如果超出涨速阈值则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小使焦炉煤气流量为D+5或D-5，进入下一步骤；否则，按预定流量供气，进入下一步骤；
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第二区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出阈值，超出则改变预定流量D+7或D-7，进入下一步骤；不超出，则改变预定流量D+2或D-2，进入下一步骤；
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第三区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出域值，超出则改变预定流量D+8或D-8，进入下一步骤；不超出，则改变预定流量D+3或D-3，进入下一步骤；
过程3、预定时间后返回过程1。
本方法和系统由于自动化程度较高，人工干预较少，同时也保证了在用户量突变的情况下混合煤气热值和压力的稳定；在用户需求煤气量增大时候，转炉煤气量也自动加大，从而保证了煤气的稳定供应。此方法操控简单，大大解放了劳动生产力。
附图说明
图1为本发明的具体实施例的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
图1中从上至下分别是焦炉煤气支管、高炉煤气支管、和转炉煤气支管，每根支管上都装有一个调节阀，高炉煤气支管上的调节阀门PV104用来稳定混合后的煤气压力。当加压机后的用户总流量突然变大或者变小时，此时加压机前也就是混后后的煤气压力的设定值在原有的基础上作相应的微调(自动增加或减小)，及时调整高炉煤气支管上阀门开度来部分消除用户总流量突变对煤气混合压力的影响。转炉煤气支管上的调节阀门FV103是用来调节转炉煤气的流量，其设定值是根据加压机出口总管上的流量FT104来变化而设定的，当出口流量变大时，转炉煤气的设定值自动增加，以减少焦炉煤气的消耗量。同时也保证了煤气混合站持续的向外提供稳定的高质量的煤气。YT103实时提供当前转炉煤气的热值，用于计算焦炉煤气流量设定值的初步值。本实施例控制系统采用的是西门子S7-400的CPU及其相应的IO模块,画面采用的是WINCC7.0，PLC编程软件是STEP7V5.5。
根据能量守恒定律，混合后的煤气设定热值乘以混合前高、焦、转各个支管上的流量之和等于各个支管上的流量乘以各自相应的热值。由于转炉煤气的流量和高炉煤气的流量已知，此时根据这个能量守恒等式就可以计算出焦炉煤气的初步设定流量值(以下简称为D)。如前所述，检测混合后的煤气热值YT101由于有较大的时间滞后，为了消除此滞后，我们利用混合后煤气热值变化率来微调我们根据能量守恒算出来的焦炉煤气的初步设定值。假设我们设定的煤气混合后的热值为2450Kcal/Nm3(以下简称A)，误差要求在正负3％以内。我们用一个变量记录混合后煤气30秒,之前的热值(以下简称B)，然后用此值和实时热值(以下简称C)进行比较(A、B、C的单位均为Kcal/Nm3)：
实时检测目前的热值，将当前热值与预定热值比较，如果在预定范围内，则进一步判断当前热值与预定时间之前的热值比较，如果在预定范围内，则保持现流量，如果大于，则减小流量。
若A<C<＝2474.5(1.01*A),如B＝2460,C＝2465，(C-B)/B＝0.002大于0.001，虽然热值还在误差范围内，但是热值涨的太快,此时就用(D-5)的值结果作为焦炉煤气的设定流量；如果B＝2460,C＝2461则(C-B)/B＝0.0004小于0.001，此时焦炉煤气的设定量就为D；
若2499(1.02*A)>＝C>2474.5(1.01*A),B＝2480,C＝2495则(C-B)/B＝0.006大于0.001，此时就用(D-7)的值结果作为焦炉煤气的设定流量；如果B＝2480,C＝2481则(C-B)/B＝0.0004小于0.001，此时热值虽然比较稳定，但是离A太远，此时就用(D-2)的值结果作为焦炉煤气的设定流量；
若2523.5(1.03*A)>＝C>2499(1.02*A),B＝2500,C＝2515则(C-B)/B＝0.006大于0.001，此时就用(D-8)的值结果作为焦炉煤气的设定流量；如果B＝2500,C＝2501则(C-B)/B＝0.0004小于0.001，此时热值虽然比较稳定，但是离A太远，此时就用(D-3)的值结果作为焦炉煤气的设定流量；
若C>＝2523.5(1.03*A)，此时已经超出误差所允许的范围，此时就用(D-10)的值结果作为焦炉煤气的设定流量；
若2523.5(1.03*A)>＝C>A,(C-B)/B小于0，如B＝2505,C＝2500,则此时就用D的值结果作为焦炉煤气的设定流量；因为此时测量值是向A慢慢靠近的。
若2425.5(0.99*A)<＝C<A,如B＝2435,C＝2430，(B-C)/B＝0.002大于0.001，虽然热值还在误差范围内，但是热值跌的太快,此时就用(D+5)的值结果作为焦炉煤气的设定流量；如果B＝2435,C＝2434则(B-C)/B＝0.0004小于0.001，此时焦炉煤气的设定量就为D；
若2401(0.98*A)<＝C<2425.5(0.99*A),如B＝2415,C＝2405，(B-C)/B＝0.004大于0.001，虽然热值还在误差范围内，但是热值跌的太快,此时就用(D+7)的值结果作为焦炉煤气的设定流量；如果B＝2415,C＝2414则(B-C)/B＝0.0004小于0.001，此时焦炉煤气的设定量就为(D+2)；
若2376.5(0.97*A)<＝C<2401(0.98*A),如B＝2395,C＝2385，(B-C)/B＝0.004大于0.001，虽然热值还在误差范围内，但是热值跌的太快,此时就用(D+8)的值结果作为焦炉煤气的设定流量；如果B＝2395,C＝2394则(B-C)/B＝0.0004小于0.001，此时焦炉煤气的设定量就为(D+3)；
若C<2376.5(0.97*A)，此时已经超出误差所允许的范围，此时就用(D+10)的值结果作为焦炉煤气的设定流量。
若2376.5(0.97*A)<＝C<A,(B-C)/B小于0，如B＝2395,C＝2400,则此时就用D的值结果作为焦炉煤气的设定流量；因为此时测量值是向A慢慢靠近的。
本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状或结构上做任何变化，凡是利用上述的都是本发明的一种变形，均应认为落在本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制方法，所述的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气在煤气站混合后输出，其特征在于，包括：
检测混合后煤气输出的压力(总管压力)；当检测到混合后煤气的压力变大或者变小时，则改变高炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；
和/或，
检测混合后煤气输出的流量，当检测到混合后煤气的流量变大或者变小时，则改变转炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；
和/或，
检测混合后煤气的燃烧值，当检测到混合后煤气的燃烧值变大或者变小时，则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小。
2.如权利要求1所述的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制方法，其特征在于，所述的改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小的方法为：
检测当前燃烧值与预定燃烧值的差值是否在误差范围内，如果超出误差范围，则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；
如果未超出误差范围内，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出涨速阈值，如果超出涨速阈值则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；否则，按预定流量供气。
3.如权利要求1所述的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制方法，其特征在于，设定焦炉煤气流量为D；所述的改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小的方法为：
步骤1，检测当前燃烧值与预定燃烧值的差值是否在误差范围内，如果超出误差范围，则改变焦炉煤气支管上阀门开度，使焦炉煤气流量为D+10或D-10；
步骤2，如果未超出误差范围内，则判断当前燃烧值与预定燃烧值的差值所在的区间：
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第一区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出阈值，如果超出涨速阈值则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小使焦炉煤气流量为D+5或D-5，进入下一步骤；否则，按预定流量供气，进入下一步骤；
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第二区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出阈值，超出则改变预定流量D+7或D-7，进入下一步骤；不超出，则改变预定流量D+2或D-2，进入下一步骤；
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第三区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出域值，超出则改变预定流量D+8或D-8，进入下一步骤；不超出，则改变预定流量D+3或D-3，进入下一步骤；
步骤3、预定时间后返回步骤1。
4.如权利要求1所述的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制方法，其特征在于，所述的煤气燃烧值的涨速当前煤气燃烧值与预定时间前煤气的燃烧值的差除以预定时间前煤气的燃烧值。
5.一种高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制系统，其特征在于，所述的系统至少包括：焦炉煤气支管、高炉煤气支管、和转炉煤气支管；在所述的每根支管上都装有一个受控调节阀；焦炉煤气支管、高炉煤气支管、和转炉煤气混合后的总管上设有压力传感器；还包括一控制装置，所述的压力传感器与控制装置的输入端连接，所述的受控调节阀与控制装置的输出端连接；其中，
控制装置检测混合后煤气输出的压力；当检测到混合后煤气的压力变大或者变小时，则输出控制信号到高炉煤气支管上受控调节阀以改变阀门开度变大或者变小；
和/或，
控制装置检测混合后煤气输出的流量，当检测到混合后煤气的流量变大或者变小时，则输出控制信号到转炉煤气支管上受控调节阀以改变阀门开度变大或者变小；
和/或，
控制装置检测混合后煤气的燃烧值，当检测到混合后煤气的燃烧值变大或者变小时，则输出控制信号到焦炉煤气支管上受控调节阀以改变阀门开度变大或者变小。
6.如权利要求5所述的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制系统，其特征在于，所述的控制装置是按下述过程改变焦炉煤气支管上受控阀门开度变大或者变小的：
检测当前燃烧值与预定燃烧值的差值是否在误差范围内，如果超出误差范围，则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；
如果未超出误差范围内，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出涨速阈值，如果超出涨速阈值则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小；否则，按预定流量供气。
7.如权利要求5所述的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合控制系统，其特征在于，设定焦炉煤气流量为D；所述的控制装置是按下述过程改变焦炉煤气支管上受控阀门开度变大或者变小的：
过程1，检测当前燃烧值与预定燃烧值的差值是否在误差范围内，如果超出误差范围，则改变焦炉煤气支管上阀门开度，使焦炉煤气流量为D+10或D-10；
过程2，如果未超出误差范围内，则判断当前燃烧值与预定燃烧值的差值所在的区间：
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第一区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出阈值，如果超出涨速阈值则改变焦炉煤气支管上阀门开度变大或者变小使焦炉煤气流量为D+5或D-5，进入下一步骤；否则，按预定流量供气，进入下一步骤；
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第二区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出阈值，超出则改变预定流量D+7或D-7，进入下一步骤；不超出，则改变预定流量D+2或D-2，进入下一步骤；
当前燃烧值与预定燃烧值的差值在第三区间，则判断煤气燃烧值的涨速是否超出域值，超出则改变预定流量D+8或D-8，进入下一步骤；不超出，则改变预定流量D+3或D-3，进入下一步骤；
过程3、预定时间后返回过程1。
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