CN106048130B - 一种转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统及方法 - Google Patents

一种转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统包括：冷却水流量调节阀；出口温度检测装置，检测蒸发冷却器出口烟气温度；模糊控制器，将转炉干法除尘过程分为第一阶段和第二阶段，采用一维和至少二维模糊控制规则分别控制第一阶段和第二阶段中冷却水流量调节阀的开度，其中，第一阶段从转炉吹氧开始至出口温度上升至稳定状态，通过一维模糊控制规则根据出口温度和出口设定温度差值控制冷却水流量调节阀开度；第二阶段从稳定状态至出口温度降到除尘器规定温度，通过至少二维模糊控制规则根据多个参数控制所述冷却水流量调节阀开度，其中，多个参数至少包括所述差值和出口温度上升速率。该系统控制简单、精度高且节约成本。

Description

一种转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统及方法
技术领域
本发明涉及转炉干法除尘技术领域，更为具体地，涉及一种转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统及方法。
背景技术
转炉干法除尘是将冶炼过程中转炉产生的烟气经汽化冷却烟道冷却至约1000℃后导入蒸发冷却器，通过雾化喷水，将1000℃左右的转炉烟气冷却至约250℃进静电除尘器。冷却后的烟气温度过高会影响电除尘器使用寿命，过低又导致湿灰粘结在蒸发冷却器壁上。传统调节模式根据烟气流量及蒸发冷却器出入口烟气温差来计算喷水量进行PID调节，该模式一直为烟气流量时常测不准所困扰，而且喷水量计算公式也是经验公式，不能很好的适应每个现场的工况。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种适应性广、控制精度高的转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统，包括：冷却水流量调节阀，设置在蒸发冷却器的冷却水入口；出口温度检测装置，用于检测蒸发冷却器出口处的烟气温度；模糊控制器，将转炉干法除尘过程分为第一阶段和第二阶段，采用一维模糊控制规则和至少二维模糊控制规则分别控制第一阶段和第二阶段中冷却水流量调节阀的开度，其中，所述第一阶段从转炉吹氧开始至出口温度上升至稳定状态，在第一阶段中，通过所述一维模糊控制规则根据所述出口温度和出口设定温度的差值控制所述冷却水流量调节阀的开度；所述第二阶段从出口温度上升到稳定状态至出口温度降到除尘器规定的温度，通过所述至少二维模糊控制规则根据于维数相对应的多个参数控制所述冷却水流量调节阀的开度，其中，所述多个参数至少包括所述出口温度与出口设定温度的差值和出口温度上升速率。
根据本发明的另一个方面，提供一种转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制方法，包括：通过出口温度检测装置实时监测蒸发冷却器出口处的烟气温度，即出口温度；根据所述出口温度通过模糊控制器分阶段控制冷却水流量调节阀的开度，冷却水流量调节阀的开度控制进入蒸发冷却器的冷却水的流量，从而控制蒸发冷却器出口处的烟气温度，其中，将转炉干法除尘过程分为第一阶段和第二阶段，采用一维模糊控制规则和至少二维模糊控制规则分别控制第一阶段和第二阶段中冷却水流量调节阀的开度，其中，从转炉吹氧开始至出口温度上升至稳定状态设定为第一阶段，在第一阶段中，通过一维模糊控制规则根据所述出口温度和出口设定温度的差值控制所述冷却水流量调节阀的开度；从出口温度上升到稳定状态至出口温度降到除尘器规定的温度设定为第二阶段，通过所述至少二维模糊控制规则根据于维数相对应的多个参数控制所述冷却水流量调节阀的开度，其中，所述多个参数至少包括所述出口温度与出口设定温度的差值和出口温度上升速率。
本发明所述转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统及其温度控制方法，通过检测蒸发冷却器出口温度，建立模糊控制规则，通过调节冷却水流量阀门开度对蒸发冷却器出口烟气温度进行自动控制，实现炼钢过程烟气冷却精确自动控制，喷水全程无需人工参与，冷却后烟气实际温度与设定温度偏差在规定范围内(例如，5℃以内)；该发明适应性广，仅调节冷却水流量阀门开度来控制温度，能适应各种大小的转炉，该发明还可以节省投资，由于烟气量或者喷水量不参与控制，不需要计量烟气量或者喷水量，也不需设置除尘器出口的流量测量仪表和冷却水的流量测量仪表。
附图说明
通过参考以下具体实施方式的内容并且结合附图，本发明的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：
图1是本发明转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统的构成框图；
图2是本发明转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。
图1是本发明转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统的构成框图，如图1所示，所述转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统100包括：
冷却水流量调节阀110，设置在蒸发冷却器的冷却水入口
出口温度检测装置120，用于检测蒸发冷却器出口处的烟气温度；
模糊控制器130，将转炉干法除尘过程分为第一阶段和第二阶段，采用一维模糊控制规则和至少二维模糊控制规则分别控制第一阶段和第二阶段中冷却水流量调节阀110的开度，
其中，所述第一阶段从转炉吹氧开始至出口温度上升至稳定状态(出现不上升趋势)，在第一阶段中，所述一维模糊控制规则为根据所述出口温度和出口设定温度的差值控制所述冷却水流量调节阀110的开度，优选地，所述出口温度上升至稳定状态的温度不小于600℃，因为超过600度说明氧气确实吹到铁水里参与脱碳反应了，表明冶炼正常进行，有效防止了实际冶炼中会遇到一些特殊情况，例如，铁水上面结一层硬壳，氧气无法穿透所述壳，气流直接反弹，这虽然温度上升，其实没有脱碳，仅是单纯的把硬壳上热气带走，温度达不到600，这表明冶炼没有正常进行，此时不能冷却水流量调节阀110；
所述第二阶段从出口温度上升到稳定状态至出口温度降到除尘器规定的温度，通过所述至少二维模糊控制规则根据于维数相对应的多个参数控制所述冷却水流量调节阀的开度，其中，所述多个参数至少包括所述出口温度与出口设定温度的差值和出口温度上升速率，还可以包括喷水流量、出口烟气流量、出口烟气压力等，进一步增加温度控制的精确度；所述除尘器规定的温度根据除尘器最佳除尘温度、环境温度和蒸发冷却器与除尘器之间的距离确定，优选地，在200°-300°范围内。
上述转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统具有以下优点：
控制简单，参与控制的变量少，仅蒸发冷却器出口温度和冷却水流量调节阀110的开度参与自动控制，通过调节冷却水流量调节阀110开度来控制蒸发冷却器出口温度；
控制精确，控制过程中考虑了蒸发冷却器出口温度的上升速度，比单一考虑温度设定值与实际温度之间的差值更能反应温度变化趋势，使得调节更加精准；
适应性广，仅调节冷却水流量调节阀110开度来降温，不必知道精确的给水量，只需最大给水量满足冷却要求，该控制可适应各种大小的转炉；
节省投资，不需要计量烟气量或者喷水量，也不需设置除尘器出口的流量测量仪表和冷却水的流量测量仪表。
优选地，所述温度控制系统100还包括：
入口温度检测装置140，用于检测蒸发冷却器入口处的烟气温度；
修正单元150，通过入口温度检测装置140检测的入口温度对所述一维模糊控制规则和二维模糊控制规则进行修正，其中，
F实际＝(aiTi+bi)F模糊输出
其中，F实际为修正后冷却水流量调节阀的开度，F模糊输出为通过模糊规则得出的冷却水流量调节阀的开度，ai和bi为修正参数，Ti为蒸发冷却器入口温度，i为转炉干法除尘过程划分的阶段数，i＝1或2，
上述修正参数ai和bi为经验常数，根据蒸发冷却器出口温度曲线试凑取得，通过修正使得使蒸发冷却器出口烟气温度曲线更加平滑。
上述温度控制系统100考虑了蒸发冷却器入口温度对模糊规则的修正，进一步提高了温度控制精度，实用性强，能满足低至300高至1200℃转炉出口烟气温度冷却至250℃以及更大范围的控制。
优选地，所述温度控制系统100还包括：
冷却水快切阀，防止冷却水流量调节阀110用久了可能会出现轻微泄露，采用冷却水快切阀和冷却水流量调节阀110配合使用来控制冷却水的导通和关断，其中，所述第二阶段可以从出口温度上升到稳定状态至冷却水快切阀关闭，所述快切阀自动开阀条件为转炉吹氧开始，蒸发冷却器入口温度大于600摄氏度或蒸发冷却器出口温度大于180摄氏度，快切阀关闭条件为转炉氧气快切阀关到位延时40秒。
图2是本发明转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制方法的流程图，如图2所示，所述温度控制方法包括：
首先，在步骤S210中，通过出口温度检测装置实时监测蒸发冷却器出口处的烟气温度，即出口温度；
在步骤S220中，根据所述出口温度通过模糊控制器130分阶段控制冷却水流量调节阀110的开度，冷却水流量调节阀110的开度控制进入蒸发冷却器的冷却水的流量，从而控制蒸发冷却器出口处的烟气温度，具体地：
将转炉干法除尘过程分为第一阶段和第二阶段，采用一维模糊控制规则和至少二维模糊控制规则分别控制第一阶段和第二阶段中冷却水流量调节阀的开度，
其中，从转炉吹氧开始至出口温度上升至稳定状态设定为第一阶段，在第一阶段中，通过一维模糊控制规则为根据所述出口温度和出口设定温度的差值控制所述冷却水流量调节阀的开度；
从出口温度上升到稳定状态至出口温度降到除尘器规定的温度设定为第二阶段，通过所述至少二维模糊控制规则根据于维数相对应的多个参数控制所述冷却水流量调节阀的开度，其中，所述多个参数至少包括所述出口温度和出口设定温度的差值和出口温度上升速率。
优选地，所述温度控制方法还包括：
通过入口温度检测装置检测的入口温度对所述一维模糊控制规则和至少二维模糊控制规则进行修正，进一步，优选地，所述温度控制方法还包括：通过查询模糊规则查询表和入口温度的修正确定冷却水流量调节阀的实际开度。
在本发明的一个优选实施例中，转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统100的模糊控制器130，根据模糊控制规则和控制冷却水流量调节阀110的参数构建模糊规则查询表，根据检测得到的所述参数的值，通过查询模糊规则查询表获得冷却水流量调节阀的开度，例如，在第一阶段，模糊控制器130通过出口温度检测装置监测的蒸发冷却器出口处的烟气温度(出口温度)和出口设定温度的差值以及一维模糊控制规则构建冷却水流量调节阀的开度的模糊规则查询表，以出口温度上升至稳定状态时冷却水流量调节阀的开度为中位开度，所述差值越小，所述模糊规则查询表中设定的冷却水流量调节阀的开度偏离中位开度越小，又如，所述第一阶段的蒸发冷却器出口温度和出口设定温度的差值分为极大、大、中、小、极小五个等级，模糊规则查询表如表1所示，
表1
差值 极大 大 中 小 极小
开度 极大 大 中 小 极小
优选地，所述极大的等级范围为所述差值大于5℃，所述大的等级范围为所述差值在0～5℃范围内，所述中的等级范围为所述差值在-5～0℃范围内，所述小的等级范围为所述差值在-10～-5℃范围内，所述极小的等级范围为所述差值小于-10℃。
进一步优选地，在所述差值处于极大等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为32％；在所述差值处于大等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为28％；在所述差值处于中等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为24％；在所述差值处于小等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为20％；在所述差值处于极小等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为16％，例如，模糊规则查询表如表2所示
表2
差值(℃) >5 0～5 -5～0 -10～-5 <-10
开度(％) 32 28 24 20 16
在本发明的一个优选实施例中，在所述第二阶段，模糊控制器130通过出口温度检测装置监测的蒸发冷却器出口处的烟气温度(出口温度)和出口设定温度的差值以及蒸发冷却器出口处的烟气温度上升速率，根据二维模糊控制规则建立冷却水流量调节阀开度的模糊规则查询表，例如，以所述温度上升速率以减小的趋势作为横排，以所述差值以减小的趋势作为纵排，无论是从横排还是从纵排却水流量调节阀开度的设定值都是减小的，又如，所述第二阶段的蒸发冷却器出口温度和出口设定温度的差值以及出口温度上升速率分为大、中大、中小、小四个等级，所述模糊规则查询表如表3所示，
表3
上表中，所述冷却水流量调节阀110开度的输出1至输出16，无论是从横排还是从纵排都是减小的，所述输出1至16的设定值根据达到设定温度所需喷水量设定。
上述各等级，所述出口温度和出口设定温度的差值以及出口温度上升速率有多种取值方式，与之相应的冷却水流量调节阀110的开度也有多种取值方式。
在本发明的一个优选实施例中，所述差值大的等级范围为大于5℃，所述差值中大的等级范围为在0～5℃范围内，所述差值中小的等级范围为在-5～0℃范围内，所述差值小的等级范围为小于-5℃；所述出口温度上升速率大的等级范围为大于0.25℃/S，所述出口温度上升速率中大的等级范围为0.1～0.25℃/S，所述出口温度上升速率中小的等级范围为0～0.1℃/S，所述出口温度上升速率小的等级范围为0℃/S。
进一步优选地，所述第二阶段的所述冷却水流量调节阀的开度在20～32％范围内，例如，所述模糊规则查询表如表4所示，
表4
在本申请的另一个优选实施例中，所述第第二阶段的蒸发冷却器出口温度和出口设定温度的差值以及出口温度上升速率分为大、中大、中小、小四个等级，其中，所述差值大的等级范围为大于10℃，所述差值中大的等级范围为在0～10℃范围内，所述差值中小的等级范围为在-10～0℃范围内，所述差值小的等级范围为小于-10℃；所述出口温度上升速率大的等级范围为大于0.25℃/S，所述出口温度上升速率中大的等级范围为0.1～0.25℃/S，所述出口温度上升速率中小的等级范围为0～0.1℃/S，所述出口温度上升速率小的等级范围为0℃/S。
进一步，优选地，所述第二阶段的所述冷却水流量调节阀的开度在10～64％范围内。
在本发明的实施例中，将转炉干法除尘过程分成了两个阶段，但是本发明并不限于此，可以将转炉干法除尘过程分成多个阶段，每一个阶段采用相同或者不同维数的模糊控制规则。
尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims (10)

1.一种转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统，包括冷却水流量调节阀，设置在蒸发冷却器的冷却水入口，其特征在于，还包括：
出口温度检测装置，用于检测蒸发冷却器出口处的烟气温度；
模糊控制器，将转炉干法除尘过程分为第一阶段和第二阶段，采用一维模糊控制规则和至少二维模糊控制规则分别控制第一阶段和第二阶段中冷却水流量调节阀的开度，
其中，所述第一阶段从转炉吹氧开始至出口温度上升至稳定状态，在第一阶段中，通过所述一维模糊控制规则根据所述出口温度和出口设定温度的差值控制所述冷却水流量调节阀的开度；
所述第二阶段从出口温度上升到稳定状态至出口温度降到除尘器规定的温度，通过所述至少二维模糊控制规则根据与维数相对应的多个参数控制所述冷却水流量调节阀的开度，其中，所述多个参数至少包括所述出口温度和出口设定温度的差值和出口温度上升速率。
2.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述模糊控制器还根据模糊控制规则和控制冷却水流量调节阀的参数构建模糊规则查询表，根据检测得到的所述参数的值，通过查询模糊规则查询表获得冷却水流量调节阀的开度。
3.根据权利要求1或2所述的温度控制系统，其特征在于，还包括：
入口温度检测装置，用于检测蒸发冷却器入口处的烟气温度；
修正单元，通过入口温度检测装置检测的入口温度对所述一维模糊控制规则和至少二维模糊控制规则进行修正，其中，
F实际＝(aiTi+bi)F模糊输出
其中，F实际为修正后冷却水流量调节阀的开度，F模糊输出为通过模糊规则得出的冷却水流量调节阀的开度，ai和bi为修正参数，Ti为蒸发冷却器入口温度，i为转炉干法除尘过程划分的阶段数，i＝1或2。
4.一种利用权利要求1所述转炉干法除尘蒸发冷却器出口烟气温度控制系统进行温度控制的方法，其特征在于，包括：
通过出口温度检测装置实时监测蒸发冷却器出口处的烟气温度，即出口温度；
根据所述出口温度通过模糊控制器分阶段控制冷却水流量调节阀的开度，冷却水流量调节阀的开度控制进入蒸发冷却器的冷却水的流量，从而控制蒸发冷却器出口处的烟气温度，
其中，将转炉干法除尘过程分为第一阶段和第二阶段，采用一维模糊控制规则和至少二维模糊控制规则分别控制第一阶段和第二阶段中冷却水流量调节阀的开度，
其中，从转炉吹氧开始至出口温度上升至稳定状态设定为第一阶段，在第一阶段中，通过一维模糊控制规则根据所述出口温度和出口设定温度的差值控制所述冷却水流量调节阀的开度；
从出口温度上升到稳定状态至出口温度降到除尘器规定的温度设定为第二阶段，通过所述至少二维模糊控制规则根据与维数相对应的多个参数控制所述冷却水流量调节阀的开度，其中，所述多个参数至少包括所述出口温度与出口设定温度的差值和出口温度上升速率。
5.根据权利要求4所述的温度控制的方法，其特征在于，还包括：
根据所述模糊控制规则和所述参数构建模糊规则查询表，通过查询模糊规则查询表确定冷却水流量调节阀的开度。
6.根据权利要求4或5所述的温度控制的方法，其特征在于，还包括：
通过入口温度检测装置检测的入口温度对所述一维模糊控制规则和至少二维模糊控制规则进行修正，其中，
F实际＝(aiTi+bi)F模糊输出
其中，F实际为修正后冷却水流量调节阀的开度，F模糊输出为通过模糊规则得出的冷却水流量调节阀的开度，ai和bi为修正参数，Ti为蒸发冷却器入口温度，i为转炉干法除尘过程划分的阶段数，i＝1或2。
7.根据权利要求6所述的温度控制的方法，其特征在于，还包括：
通过查询模糊规则查询表和入口温度的修正确定冷却水流量调节阀的实际开度。
8.根据权利要求4或5所述的温度控制的方法，其特征在于，所述第一阶段的蒸发冷却器出口温度和出口设定温度的差值分为极大、大、中、小、极小五个等级，其中，所述极大的等级范围为所述差值大于5℃，所述大的等级范围为所述差值在0～5℃范围内，所述中的等级范围为所述差值在-5～0℃范围内，所述小的等级范围为所述差值在-10～-5℃范围内，所述极小的等级范围为所述差值小于-10℃。
9.根据权利要求8所述的温度控制的方法，其特征在于，在所述差值处于极大等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为32％；在所述差值处于大等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为28％；在所述差值处于中等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为24％；在所述差值处于小等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为20％；在所述差值处于极小等级时，所述冷却水流量调节阀的开度为16％。
10.根据权利要求4或5所述的温度控制的方法，其特征在于，所述第二阶段的蒸发冷却器出口温度和出口设定温度的差值以及出口温度上升速率分为大、中大、中小、小四个等级，其中，所述差值大的等级范围为大于5℃，所述差值中大的等级范围为在0～5℃范围内，所述差值中小的等级范围为在-5～0℃范围内，所述差值小的等级范围为小于-5℃；所述出口温度上升速率大的等级范围为大于0.25℃/S，所述出口温度上升速率中大的等级范围为0.1～0.25℃/S，所述出口温度上升速率中小的等级范围为0～0.1℃/S，所述出口温度上升速率小的等级范围为0℃/S，所述第二阶段的所述冷却水流量调节阀的开度在20～32％范围内。
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