CN111551054B - 基于板式换热器的bmd过滤循环水的温度控制方法 - Google Patents

基于板式换热器的bmd过滤循环水的温度控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法，属温度控制领域。其在板式换热器的热水进、出口端及冷水进、出口端分别设置一个水温测量装置，分别计算板式换热器的热水水温差值和冷水水温差值；根据板式换热器热水端热进实际水温和热水水温差值，来控制热水循环泵的转速；根据板式换热器冷水端冷进实际水温和冷水水温差值，来控制冷水循环泵的转速；通过分别控制热水循环泵和冷水循环泵的转速，为BMD工艺系统稳定除鳞提供保障。其采用板式换热器来实现内、外循环水之间的液体与液体能量交换模式，通过对热、冷水循环泵运转速度的精细化控制，能够及时调节BMD过滤循环水的温度，对于BMD工艺系统稳定除鳞具有重要意义。

Description

基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法
技术领域
本发明属于控制领域，尤其涉及一种用于板式换热器BMD过滤循环水的温度控制方法。
背景技术
金属材料热轧成形后的表面氧化物(俗称鳞皮)在后工艺处理之前通常需有效清除，称之为除鳞。
目前常用的化学酸洗工艺始终存在污染大、成本高、质量不稳定等诸多缺陷。基于此，宝钢从2009年开始着手开发BMD技术(Baosteel Mechanical Descaling technology，宝钢机械除鳞技术，简称BMD技术)，该工艺采用水+磨料颗粒的混合射流方式，通过射流介质在金属表面的持续击打、磨削而实现除鳞。
BMD工艺流程原理的示意图如图1中所示。其中，A为混合射流喷射系统；B为介质回收系统；C为过滤系统；D为供砂系统。
BMD的具体工艺流程如下：
1)混合射流喷射系统A接收来自过滤系统C与供砂系统D的两种介质：水、磨料，在其内进行快速混合并发射，向目标板面击打、磨削，实现目标板面鳞皮的快速清除；
2)介质回收系统B将除鳞后的磨料颗粒、鳞皮粉末、磨料破碎后的细小粉末、水体等一并收集，快速实现水、砂分离，并将分离后的污浊水体输送至过滤系统，同时将磨料介质输送至供砂系统，实现两类介质的处理回用；
3)过滤系统快速对动态水体进行悬浮物的摘取、收集、输出，同时将处理后的洁净水体输送至喷射系统的各用水点，实现水体的回收利用；
4)供砂系统对输入的磨料颗粒进行快速的选粒、清理杂物、体量检测与动态补充，并动态输送至喷射系统，实现磨料颗粒的回收利用。
其中，过滤系统中的洁净水温度过高容易造成水分挥发以及除鳞后的带钢板形不良，因此，控制过滤系统水温对于BMD技术具有重要意义。
在宝钢BMD工艺系统中，采用板式换热器控制BMD过滤系统循环水水温。
在现有技术中，板式换热器的主要应用方法如下：
(1).气体与气体之间的能量交换：
例如，在文献《FP1PLC在制氧机的板式换热器控制系统设计》(李卫东，闫石英，沈士洲，贾丽娟.FP1PLC在制氧机的板式换热器控制系统设计[J].冶金自动化，1996(04期)：41-42.)中，板式换热器的工艺是利用低温的氧气、氮气和常温的空气进行热交换。
(2).气体与液体之间的能量交换：
例如，在文献《PLC的板式换热器控制系统设计》(葛锁良，沈伟，岳胜.PLC的板式换热器控制系统设计[J].安徽大学学报，2014(第38卷第1期)：56-60)中，板式换热器的工艺是利用热电厂的蒸汽将循环水进行加热，然后，提供给城市供暖用户。
(3)液体与液体之间的能量交换：
例如，在文献《基于S7-300PLC电厂循环水余热回收的控制系统设计》(罗野，汪琴.基于S7-300PLC电厂循环水余热回收的控制系统设计[J].中国新通讯，2016(第1期)：102-103)中，板式换热器的工艺是利用热电厂废热水和冷水进行热交换，冷水吸收热量后流入蓄水池，经过加热后的冷水作为热电厂附近建筑的备用水。
由于工艺原理及要求的不同，基于板式换热器的温度控制原理也不一样，所以，现有技术无法直接应用于宝钢的BMD工艺流程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法。其通过监测板式换热器的热进以及冷进的实际温度，结合热进热出实际温差数值以及冷进冷出实际温差数值，将板式换热器热出和冷出的温度与热水循环泵、冷水循环泵的速度设定值建立关联关系，并据此来控制热水循环泵、冷水循环泵的运转速度，藉此来控制板式换热器的出水温度。
本发明的技术方案是：提供一种基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法，BMD过滤系统的内循环水经热水循环泵与板式换热器热水端的进口端连接，内循环水经过板式换热器以热交换的模式降温后，经板式换热器热水端的出口端返回BMD过滤系统；从冷却塔来的外循环水经冷水循环泵与板式换热器冷水端的进口端连接，外循环水在板式换热器中与内循环水进行热交换后温度升高，经板式换热器冷水端的出口端返回冷却塔，进行喷淋降温；其特征是：
1)在板式换热器的热水进口端、热水出口端、冷水进口端和冷水出口端分别设置一个水温测量装置，实时测量板式换热器热水进口端、热水出口端、冷水进口端和冷水出口端的水温；
2)设定板式换热器热水出口端和冷水出口端的水温温度设定值Tset相等；
3)根据实测值，分别计算热水进口端与热水出口端的热水水温差值，以及冷水进口端和冷水出口端的冷水水温差值；
4)根据板式换热器热水端热进实际水温和热水水温差值，来控制热水循环泵的转速；
5)根据板式换热器冷水端冷进实际水温和冷水水温差值，来控制冷水循环泵的转速；
6)通过分别控制热水循环泵和冷水循环泵的转速，来调节BMD过滤循环水的温度，为BMD工艺系统稳定除鳞提供保障。
具体的，所述根据板式换热器热水端热进实际水温和热水水温差值，来控制热水循环泵的转速，包括下列内容：
若热进的实际温度为Th1，单位为℃；热出的实际温度为Th2；单位为℃；Tset为水温温度设定值；
则热水循环泵的速度设定值Shp＝Shp1+Shp2；
其中，Shp1表示与热进实际水温相关的速度设定值，单位为rpm；
Shp2表示与热进热出实际温差相关的速度设定值，单位为rpm；
Shp1的计算公式如下：
当Th1＞Tset时，Shp1＝khp1×(Th1-Tset)
当Th1≤Tset时，Shp1＝0
其中，Khp1为热进实际水温与热水循环泵速度设定值的关系系数，单位为rpm/℃；
Shp2的计算公式如下：
当Th2≤Tset时，Shp2＝0
当(Th1-Th2)＜ΔTh1并且Th2＞Tset时，Shp2＝khp2×ΔTh2
当ΔTh1≤(Th1-Th2)≤ΔTh2并且Th2＞Tset时，Shp2＝khp2×ΔTh1
当(Th1-Th2)＞ΔTh2并且Th2＞Tset时，Shp2＝0
其中，Khp2为热进热出实际温差与热水循环泵速度设定值的关系系数，单位为rpm/℃，ΔTh1和ΔTh2表示热进热出实际温差的等级大小，单位为℃。
具体的，所述根据板式换热器冷水端冷进实际水温和冷水水温差值，来控制冷水循环泵的转速，包括下列内容：
若冷进的实际温度为Tc1，单位为℃；冷出的实际温度为Tc2，单位为℃；Tset为水温温度设定值；
则冷水循环泵的速度设定值Scp＝Scp1+Scp2；
其中，Scp1表示与冷进实际水温相关的速度设定值，单位为rpm；
Scp2表示与冷进冷出实际温差相关的速度设定值，单位为rpm；
Scp1的计算公式:
当Tc1＜Tset时，Scp1＝kcp1×(Tset-Tc1)
当Tc1≥Tset时，Scp1＝0
其中，Kcp1为冷进实际水温与冷水循环泵速度设定值的关系系数，单位为rpm/℃；
Scp2的计算公式:
当Tc1≤Tset时，Scp2＝0
当(Tc2-Tc1)＜ΔTc1并且Tc1＞Tset时，Scp2＝kcp2×ΔTc2
当ΔTc1≤(Tc2-Tc1)≤ΔTc2并且Tc1＞Tset时，Scp2＝kcp2×ΔTc1
当(Tc2-Tc1)＞ΔTc2并且Tc1＞Tset时，Scp2＝0
其中，Kcp2为冷进冷出实际温差与冷水循环泵速度设定值的关系系数，单位为rpm/℃，ΔTc1和ΔTc2表示冷进冷出实际温差的等级大小，单位为℃。
进一步的，所述ΔTh1和ΔTc1取值范围为3至7℃。
进一步的，所述ΔTh2和ΔTc2的取值范围为8至12℃。
与现有技术比较，本发明的优点是：
1.在BMD过滤循环水系统中，采用板式换热器来实现内、外循环水之间的液体与液体能量交换模式，进而控制BMD过滤系统的内循环水温度，为BMD工艺系统稳定除鳞提供保障；
2.根据板式换热器热水端热进实际水温和热水水温差值，来控制热水循环泵的转速；同时，根据板式换热器冷水端冷进实际水温和冷水水温差值，来控制冷水循环泵的转速；
3.将板式换热器热出和冷出的温度与热水循环泵、冷水循环泵的速度设定值建立关联关系，并据此来控制热、冷水循环泵的运转速度，藉此来控制板式换热器的出水温度，有利于对内、外循环水温度的精细化控制和提高水温调节的灵敏度；
4.通过对热、冷水循环泵运转速度的精细化控制，能够及时调节BMD过滤循环水的温度，对于BMD工艺系统稳定除鳞具有重要意义。
附图说明
图1为BMD工艺流程原理示意图；
图2是BMD过滤循环水的温度控制系统示意图。
图中1A为混合射流喷射系统，B为介质回收系统，C为过滤系统，D为供砂系统；
HP为热水循环泵，CP为冷水循环泵；
Th1为热进的实际温度，Th2为热出的实际温度，Tc1为冷进的实际温度；Tc2为冷出的实际温度。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图2中，采用板式换热器作为BMD过滤系统循环水的降温换热装置，利用板式换热器实现了液体与液体能量(热量)交换。
如图所示，BMD过滤系统的内循环水经热水循环泵HP与板式换热器热水端的进口端连接，内循环水经过板式换热器以热交换的模式降温后，经板式换热器热水端的出口端返回BMD过滤系统；从冷却塔来的外循环水经冷水循环泵CP与板式换热器冷水端的进口端连接，外循环水在板式换热器中与内循环水进行热交换后温度升高，经板式换热器冷水端的出口端返回冷却塔，进行喷淋降温。
由于通过能量交换，热出和冷出的温度可能趋于相同，因此，热出和冷出的温度设定值均为Tset(单位：℃)。
热进的实际温度为Th1(单位：℃)，热出的实际温度为Th2(单位：℃)，热水循环泵的速度设定值Shp＝Shp1+Shp2；其中，Shp1表示与热进实际水温相关的速度设定值，单位rpm，Shp2表示与热进热出实际温差相关的速度设定值，单位：rpm。
Shp1的计算公式:
当Th1＞Tset时，Shp1＝khp1×(Th1-Tset)
当Th1≤Tset时，Shp1＝0
其中，Khp1为热进实际水温与热水循环泵速度设定值的关系系数，单位，rpm/℃。
Shp2的计算公式:
当Th2≤Tset时，Shp2＝0
当(Th1-Th2)＜ΔTh1并且Th2＞Tset时，Shp2＝khp2×ΔTh2
当ΔTh1≤(Th1-Th2)≤ΔTh2并且Th2＞Tset时，Shp2＝khp2×ΔTh1
当(Th1-Th2)＞ΔTh2并且Th2＞Tset时，Shp2＝0
其中，Khp2为热进热出实际温差与热水循环泵速度设定值的关系系数，单位，rpm/℃，ΔTh1和ΔTh2表示热进热出实际温差的等级大小，单位：℃。
冷进的实际温度为Tc1(单位：℃)，冷出的实际温度为Tc2(单位：℃)，冷水循环泵的速度设定值Scp＝Scp1+Scp2；其中，Scp1表示与冷进实际水温相关的速度设定值，单位rpm，Scp2表示与冷进冷出实际温差相关的速度设定值，单位：rpm。
Scp1的计算公式:
当Tc1＜Tset时，Scp1＝kcp1×(Tset-Tc1)
当Tc1≥Tset时，Scp1＝0
其中，Kcp1为冷进实际水温与冷水循环泵速度设定值的关系系数，单位，rpm/℃。
Scp2的计算公式:
当Tc1≤Tset时，Scp2＝0
当(Tc2-Tc1)＜ΔTc1并且Tc1＞Tset时，Scp2＝kcp2×ΔTc2
当ΔTc1≤(Tc2-Tc1)≤ΔTc2并且Tc1＞Tset时，Scp2＝kcp2×ΔTc1
当(Tc2-Tc1)＞ΔTc2并且Tc1＞Tset时，Scp2＝0
其中，Kcp2为冷进冷出实际温差与冷水循环泵速度设定值的关系系数，单位，rpm/℃，ΔTc1和ΔTc2表示冷进冷出实际温差的等级大小，单位：℃。
实施例：
为说明本发明的具体应用方式，下面给出本技术方案的实施例。
在图2中，板式换热器热出和冷出的温度设定值Tset＝35℃，系数Khp1＝50rpm/℃，Khp2＝30rpm/℃，ΔTh1＝5℃，ΔTh2＝10℃。系数Kcp1＝55rpm/℃，Kcp2＝35rpm/℃，ΔTc1＝5℃，ΔTc2＝10℃。
实施例1：
板式换热器的热进端温度计测到实际温度Th1＝50℃，热出端温度计测到实际温度Th2＝46℃，那么，
Shp1＝50×(50-35)＝750；
Shp2＝30×10＝300；(Th1-Th2)<5
最终，热水循环泵的速度设定值Shp＝750+300＝1050
板式换热器的冷进端温度计测到实际温度Tc1＝20℃，冷出端温度计测到实际温度Th2＝26℃，那么，
Scp1＝55×(35-20)＝825；
Scp2＝35×5＝175；5≤(Tc2-Tc1)≤10
最终，冷水循环泵的速度设定值Scp＝825+175＝1000。
实施例2：
板式换热器的热进端温度计测到实际温度Th1＝48℃，热出端口温度计测到实际温度Th2＝40℃，那么，
Shp1＝50×(48-35)＝650；
Shp2＝30×5＝150；5≤(Th1-Th2)≤10
最终，热水循环泵的速度设定值Shp＝650+150＝800。
板式换热器的冷进端口温度计测到实际温度Tc1＝25℃，冷出端口温度计测到实际温度Tc2＝27℃，那么，
Scp1＝55×(35-25)＝550；
Scp2＝35×10＝350；(Tc2-Tc1)<5
最终，冷水循环泵的速度设定值Scp＝550+350＝900。
本发明的技术方案采用板式换热器作为BMD过滤系统循环水的降温换热装置，利用板式换热器实现了液体与液体能量(热量)交换。
本发明的技术方案通过监测板式换热器热进以及冷进的实际温度，结合热进热出实际温差数值以及冷进冷出实际温差数值，将板式换热器热出和冷出的温度与热水循环泵、冷水循环泵的速度设定值建立关联关系，并据此来控制热水循环泵、冷水循环泵的运转速度，藉此来控制板式换热器的出水温度。能够实现BMD过滤循环水温度的精细化调节，对于BMD工艺系统稳定除鳞具有重要意义。
本发明可广泛用于BMD过滤系统循环水的温控领域。

Claims (6)

1.一种基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法，BMD过滤系统的内循环水经热水循环泵与板式换热器热水端的进口端连接，内循环水经过板式换热器以热交换的模式降温后，经板式换热器热水端的出口端返回BMD过滤系统；从冷却塔来的外循环水经冷水循环泵与板式换热器冷水端的进口端连接，外循环水在板式换热器中与内循环水进行热交换后温度升高，经板式换热器冷水端的出口端返回冷却塔，进行喷淋降温；其特征是：
1)在板式换热器的热水进口端、热水出口端、冷水进口端和冷水出口端分别设置一个水温测量装置，实时测量板式换热器热水进口端、热水出口端、冷水进口端和冷水出口端的水温；
2)设定板式换热器热水出口端和冷水出口端的水温温度设定值Tset相等；
3)根据实测值，分别计算热水进口端与热水出口端的热水水温差值，以及冷水进口端和冷水出口端的冷水水温差值；
4)根据板式换热器热水端热进实际水温和热水水温差值，来控制热水循环泵的转速；
5)根据板式换热器冷水端冷进实际水温和冷水水温差值，来控制冷水循环泵的转速；
6)通过分别控制热水循环泵和冷水循环泵的转速，来调节BMD过滤循环水的温度，为BMD工艺系统稳定除鳞提供保障；
其中，所述根据板式换热器热水端热进实际水温和热水水温差值，来控制热水循环泵的转速，包括下列内容：
若热进的实际温度为Th1，单位为℃；热出的实际温度为Th2；单位为℃；Tset为水温温度设定值；
则热水循环泵的速度设定值Shp＝Shp1+Shp2；
其中，Shp1表示与热进实际水温相关的速度设定值，单位为rpm；
Shp2表示与热进热出实际温差相关的速度设定值，单位为rpm；
所述Shp1的计算公式如下：
当Th1＞Tset时，Shp1＝khp1×(Th1-Tset)
当Th1≤Tset时，Shp1＝0
其中,Khp1为热进实际水温与热水循环泵速度设定值的关系系数，单位为rpm/℃；
所述Shp2的计算公式如下：
当Th2≤Tset时，Shp2＝0
当(Th1-Th2)＜ΔTh1并且Th2＞Tset时，Shp2＝khp2×ΔTh2
当ΔTh1≤(Th1-Th2)≤ΔTh2并且Th2＞Tset时，Shp2＝khp2×ΔTh1
当(Th1-Th2)＞ΔTh2并且Th2＞Tset时，Shp2＝0
其中,Khp2为热进热出实际温差与热水循环泵速度设定值的关系系数，单位为rpm/℃，ΔTh1和ΔTh2表示热进热出实际温差的等级大小，单位为℃。
2.按照权利要求1所述的基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法，其特征是所述根据板式换热器冷水端冷进实际水温和冷水水温差值，来控制冷水循环泵的转速，包括下列内容：
若冷进的实际温度为Tc1，单位为℃；冷出的实际温度为Tc2，单位为℃；Tset为水温温度设定值；
则冷水循环泵的速度设定值Scp＝Scp1+Scp2；
其中，Scp1表示与冷进实际水温相关的速度设定值，单位为rpm；
Scp2表示与冷进冷出实际温差相关的速度设定值，单位为rpm；
Scp1的计算公式:
当Tc1＜Tset时，Scp1＝kcp1×(Tset-Tc1)
当Tc1≥Tset时，Scp1＝0
其中,Kcp1为冷进实际水温与冷水循环泵速度设定值的关系系数，单位为rpm/℃；
Scp2的计算公式:
当Tc1≤Tset时，Scp2＝0
当(Tc2-Tc1)＜ΔTc1并且Tc1＞Tset时，Scp2＝kcp2×ΔTc2
当ΔTc1≤(Tc2-Tc1)≤ΔTc2并且Tc1＞Tset时，Scp2＝kcp2×ΔTc1
当(Tc2-Tc1)＞ΔTc2并且Tc1＞Tset时，Scp2＝0
其中,Kcp2为冷进冷出实际温差与冷水循环泵速度设定值的关系系数，单位为rpm/℃，ΔTc1和ΔTc2表示冷进冷出实际温差的等级大小，单位为℃。
3.按照权利要求1所述的基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法，其特征是所述ΔTh1取值范围为3至7℃。
4.按照权利要求1所述的基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法，其特征是所述ΔTh2的取值范围为8至12℃。
5.按照权利要求2所述的基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法，其特征是所述ΔTc1取值范围为3至7℃。
6.按照权利要求2所述的基于板式换热器的BMD过滤循环水的温度控制方法，其特征是所述ΔTc2的取值范围为8至12℃。
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