CN113005249B - 一种煤粉喷吹稳定控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤粉喷吹稳定控制系统，属于高炉炼铁技术领域，本系统的硬件由喷吹罐上的补气调节阀、补压阀、罐压测定装置及电子秤重装置组成，软件由瞬时煤量运算段、罐压自动稳定段、煤量正玄波动调节段程序组成。本发明示例的煤粉喷吹稳定控制系统，依据高炉需求煤量数值，系统通过计算出的煤粉瞬时量与高炉需求煤量的比较，自动调整补气调节阀的阀门开度和罐压设定值，改变补气流量和罐压，进而实现对喷吹煤量的稳定自动调节。

Description

一种煤粉喷吹稳定控制系统

技术领域

本发明涉及高炉炼铁技术领域，特别是涉及一种煤粉喷吹稳定控制系统。

背景技术

高炉喷吹煤粉是节约炼铁冶炼成本、增加生铁产量、降低炼焦环境污染的重要手段之一。喷吹煤粉的稳定性和煤量的均匀性与否又会对高炉稳定产生很大的影响。目前，高炉喷煤一般采用喷吹罐罐底流化泵压补气式工艺向高炉喷煤；喷吹煤量的调整，一般采用调整补气流量和罐压的手段；由于煤粉喷吹过程中，煤量变化是一个大滞后变量，人工调整弊端较多，时机掌控很难及时准确。当前，煤粉喷吹系统大都已实现自动倒罐运行，但煤量的自动控制和稳定调整受限于对喷吹工艺的熟悉程度、程序控制的技术水平等原因，大都难以实现。而人工手动操作，经常出现煤量控制不准确及均匀性无法稳定的现象，给高炉生产的顺行造成了不利影响。

本煤粉喷吹稳定控制系统，根据多年的探索实践，利用已广泛应用的PLC控制系统，借助喷吹罐上的相关设备和检测参数，探索出煤量波动规律，通过编制符合实际工艺的运算及控制程序，自动调整喷吹罐罐压和补气流量调节阀门，可以实现煤粉喷吹的煤量稳定调节，促进喷吹煤量的准确和均匀性提升。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种煤粉喷吹稳定控制系统，利用PLC控制系统，依据工艺设备配置，通过软件开发，实现喷吹煤粉数量的自动控制，以替代目前的人工操作，提升喷吹煤量稳定及均匀性水平，促进高炉的稳定生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

提供了一种煤粉喷吹稳定控制系统，包括补气调节阀、补压阀、罐压测定装置及电子秤重装置，所述控制系统的控制方法包括：

瞬时煤量运算段：设定高炉需求小时煤量(L_SD)，利用电子称重装置在喷吹过程中的变化计算出瞬时煤量值，此值即为当前实际小时煤量(L_SH)；

罐压自动稳定段：罐压测定装置测定罐压当前值，当罐压当前值(P)＜罐压稳压下限值(P_XX)时，打开喷吹罐补压阀(V_BY)，气体进入喷吹罐内，罐压逐渐上升；当罐压当前值(P)＞罐压稳压上限值(P_SX)时，关闭喷吹罐补压阀(V_BY)，喷吹罐停止进气，罐压逐渐下降；

瞬时煤量控制段：判断当前实际小时煤量(L_SH)数值是否在高炉需求小时煤量(P_SD)±煤量调整死区偏差值(ΔL)的数值范围以内，当需要调整时，分别调整补气调节阀(V_BQ)的开度和喷吹罐的罐压设定值(P_SD)，使煤粉喷吹的当前实际小时煤量(L_SH)，稳定在高炉需求小时煤量(L_SD)允许的误差范围内。

进一步的，瞬时煤量运算段中，瞬时煤量值的计算方法为：在喷吹罐工作中，每1S采集喷吹罐上的电子称重值，形成10个间隔1S的变量(W---W9)(单位Kg)，计算出10S称重的差值(W9和W的差值ΔW)，再换算成一个小时的瞬时煤量值，即当前实际小时煤量(L_SH)。

进一步的，将当前实际小时煤量(L_SH)间隔1S分别送入瞬时煤量暂存变量L_SH1、瞬时煤量暂存变量L_SH2、瞬时煤量暂存变量L_SH3暂存变量暂存存储器中，用于瞬时煤量控制程序使用。

进一步的，瞬时煤量控制段中，间隔10S脉冲调整一次。

进一步的，若当前实际小时煤量(L_SH)数值在高炉需求小时煤量(P_SD)±煤量调整死区偏差值(ΔL)的数值范围以内，补气调节阀(V_BQ)和喷吹罐补压阀(V_BY)不做调整或动作。

进一步的，若当前实际小时煤量(L_SH)＞高炉需求小时煤量(L_SD)+煤量调整死区偏差值(ΔL)且瞬时煤量暂存变量(L_SH1)＞瞬时煤量暂存变量(L_SH3)，补气调节阀(V_BQ)阀位当前值(K)增加一次补气调节阀(V_BQ)阀位调整常数(ΔK)，罐压设定值(P_SD)减小一次罐压设定值补偿常数。

进一步的，若当前实际小时煤量(L_SH)＜高炉需求小时煤量(L_SD)-煤量调整死区偏差值(ΔL)和瞬时煤量暂存变量(L_SH1)＜瞬时煤量暂存变量(L_SH3)，补气调节阀(V_BQ)阀位当前值(K)减少一次补气调节阀(V_BQ)阀位调整常数(ΔK)，罐压设定值(P_SD)增加一次罐压设定值补偿常数(ΔP)。

进一步的，系统设置补气调节阀(V_BQ)阀位上下限保护值(K_SX、K_XX)和罐压设定上下限保护值(P_SDSX、P_SDXX)，当同时满足K＜K_XX、P＞P_SDSX或者，同时满足K＞K_SX、P＜P_SDXX时，系统判断为工艺出现问题，需转手动操作或停止喷吹处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明示例的煤粉喷吹稳定控制系统，利用煤量变化的近似正玄波曲线规律，分别在正玄波曲线中正区和负区的上升沿和下降沿四个区域，对补气流量和罐压实施不同的调节方法，减少了调节曲线的震荡幅度，避免了超调现象，从而提高了煤量喷吹的均匀性和稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明设备与参数逻辑示意图；

图2为本发明瞬时煤量运算流程图；

图3为本发明罐压自动稳定控制流程图；

图4为本发明瞬时煤量控制流程图；

图5为本发明瞬时煤量控制曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本实施例提供的一种煤粉喷吹稳定控制系统，系统硬件由喷吹罐上的补压阀、补气调节阀、罐压测定装置及电子秤重装置组成；软件由瞬时煤量运算段、罐压自动稳定段、煤量正玄波动调节段程序组成。依据高炉需求煤量数值，系统通过计算出的煤粉瞬时量与高炉需求煤量的比较，自动调整补气调节阀的阀门开度和罐压设定值，改变补气流量和罐压，进而实现对喷吹煤量的稳定自动调节。

如图1所示，该系统的控制设备和仪表参数由补气调节阀(V_BQ)、补压阀(V_BY)、电子称重(W)、喷吹罐罐压当前值(P)组成。利用电子称重(W)在喷吹过程中的变化运算出当前实际小时煤量(L_SH)，此数值与高炉需求小时煤量(L_SD)比较，分别调整补气调节阀(V_BQ)的开度和喷吹罐的罐压设定值(P_SD)，使煤粉喷吹的当前实际小时煤量(L_SH)，稳定在高炉需求小时煤量(L_SD)允许的误差范围内。

如图2所示，瞬时煤量运算参数由间隔1S的10个称重值(W---W9)、10S间隔的称重差值(ΔW)、当前实际小时煤量(L_SH)、瞬时煤量暂存变量(L_SH1、L_SH2、L_SH3)组成。喷吹罐工作中，每1S采集喷吹罐上的电子秤重值，形成10个间隔1S的变量(W---W9)(单位Kg),计算出W9和W的差值ΔW(10S称重的差值)，再换算成一个小时的瞬时煤量值(Kg/h)，此值即为换算后的当前实际小时煤量(L_SH)。然后将此值间隔1S分别送入L_SH1、L_SH2、L_SH3暂存存储器中，用于瞬时煤量控制程序使用。

如图3所示，罐压自动稳定控制程序运算参数由罐压当前值(P)、罐压设定值(P_SD)、罐压稳压偏差值(ΔP₁)、罐压稳压上限值(P_SX)、罐压稳压下限值(P_XX)组成。喷吹罐工作时，当罐压当前值(P)＜罐压稳压下限值(P_XX)时，打开喷吹罐补压阀(V_BY)，气体进入喷吹罐内,罐压逐渐上升。当罐压当前值(P)＞罐压稳压上限值(P_SX)时，关闭喷吹罐补压阀(V_BY)，喷吹罐停止进气，罐压逐渐下降。循环往复。随着煤粉喷吹的进行和补压阀(V_BY)的开与关，使罐压稳定在罐压稳压上限值(P_SX)和罐压稳压下限值(P_XX)之间，保持喷吹罐罐压的相对稳定。罐压稳压偏差值一般设置为±5KPa左右。

如图4、5所示，瞬时煤量控制程序运算参数由当前实际小时煤量(L_SH)、高炉需求小时煤量(L_SD)、滞后L_SH的1S、3S的瞬时煤量暂存变量(L_SH1、L_SH3)、煤量调整死区偏差值(ΔL)、罐压设定值(P_SD)、罐压设定值补偿常数(ΔP)、补气调节阀(V_BQ)的阀位当前值(K)、补气调节阀(V_BQ)阀位调整常数(ΔK)、补气调节阀(V_BQ)、阀位上下限保护值(K_SX、K_XX)、罐压设定上下限保护值(P_SDSX、P_SDXX)组成。本方案为间隔10s调整一次，投入自动后，当10S脉冲触发时，首先判断当前实际小时煤量(L_SH)数值是否在高炉需求小时煤量(L_SD)±煤量调整死区偏差值(ΔL)的数值范围以内，如在上述范围内，补气调节阀(V_BQ)和喷吹罐补压阀(V_BY)不做调整或动作。如不在上述范围内：1)当同时满足当前实际小时煤量(L_SH)＞高炉需求小时煤量(L_SD)+煤量调整死区偏差值(ΔL)且瞬时煤量暂存变量(L_SH1)＞瞬时煤量暂存变量(L_SH3)时(此时参数运行在控制曲线正区的上升沿)，补气调节阀(V_BQ)阀位当前值(K)增加一次补气调节阀(V_BQ)阀位调整常数(ΔK)，罐压设定值(P_SD)减小一次罐压设定值补偿常数(ΔP)，即增大补气调节阀(V_BQ)阀门开度同时降低罐压设定值(P_SD)，促使煤粉量向少的方向调整；2)当同时满足当前实际小时煤量(L_SH)＜高炉需求小时煤量(L_SD)-煤量调整死区偏差值(ΔL)和瞬时煤量暂存变量(L_SH1)＜瞬时煤量暂存变量(L_SH3)时(此时参数运行在控制曲线负区的下降沿)，补气调节阀(V_BQ)阀位当前值(K)减少一次补气调节阀(V_BQ)阀位调整常数(ΔK)，罐压设定值(P_SD)增加一次罐压设定值补偿常数(ΔP)，即降低补气调节阀(V_BQ)开度同时增大罐压设定值(P_SD)，促使煤粉量向多的方向调整。除此1)和2)项之外的条件，补气调节阀(V_BQ)阀位和罐压设定值(P_SD)都不做调整。等下一个10S脉冲再触发后，重复上述判断和动作。系统设置补气调节阀(V_BQ)阀位上下限保护值(K_SX、K_XX)和罐压设定上下限保护值(P_SDSX、P_SDXX)，以使补气调节阀(V_BQ)阀位和喷吹罐罐压运行在工艺允许的范围以内，当同时满足K＜K_XX、P＞P_SDSX或同时满足K＞K_SX、P＜P_SDXX时，系统判断为工艺出现问题，需转手动操作或停止喷吹处理。通过上述自动调整补气调节阀(V_BQ)阀位和喷吹罐罐压，使当前实际小时煤量(L_SH)能稳定在高炉需求小时煤量(L_SD)的正负允许误差范围以内，从而有效提高煤粉喷吹数量的均匀性和稳定性。

本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (1)

1.一种煤粉喷吹稳定控制系统，其特征在于，包括补气调节阀、补压阀、罐压测定装置及电子秤重装置，所述控制系统的控制方法包括：

瞬时煤量运算段：设定高炉需求小时煤量，利用电子称重装置在喷吹过程中的变化计算出瞬时煤量值，此值即为当前实际小时煤量L_SH；

罐压自动稳定段：罐压测定装置测定罐压当前值，当罐压当前值P＜罐压稳压下限值P_XX时，打开喷吹罐补压阀V_BY，气体进入喷吹罐内，罐压逐渐上升；当罐压当前值P＞罐压稳压上限值P_SX时，关闭喷吹罐补压阀V_BY，喷吹罐停止进气，罐压逐渐下降；

瞬时煤量控制段：判断当前实际小时煤量L_SH数值是否在高炉需求小时煤量L_SD±煤量调整死区偏差值ΔL的数值范围以内，当需要调整时，分别调整补气调节阀V_BQ的开度和喷吹罐的罐压设定值P_SD，使煤粉喷吹的当前实际小时煤量L_SH，稳定在高炉需求小时煤量L_SD允许的误差范围内；

瞬时煤量控制段中，间隔10S脉冲调整一次；

系统设置补气调节阀V_BQ阀位上下限保护值K_SX、K_XX和罐压设定上下限保护值P_SDSX、P_SDXX，当同时满足K＜K_XX、P＞P_SDSX，或者，同时满足K＞K_SX、P＜P_SDXX时，系统判断为工艺出现问题，需转手动操作或停止喷吹处理；

瞬时煤量运算段中，瞬时煤量值的计算方法为：在喷吹罐工作中，每1S采集喷吹罐上的电子称重值，形成10个间隔1S的变量，计算出10S称重的差值，再换算成一个小时的瞬时煤量值，即当前实际小时煤量；

将当前实际小时煤量间隔1S分别送入瞬时煤量暂存变量L_SH1、瞬时煤量暂存变量L_SH2、瞬时煤量暂存变量L_SH3暂存变量暂存存储器中，用于瞬时煤量控制程序使用；

若当前实际小时煤量L_SH＞高炉需求小时煤量L_SD+煤量调整死区偏差值ΔL且瞬时煤量暂存变量L_SH1＞瞬时煤量暂存变量L_SH3，补气调节阀V_BQ阀位当前值K增加一次补气调节阀V_BQ阀位调整常数ΔK，罐压设定值P_SD减小一次罐压设定值补偿常数；

若当前实际小时煤量L_SH＜高炉需求小时煤量L_SD-煤量调整死区偏差值ΔL和瞬时煤量暂存变量L_SH1＜瞬时煤量暂存变量L_SH3，补气调节阀V_BQ阀位当前值K减少一次补气调节阀V_BQ阀位调整常数ΔK，罐压设定值P_SD增加一次罐压设定值补偿常数ΔP。

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