CN113106177A - 基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法 - Google Patents

基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113106177A
CN113106177A CN202110383597.2A CN202110383597A CN113106177A CN 113106177 A CN113106177 A CN 113106177A CN 202110383597 A CN202110383597 A CN 202110383597A CN 113106177 A CN113106177 A CN 113106177A
Authority
CN
China
Prior art keywords
control device
conveying pipeline
blockage
coal conveying
pressure sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110383597.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113106177B (zh
Inventor
杨小兰
刘极峰
崔润�
洪磊
叶文旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN202110383597.2A priority Critical patent/CN113106177B/zh
Publication of CN113106177A publication Critical patent/CN113106177A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113106177B publication Critical patent/CN113106177B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/003—Injection of pulverulent coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/006—Automatically controlling the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/24—Test rods or other checking devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Air Transport Of Granular Materials (AREA)
  • Blast Furnaces (AREA)

Abstract

本发明公开了基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法，本方法在系统正常工作过程中，当输煤管道中出现煤粉聚积或者发生煤粉粘连情况时，输煤管道内存在摩擦上升，从而使出料口压力传感器采集的波形发生相位偏移，同时出料口的正弦波幅值下降；控制装置对采集到的下料口和出料口的压力数据曲线进行分析计算，以相量的方式计算出两个曲线的实部、虚部以及有效值，同时根据相量计算出两个曲线之间相位角；当获得的有效值和相位角均超过预定门限值时，判定为管道堵塞，控制装置控制喷吹系统进行排堵动作。本发明具有可靠性高，采集精度高，采样速率快，动作灵敏性高，可对输煤管道进行提前预判，堵塞排堵动作时间短等特点。

Description

基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法
技术领域
本发明涉及冶金环保的技术领域，尤其涉及基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法。
背景技术
高炉喷吹燃料(fuel injection into blast furnace)，将气体、液体或固体燃料通过专门的设备从风口喷入高炉，以取代高炉炉料中部分焦炭的一种高炉强化冶炼技术。
它可改善高炉操作，提高生铁产量，降低生铁成本。高炉连续铸钢炼铁是以冶金焦作为燃料和还原剂的，喷吹燃料在风口区的高温下转化为CO和H2，可以代替风口燃烧的部分焦炭，一般可取代20％～30％，高的可达50％。喷吹燃料已成为当代高炉降低焦比的主要措施。喷吹燃料还可以促进高炉采用高风温和富氧鼓风，这几项技术相结合，已成为强化高炉冶炼的重要途径。
然而，高炉喷吹由于管道中需要持续经过燃料，长时间使用后，不可避免的会产生一定的堵塞。现有喷吹系统中防堵排堵存在采集精度差，采样频率低，判断灵敏度不高。且对输煤管道发生堵塞进行排堵时响应速度慢，多数在通过率下降到20％的情况下才进行排堵动作。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置，包括输煤管道和喷吹系统，其中：输煤管道下料口安装下料口压力传感器，出料口安装出料口压力传感器，下料口压力传感器用于检测输煤管道下料口气压信号，出料口压力传感器用于检测输煤管道出料口气压信号，喷吹系统能向输煤管道下料口喷吹气体，提高输煤管道内气体流动速度，将输煤管道内积压的煤粉从出料口吹出，下料口压力传感器、出料口压力传感器和喷吹系统均与控制装置连接，控制装置能接收下料口压力传感器以及出料口压力传感器的信号，并根据信号控制喷吹系统运作。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的喷吹系统喷吹的气体为稳态正弦波形喷吹信号，下料口压力传感器和出料口压力传感器能接收该稳态正弦波形喷吹信号，并将信号传递至控制装置。
上述的控制装置为采用DSP与FPGA的数字处理器。
基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制方法，包括以下步骤：
步骤一、当输煤管道中无堵塞现象时，喷吹系统向输煤管道下料口施加一个稳态正弦波形喷吹信号，喷吹管道内煤粉的同时，该稳态正弦波形喷吹信号被下料口压力传感器和出料口压力传感器检测到并传递至控制装置，由于输煤管道内存在摩擦以及管道固有阻尼特性，出料口压力传感器采集的波形会相对于下料口压力传感器采集的波形发生一定的相位偏移，同时出料口的正弦波幅值会由于能量传输的损耗下降；
步骤二、控制装置对采集到的下料口和出料口的压力数据曲线进行分析计算，以相量的方式计算出两个曲线的实部、虚部以及有效值，同时根据相量计算出两个曲线之间的相位角；将该有效值和相位角补偿到差动算法中，使喷吹系统在正常工作时管道差动量为0；
步骤三、在系统正常工作过程中，当输煤管道中出现煤粉聚积或者发生煤粉粘连情况时，输煤管道内存在摩擦上升，从而使出料口压力传感器采集的波形发生相位偏移，同时出料口的正弦波幅值下降；
步骤四、控制装置对采集到的下料口和出料口的压力数据曲线进行分析计算，以相量的方式计算出两个曲线的实部、虚部以及有效值，同时根据相量计算出两个曲线之间相位角；
步骤五、当步骤四中获得的有效值和相位角均超过预定门限值时，判定输煤管道为管道堵塞状态，控制装置控制喷吹系统进行排堵动作。
步骤二和步骤四中，曲线的实部和虚部的计算方法为：
Figure BDA0003013966410000021
Figure BDA0003013966410000022
其中URn为相量的实部，UIn为相量的虚部，uk为FPGA的采样数据点值，N为5000HZ的采样点数，即每秒钟采集5000点数据，采样间隔是200μs。这里的n取值为1。
步骤五中，若步骤四中获得的有效值和相位角均超过预定门限值且差动时间持续50ms以上时，控制装置判定输煤管道为管道堵塞状态，若步骤四中获得的有效值和相位角均超过预定门限值但差动时间持续不足50ms时，控制装置判定为外部环境抖动不做任何动作。
步骤二和步骤四中，曲线的有效值的计算方法为：。
Figure BDA0003013966410000031
上述公式中Urms为有效值，UR和UI分别是实部和虚部。
步骤二和步骤四中，曲线的相位角的计算方法为：。
Figure BDA0003013966410000032
本发明提出一种采用DSP与FPGA为数字处理器，并运用基于差动增量式检测方法进行快速排堵响应的控制方法，检测输煤管道下料口和出料口的气压信号波形，根据所采集信号曲线数据进行幅值和移相计算处理，判定当前是否存在管道堵塞或者即将发生堵塞等提前预判。根据判断结果控制排堵风机动作，从而实现管道排堵目的。该判断方法具有可靠性高，采集精度高，采样速率快，动作灵敏性高，可对输煤管道进行提前预判，堵塞排堵动作时间短等特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
Figure BDA0003013966410000033
为下料口气压信号也是施加的喷吹压力信号，
Figure BDA0003013966410000034
为出料口气压信号；
图2是步骤一中下料口压力传感器采集的波形和出料口压力传感器采集的波形示意图，其中，虚线代表下料口压力传感器采集的波形，实线代表出料口压力传感器采集的波形，图中u代表时域采样信号压力值，τ代表时域时间值，ΔU是代表曲线采样点数据的幅值之差，Δθ代表两条信号去向的相位差值。
图3是步骤二中将该有效值和相位角补偿到差动算法中后两个曲线重叠的示意图；
图4是将波形曲线信号转变为相量信号的示意图，式中，从相量图上看出
Figure BDA0003013966410000035
和
Figure BDA0003013966410000036
相量是存在大小和角度差现象，
Figure BDA0003013966410000037
是两者相量计算差值。
图5是步骤五中，控制装置判定输煤管道是否堵塞的逻辑图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例的基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置，包括输煤管道和喷吹系统，其中：输煤管道下料口安装下料口压力传感器，出料口安装出料口压力传感器，下料口压力传感器用于检测输煤管道下料口气压信号，出料口压力传感器用于检测输煤管道出料口气压信号，喷吹系统能向输煤管道下料口喷吹气体，喷吹的气体为稳态正弦波形喷吹信号，下料口压力传感器和出料口压力传感器采用基于FPGA+DSP的高精度快速采样系统，采样率为5000HZ，两个传感器能接收该稳态正弦波形喷吹信号，并将信号传递至控制装置。正弦波形的幅值根据目标日喷吹效率可进行人工设定。
基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制方法，包括以下步骤：
步骤一、当输煤管道中无堵塞现象时，喷吹系统向输煤管道下料口施加一个稳态正弦波形喷吹信号，喷吹管道内煤粉的同时，该稳态正弦波形喷吹信号被下料口压力传感器和出料口压力传感器检测到并传递至控制装置，由于喷吹线路上存在摩擦以及气路或者管道固有阻尼等特性，出料口压力传感器采集的波形会相对于下料口压力传感器采集的波形发生一定的相位偏移，同时出料口的正弦波幅值会由于能量传输的损耗下降；状态如图2所示；
步骤二、控制装置对采集到的下料口和出料口的压力数据曲线进行分析计算，以相量的方式计算出两个曲线的实部、虚部以及有效值，同时根据相量计算出两个曲线之间的相位角；将该有效值和相位角补偿到差动算法中，使喷吹系统在正常工作时管道差动量为0；状态如图3所示；
步骤三、在系统正常工作过程中，当输煤管道中出现煤粉聚积或者发生煤粉粘连情况时，输煤管道内存在摩擦上升，从而使出料口压力传感器采集的波形发生相位偏移，同时出料口的正弦波幅值下降；
步骤四、控制装置对采集到的下料口和出料口的压力数据曲线进行分析计算，运用数学分析方法，将曲线信号转变成相量信号如图4所示，用傅里叶计算方法，根据DSP+FPGA的高速采样特点，以5000HZ的采样率去采集两个信号波形，并将采样值存储在DSP内部。利用积分算法求解出
Figure BDA0003013966410000041
任一相量的实部和虚部数据，并计算出相位角θ；
步骤五、当步骤四中获得的有效值和相位角均超过预定门限值时，判定输煤管道为管道堵塞状态，控制装置控制喷吹系统进行排堵动作。
步骤二和步骤四中，曲线的实部和虚部的计算方法为：
Figure BDA0003013966410000042
Figure BDA0003013966410000043
其中URn为相量的实部，UIn为相量的虚部，uk为FPGA的采样数据点值，N为5000HZ的采样点数，即每秒钟采集5000点数据，采样间隔是200μs。这里的n取值为1。
步骤五中，当系统根据软件算法判断出当前处于堵塞状态时，为了消除现场的采样抖动以及喷吹风机发生出力不足或者供电系统发生暂态波动时，有可能会导致输出的施加喷吹信号产生颠簸现象，因此在软件判断逻辑上增加动作出口防抖时间参数，这里可以设置为50ms。即当有效值和相位差满足差动判断条件，且差动时间持续50ms，则判断该状态为实际堵塞状态，否则就是外部环境抖动不做任何出口动作。
判定差动成立，软件判据如图5。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置，包括输煤管道和喷吹系统，其特征是：输煤管道下料口安装下料口压力传感器，出料口安装出料口压力传感器，所述的下料口压力传感器用于检测输煤管道下料口气压信号，所述的出料口压力传感器用于检测输煤管道出料口气压信号，喷吹系统能向输煤管道下料口喷吹气体，提高输煤管道内气体流动速度，将输煤管道内积压的煤粉从出料口吹出，所述的下料口压力传感器、出料口压力传感器和喷吹系统均与控制装置连接，所述的控制装置能接收下料口压力传感器以及出料口压力传感器的信号，并根据信号控制喷吹系统运作。
2.根据权利要求1所述的基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置，其特征是：所述的喷吹系统喷吹的气体为稳态正弦波形喷吹信号，所述的下料口压力传感器和出料口压力传感器能接收该稳态正弦波形喷吹信号，并将信号传递至控制装置。
3.根据权利要求1所述的基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置，其特征是：所述的控制装置为采用DSP与FPGA的数字处理器。
4.如权利要求1所述的基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置的控制方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤一、当输煤管道中无堵塞现象时，喷吹系统向输煤管道下料口施加一个稳态正弦波形喷吹信号，喷吹管道内煤粉的同时，该稳态正弦波形喷吹信号被下料口压力传感器和出料口压力传感器检测到并传递至控制装置，由于输煤管道内存在摩擦以及管道固有阻尼特性，出料口压力传感器采集的波形会相对于下料口压力传感器采集的波形发生一定的相位偏移，同时出料口的正弦波幅值会由于能量传输的损耗下降；
步骤二、控制装置对采集到的下料口和出料口的压力数据曲线进行分析计算，以相量的方式计算出两个曲线的实部、虚部以及有效值，同时根据相量计算出两个曲线之间的相位角；将该有效值和相位角补偿到差动算法中，使喷吹系统在正常工作时管道差动量为0；
步骤三、在系统正常工作过程中，当输煤管道中出现煤粉聚积或者发生煤粉粘连情况时，输煤管道内存在摩擦上升，从而使出料口压力传感器采集的波形发生相位偏移，同时出料口的正弦波幅值下降；
步骤四、控制装置对采集到的下料口和出料口的压力数据曲线进行分析计算，以相量的方式计算出两个曲线的实部、虚部以及有效值，同时根据相量计算出两个曲线之间相位角；
步骤五、当步骤四中获得的有效值和相位角均超过预定门限值时，判定输煤管道为管道堵塞状态，控制装置控制喷吹系统进行排堵动作。
5.根据权利要求4所述的基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制方法，其特征是：步骤二和步骤四中，曲线的实部和虚部的计算方法为：
Figure FDA0003013966400000021
Figure FDA0003013966400000022
其中URn为相量的实部，UIn为相量的虚部，uk为FPGA的采样数据点值，N为5000HZ的采样点数，即每秒钟采集5000点数据，采样间隔是200μs。这里的n取值为1。
6.根据权利要求5所述的基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制方法，其特征是：步骤五中，若步骤四中获得的有效值和相位角均超过预定门限值且差动时间持续50ms以上时，控制装置判定输煤管道为管道堵塞状态，若步骤四中获得的有效值和相位角均超过预定门限值但差动时间持续不足50ms时，控制装置判定为外部环境抖动不做任何动作。
根据权利要求5所述的基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制方法，其特征是：步骤二和步骤四中，曲线的有效值的计算方法为：
Figure FDA0003013966400000023
上述公式中Urms为有效值，UR和UI分别是实部和虚部。
7.根据权利要求5所述的基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制方法，其特征是：步骤二和步骤四中，曲线的相位角的计算方法为：
Figure FDA0003013966400000024
CN202110383597.2A 2021-04-09 2021-04-09 基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法 Active CN113106177B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110383597.2A CN113106177B (zh) 2021-04-09 2021-04-09 基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110383597.2A CN113106177B (zh) 2021-04-09 2021-04-09 基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113106177A true CN113106177A (zh) 2021-07-13
CN113106177B CN113106177B (zh) 2022-06-17

Family

ID=76715053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110383597.2A Active CN113106177B (zh) 2021-04-09 2021-04-09 基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113106177B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991009142A1 (en) * 1989-12-18 1991-06-27 Institut Kibernetiki Imeni V.M.Glushkova Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr System for measuring coal-powder fuel consumption during feeding to blast furnace tuyeres
JP2002121609A (ja) * 2000-08-10 2002-04-26 Nkk Corp 微粉炭の多量吹込みによる高炉操業方法
US20030066638A1 (en) * 2001-08-13 2003-04-10 Yuzhi Qu Devices using a medium having a high heat transfer rate
JP2007277630A (ja) * 2006-04-06 2007-10-25 Nippon Steel Corp 高炉への微粉炭の吹き込み制御方法
CN102698861A (zh) * 2012-05-31 2012-10-03 中冶南方工程技术有限公司 高炉制粉中速磨润滑保护控制系统
CN204594524U (zh) * 2015-03-18 2015-08-26 宝钢集团新疆八一钢铁有限公司 煤气流量测量系统中差压变送器的防堵塞保护装置
CN107043835A (zh) * 2017-04-05 2017-08-15 大峘集团有限公司 一种喷煤总管防堵塞装置及其工作方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991009142A1 (en) * 1989-12-18 1991-06-27 Institut Kibernetiki Imeni V.M.Glushkova Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr System for measuring coal-powder fuel consumption during feeding to blast furnace tuyeres
JP2002121609A (ja) * 2000-08-10 2002-04-26 Nkk Corp 微粉炭の多量吹込みによる高炉操業方法
US20030066638A1 (en) * 2001-08-13 2003-04-10 Yuzhi Qu Devices using a medium having a high heat transfer rate
JP2007277630A (ja) * 2006-04-06 2007-10-25 Nippon Steel Corp 高炉への微粉炭の吹き込み制御方法
CN102698861A (zh) * 2012-05-31 2012-10-03 中冶南方工程技术有限公司 高炉制粉中速磨润滑保护控制系统
CN204594524U (zh) * 2015-03-18 2015-08-26 宝钢集团新疆八一钢铁有限公司 煤气流量测量系统中差压变送器的防堵塞保护装置
CN107043835A (zh) * 2017-04-05 2017-08-15 大峘集团有限公司 一种喷煤总管防堵塞装置及其工作方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王勇等: "克莱德粉煤喷吹输送系统防堵塞装置技术改进", 《科技与创新》 *
苗辉: "浓相固体流量系统在安钢三号高炉的应用", 《中国仪器仪表》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113106177B (zh) 2022-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1316044C (zh) 转炉炼钢过程与终点控制系统
CN103966377B (zh) 高炉炉温在线检测采集系统及在线检测方法
CN109668625B (zh) 基于冷灰斗振动信号的锅炉落渣监测和控制方法
CN113106177B (zh) 基于差动式大型高炉喷吹系统防堵排堵控制装置及方法
CN203247283U (zh) 转炉炉口微压差测量装置
CN207891371U (zh) 一种用于转炉炉口微差压管道的高效清堵装置
CN204058518U (zh) 一种转炉下渣检测系统
CN102399935B (zh) 一种提高og法回收转炉煤气效果的装置及方法
CN210420008U (zh) 一种高炉铁口富氧装置
CN203846046U (zh) 高炉炉温在线检测采集系统
CN203551180U (zh) 一种转炉口微差压测量取压装置
CN201121195Y (zh) 高炉冶炼用风口动态测压装置
CN110453023B (zh) 一种高炉炉缸象脚侵蚀预防分析方法
CN113088590B (zh) 基于频谱分析的大型高炉喷吹系统智能防堵装置及方法
CN107543778A (zh) 一种检测高炉炉渣黏度的装置及方法
CN110345766B (zh) 燃气喷吹用罩顶风压式防逃逸系统及其控制方法
CN210945664U (zh) 高炉熔渣出渣量在线检测装置
CN208022901U (zh) 一种熔窑投料机推料铲保护装置
CN208476427U (zh) 一种检测精炼炉钢水包壳体温度的装置
CN102809366B (zh) 高炉风口中套偏移角度的测量方法
CN207362282U (zh) 一种带模糊预估补偿的转炉炉口微差压调节装置
JP2971336B2 (ja) 溶融金属精錬炉におけるスラグカット制御方法およびスラグカット装置
CN205088268U (zh) 高炉冷却水控制系统
CN117487975A (zh) 一种监测钒钛矿高炉铁水沟侵蚀的方法
CN216644260U (zh) 一种锅炉给煤密封风系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant