CN111765757B - 一种烧结机烟气罩内含氧量控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烧结机烟气罩内含氧量控制系统及方法，包括台车、设置在台车上方的烟气罩、逻辑控制器和计算机软件系统，在烟气罩顶部等间距设有多组进气调节管，在进气调节管上端设有进气调节阀，在烟气罩内每组进气调节管的下方设有测氧表Ⅰ，在烟气罩内两组进气调节管之间的下方设有测氧表Ⅱ；所述的逻辑控制器与测氧表Ⅰ、测氧表Ⅱ和进气调节阀电性相连，所述的计算机软件系统与逻辑控制器电性相连。优点是：通过调节阀的主要调节控制与补偿调节控制，结合基于PLC的多点检测及综合分析算法，实现烧结机烟气罩内含氧量的精细化智能控制，保证了原料在烧结过程中进行充分反应从而得到优质烧结矿，降低了循环烟气的热损耗节约了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及工业计算机实时控制技术领域，具体涉及一种烧结机烟气罩内含氧量控制系统及方法。
背景技术
传统的烧结生产具有废气量大、污染负荷严重、污染物种类多等特点，而烧结烟气循环技术能够很好解决这一问题。烟气循环为烧结过程中排放的烟气进行循环回收和再利用的过程，其循环烟气量占总排放量的20％至30％。该技术不但降低了烧结生产的总烟气排放量、减少了热损耗，而且在烟气循环过程中使氮氧化物与硫氧化物发生二次化学反应，将部分有害物质转化为无害物质，减少了有害物质的排放。烧结机烟气罩置于烧结机台车上方形成一个密闭空间供烟气循环流动，是烟气循环重要组成部分。在循环风机作用下，烧结烟气由进风管道进入烟气罩内，然后穿过台车中的烧结原料进入出风管道，最后由部分出风管道回流到进风管道，完成一次烟气循环过程。循环过程中烟气内的氧气不断参与到烧结反应且环境为密闭空间，因此需要外加空气进行补氧。维持烟气罩内含氧量的稳定尤为重要：含氧量较低会导致烧结反应不充分，影响烧结矿品质；含氧量较高则会降低循环烟气温度，增加热损耗导致增加生产成本。所以，精细控制烟气罩内含氧量的稳定是烧结生产中亟待解决的一个难点问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种烧结机烟气罩内含氧量控制系统及方法，该系统通过烟气罩调节阀的主要调节控制与补偿调节控制，结合基于PLC的多点检测及综合分析算法，实现烧结机烟气罩内含氧量的精细化智能控制，这种控制不但保证烧结原料在烧结过程中进行充分反应从而得到优质烧结矿，而且降低了循环烟气的热损耗节约了生产成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的一种烧结机烟气罩内含氧量控制系统，包括台车、设置在台车上方的烟气罩、设置在台车下方的出风管道、逻辑控制器和计算机软件系统，其特征在于，在烟气罩顶部等间距设有多组进气调节管，在进气调节管上端设有进气调节阀，在烟气罩内每组进气调节管的下方设有测氧表Ⅰ，所述的测氧表Ⅱ设置在烟气罩内两组进气调节管之间的下方；所述的逻辑控制器与测氧表Ⅰ、测氧表Ⅱ和进气调节阀电性相连，所述的计算机软件系统与逻辑控制器电性相连；
所述的计算机软件系统包括含氧量主要调节单元、含氧量补偿调节单元和调节阀开度计算单元，所述的含氧量主要调节单元输入端与所述的逻辑控制器输出端连接，含氧量主要调节单元输出端与含氧量补偿调节单元输入端连接，含氧量补偿调节单元输出端与调节阀开度计算单元输入端连接，调节阀开度计算单元输出端与逻辑控制器输入端连接。
所述的含氧量主要调节单元用于计算确定组合调节阀调节变量Hz，所述的含氧量补偿调节单元用于计算确定补偿调节所需参数；所述的调节阀开度计算单元计算确定调节阀开度值。
所述的进气调节管每两根为一组，共设有4～6组，各组等间距设置在烟气罩顶部。
本发明的一种烧结机烟气罩内含氧量控制方法，其特征在于，采用烧结机烟气罩内含氧量控制系统，包括以下步骤：
步骤1、含氧量主要调节单元计算确定组合调节阀调节变量Hz
步骤1.1、确定测氧表Ⅰ含氧量差值A△
测氧表Ⅰ含氧量差值A△由公式(1)确定：
A△＝Ao-Am (1)
其中，Ao为测氧表Ⅰ的给定目标值，Am为测氧表Ⅰ的测量值；
步骤1.2、采用PID控制，确定组合调节阀调节变量Hz
设每组两个调节阀开度的组合值为调节变量Hz，设含氧量差值A△的阈值为Aw，则组合调节阀调节变量Hz存在如下两种情况：
a)当A△在区间(-Aw,+Aw)以外时，Hz由公式(2)确定：
b)当A△在区间(-Aw,+Aw)以内时，采用PID控制Hz，Hz由公式(3)确定：
其中Kp为比例增益，Tt为积分时间常数，TD为微分时间常数；
步骤2、含氧量补偿调节单元计算确定补偿调节所需参数
步骤2.1、确定测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的平均给定目标值A1o和A2o
烟气罩上各组调节阀所控制的测氧表Ⅰ的给定目标值是不同的，当给定目标值为Ao的测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的给定目标值的差值较大时，则相邻两个区域内含氧量梯度差较大，故需要增加补偿调节控制措施改进；
设A'o和A'o'分别为与给定目标值为Ao的测氧表Ⅰ相邻的两个测氧表Ⅱ的给定目标值，则该测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的平均给定目标值分别为A1o和A2o，A1o和A2o分别由公式(4)和公式(5)确定：
步骤2.2、确定测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ之间含氧量差值A△
设A1m和A2m分别为与给定目标值为Ao的测氧表Ⅰ相邻的两个测氧表Ⅱ的测量值，则该测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的含氧量差值分别为A1△，A2△分别由公式(6)和公式(7)确定：
A1△＝Ao-A1m (6)
A2△＝Ao-A2m (7)
步骤2.3、确定PID控制的影响系数K1和K2
对于测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ之间区域，对组合调节阀调节变量的影响系数K1和K2采用PID控制，K1和K2分别由公式(8)和公式(9)确定：
其中K1p、K2p为比例增益，T1t、T2t为积分时间常数，T1D、T2D为微分时间常数，影响系数K1和K2的取值区间为(0，1)；
步骤3、调节阀开度计算单元计算确定调节阀开度值
步骤3.1、确定补偿后组合调节阀调节变量Hq
经过补偿后的组合调节阀调节变量Hq，由公式(10)确定：
步骤3.2、确定组合调节阀中的主控阀
设经过补偿后的组合调节阀调节变量变化率为Hqt，变化率阈值为H△qt，则组合调节阀中的主控阀的确定存在如下两种情况：
a)当Hqt>H△qt时，组合内2个调节阀都为主控阀；
b)当Hqt≤H△qt时，组合内1个调节阀为主控阀，该选择由人工设定；
步骤3.3、确定组合内两个调节阀a阀和b阀的开度Ha和Hb
组合内两个调节阀a阀和b阀的开度分别为Ha和Hb，Ha和Hb由公式(11)确定：
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明通过烟气罩调节阀的主要调节控制与补偿调节控制，结合基于PLC的多点检测及综合分析算法，实现烧结机烟气罩内含氧量的精细化智能控制，这种控制不但保证烧结原料在烧结过程中进行充分反应从而得到优质烧结矿，而且降低了循环烟气的热损耗节约了生产成本。
附图说明
图1为本发明控制系统示意图；
图2为图1的横截面示意图；
图3为本发明计算机软件系统结构框图；
图4为本发明逻辑算法计算流程图。
具体实施方式
为了能够清晰、详细和完整的描述本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明的一种烧结机烟气罩内含氧量控制系统，包括台车1、设置在台车1上方的烟气罩2、设置在台车下方的出风管道、逻辑控制器和计算机软件系统，其特征在于，在烟气罩2顶部等间距设有多组进气调节管3，在进气调节管3上端设有进气调节阀4，在烟气罩2内每组进气调节管的下方设有测氧表Ⅰ5，在烟气罩内两组进气调节管之间的下方设有测氧表Ⅱ6；所述的逻辑控制器与测氧表Ⅰ、测氧表Ⅱ和进气调节阀电性相连，所述的计算机软件系统与逻辑控制器电性相连；
包括台车1、设置在台车1上方的烟气罩2、设置在烟气罩2顶部的进气调节管3、设置在进气调节管3上端的进气调节阀4和控制系统，其特征在于，所述的控制系统为智能控制系统，包括测氧表Ⅰ5、测氧表Ⅱ6、逻辑控制器和计算机软件系统，所述的测氧表Ⅰ5设置在烟气罩2内每组进气调节管3下方，所述的测氧表Ⅱ6设置在烟气罩2内两组进气调节管3之间的下方；所述的逻辑控制器与测氧表Ⅰ5、测氧表Ⅱ6和进气调节阀4电性相连，所述的计算机软件系统与逻辑控制器电性相连；所述的进气调节管3每两根为一组，共设有6组，各组等间距设置在烟气罩2顶部。
如图3所示，所述的计算机软件系统包括含氧量主要调节单元、含氧量补偿调节单元和调节阀开度计算单元，所述的含氧量主要调节单元输入端与所述的逻辑控制器输出端连接，含氧量主要调节单元输出端与含氧量补偿调节单元输入端连接，含氧量补偿调节单元输出端与调节阀开度计算单元输入端连接，调节阀开度计算单元输出端与逻辑控制器输入端连接。
所述的含氧量主要调节单元用于计算确定组合调节阀调节变量Hz，所述的含氧量补偿调节单元用于计算确定补偿调节所需参数；所述的调节阀开度计算单元计算确定调节阀开度值。
烧结原料利用台车1从烧结机头部走向烧结机尾部完成烧结过程，烧结原料在烧结反应的不同阶段有不同的特性，而在不同阶段下对于氧气的消耗呈现差异性变化。一个合理含氧量控制应该是在各反应阶段中将烟气含氧量控制在能够满足该阶段烧结原料能够充分反应的水平之上，而烟气罩2上均匀分布的进气调节管3能够分别对附近区域的含氧量进行调节。由于正常生产时烟气罩2内压力呈负压，开启进气调节阀4时外部空气会抽入到烟气罩2中，因此进气调节阀4开度值越大，附近区域的含氧量就越高，进气调节阀4开度值越小，附近区域的含氧量就越低。通过对烟气罩1上所有进气调节阀4进行不同开度的调整，可以实现整个烟气罩2内含氧量的精准控制。
如图4所示，本发明的一种烧结机烟气罩内含氧量控制方法，其特征在于，采用上述烧结机烟气罩内含氧量控制系统，包括以下步骤：
步骤1、含氧量主要调节单元计算确定组合调节阀调节变量Hz
烟气罩顶部每两个挨近的进气调节管3为一组，对应每组进气调节阀4负责共同调节下方区域中的烟气罩2内含氧量，每组进气调节阀4开度值所形成的开度组合称为组合调节阀调节变量Hz。
步骤1.1、确定测氧表Ⅰ含氧量差值A△
测氧表Ⅰ含氧量差值A△由公式(1)确定：
A△＝Ao-Am (1)
其中，Ao为测氧表Ⅰ的给定目标值，Am为测氧表Ⅰ的测量值；
步骤1.2、采用PID控制，确定组合调节阀调节变量Hz
设每组两个调节阀开度的组合值为调节变量Hz，设含氧量差值A△的阈值为Aw，则组合调节阀调节变量Hz存在如下两种情况：
a)当A△在区间(-Aw,+Aw)以外时，Hz由公式(2)确定：
b)当A△在区间(-Aw,+Aw)以内时，采用PID控制Hz，Hz由公式(3)确定：
其中Kp为比例增益，Tt为积分时间常数，TD为微分时间常数；
步骤2、含氧量补偿调节单元计算确定补偿调节所需参数
步骤2.1、确定测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的平均给定目标值A1o和A2o
烟气罩上各组调节阀所控制的测氧表Ⅰ的给定目标值是不同的，当给定目标值为Ao的测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的给定目标值的差值较大时，则相邻两个区域内含氧量变化梯度较大，故需要增加补偿调节控制措施改进；
设A'o和A'o'分别为与给定目标值为Ao的测氧表Ⅰ相邻的两个测氧表Ⅱ的给定目标值，则该测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的平均给定目标值分别为A1o和A2o，A1o和A2o分别由公式(4)和公式(5)确定：
步骤2.2、确定测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ之间含氧量差值A△
设A1m和A2m分别为与给定目标值为Ao的测氧表Ⅰ相邻的两个测氧表Ⅱ的测量值，则该测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的含氧量差值分别为A1△，A2△分别由公式(6)和公式(7)确定：
A1△＝Ao-A1m (6)
A2△＝Ao-A2m (7)
步骤2.3、确定PID控制的影响系数K1和K2
对于测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ之间区域，对组合调节阀调节变量的影响系数K1和K2采用PID控制，K1和K2分别由公式(8)和公式(9)确定：
其中K1p、K2p为比例增益，T1t、T2t为积分时间常数，T1D、T2D为微分时间常数，影响系数K1和K2的取值区间为(0，1)；
步骤3、调节阀开度计算单元计算确定调节阀开度值
步骤3.1、确定补偿后组合调节阀调节变量Hq
经过补偿后的组合调节阀调节变量Hq，由公式(10)确定：
步骤3.2、确定组合调节阀中的主控阀
根据调节变量变化率的大小，对该组内两个调节阀的控制采取不同的方式。当调节变量变化率较大时，系统将两个调节阀设为主控阀，同时调节两个阀来增加系统调节能力；当调节变量变化率较小时，系统将一个调节阀设为主控阀，单独调节该阀来减小系统调节能力。
设经过补偿后的组合调节阀调节变量变化率为Hqt，变化率阈值为H△qt，则组合调节阀中的主控阀的确定存在如下两种情况：
a)当Hqt>H△qt时，组合内2个调节阀都为主控阀；
b)当Hqt≤H△qt时，组合内1个调节阀为主控阀，该选择由人工设定；
步骤3.3、确定组合内两个调节阀a阀和b阀的开度Ha和Hb
组合内两个调节阀a阀和b阀的开度分别为Ha和Hb，Ha和Hb由公式(11)确定：
本发明的具体实施方式，在权利要求限定的范围内，可以进行多种改变和修改，任何人在没有做出创造性工作的前提下，基于本发明所实施的所有其它实施例，都应属于本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种烧结机烟气罩内含氧量控制方法，采用烧结机烟气罩内含氧量控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、含氧量主要调节单元计算确定组合调节阀调节变量Hz步骤1.1、确定测氧表Ⅰ含氧量差值AΔ
测氧表Ⅰ含氧量差值AΔ由公式(1)确定：
AΔ＝Ao-Am(1)
其中，Ao为测氧表Ⅰ的给定目标值，Am为测氧表Ⅰ的测量值；
步骤1.2、采用PID控制，确定组合调节阀调节变量Hz
设每组两个调节阀开度的组合值为调节变量Hz，设含氧量差值AΔ的阈值为Aw，则组合调节阀调节变量Hz存在如下两种情况：
a)当AΔ在区间(-Aw,+Aw)以外时，Hz由公式(2)确定：
b)当AΔ在区间(-Aw,+Aw)以内时，采用PID控制Hz，Hz由公式(3)确定：
其中Kp为比例增益，Tt为积分时间常数，TD为微分时间常数；步骤2、含氧量补偿调节单元计算确定补偿调节所需参数
步骤2.1、确定测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的平均给定目标值A1o和A2o
烟气罩上各组调节阀所控制的测氧表Ⅰ的给定目标值是不同的，当给定目标值为Ao的测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的给定目标值的差值较大时，则相邻两个区域内含氧量梯度差较大，故需要增加补偿调节控制措施改进；
设A'o和A'o'分别为与给定目标值为Ao的测氧表Ⅰ相邻的两个测氧表Ⅱ的给定目标值，则该测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的平均给定目标值分别为A1o和A2o，A1o和A2o分别由公式(4)和公式(5)确定：
步骤2.2、确定测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ之间含氧量差值AΔ
设A1m和A2m分别为与给定目标值为Ao的测氧表Ⅰ相邻的两个测氧表Ⅱ的测量值，则该测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ的含氧量差值分别为A1Δ，A2Δ分别由公式(6)和公式(7)确定：
A1Δ＝Ao-A1m(6)
A2Δ＝Ao-A2m(7)
步骤2.3、确定PID控制的影响系数K1和K2
对于测氧表Ⅰ与相邻两个测氧表Ⅱ之间区域，对组合调节阀调节变量的影响系数K1和K2采用PID控制，K1和K2分别由公式(8)和公式(9)确定：
其中K1p、K2p为比例增益，T1t、T2t为积分时间常数，T1D、T2D为微分时间常数，影响系数K1和K2的取值区间为(0，1)；
步骤3、调节阀开度计算单元计算确定调节阀开度值
步骤3.1、确定补偿后组合调节阀调节变量Hq
经过补偿后的组合调节阀调节变量Hq，由公式(10)确定：
步骤3.2、确定组合调节阀中的主控阀
设经过补偿后的组合调节阀调节变量变化率为Hqt，变化率阈值为HΔqt，则组合调节阀中的主控阀的确定存在如下两种情况：
a)当Hqt＞HΔqt时，组合内2个调节阀都为主控阀；
b)当Hqt≤HΔqt时，组合内1个调节阀为主控阀，该选择由人工设定；步骤3.3、确定组合内两个调节阀a阀和b阀的开度Ha和Hb组合内两个调节阀a阀和b阀的开度分别为Ha和Hb，Ha和Hb由公式(11)确定：
2.一种实施权利要求1所述方法的烧结机烟气罩内含氧量控制系统，包括台车、设置在台车上方的烟气罩、设置在台车下方的出风管道、逻辑控制器和计算机软件系统，其特征在于，在烟气罩顶部等间距设有多组进气调节管，在进气调节管上端设有进气调节阀，在烟气罩内每组进气调节管的下方设有测氧表Ⅰ，在烟气罩内两组进气调节管之间的下方设有测氧表Ⅱ；所述的逻辑控制器与测氧表Ⅰ、测氧表Ⅱ和进气调节阀电性相连，所述的计算机软件系统与逻辑控制器电性相连；
所述的计算机软件系统包括含氧量主要调节单元、含氧量补偿调节单元和调节阀开度计算单元，所述的含氧量主要调节单元输入端与所述的逻辑控制器输出端连接，含氧量主要调节单元输出端与含氧量补偿调节单元输入端连接，含氧量补偿调节单元输出端与调节阀开度计算单元输入端连接，调节阀开度计算单元输出端与逻辑控制器输入端连接。
3.根据权利要求2所述的烧结机烟气罩内含氧量控制系统，其特征在于，所述的含氧量主要调节单元用于计算确定组合调节阀调节变量Hz，所述的含氧量补偿调节单元用于计算确定补偿调节所需参数；所述的调节阀开度计算单元计算确定调节阀开度值。
4.根据权利要求2所述的烧结机烟气罩内含氧量控制系统，其特征在于，进气调节管每两根为一组，共设有4～6组，各组等间距设置在烟气罩顶部。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN212457868U (zh) * | 2020-07-07 | 2021-02-02 | 中冶北方（大连）工程技术有限公司 | 一种烧结机烟气罩内含氧量控制系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |