CN115466818A - 一种炼钢转炉汽包液位控制方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供的一种炼钢转炉汽包液位控制方法和设备，根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值计算当前测量周期的真实液位预测值，根据两次测量结果的差值、测量间隔以及所述汽包的蓄热系数计算虚假液位预测值，通过真实液位预测值和虚假液位预测值的差值运算结果调节汽包的调节阀，能够排除“虚假液位”的干扰，对汽包内液位进行稳定调节，以免汽包内液位过高或过低影响转炉的安全生产。
Description
技术领域
本申请涉及炼钢转炉技术领域，尤其涉及一种炼钢转炉汽包液位控制方法和设备。
背景技术
转炉是炼钢炉的一种，一般是可以倾动的圆筒状吹氧炼钢容器。其生产作业过程中会产生大量的热能，为了保证其能够正常安全的进行生产作业，需要通过冷却系统对其进行冷却。
目前，冷却系统中的汽化冷却方式因具有节能、节水以及高效等优点，而被广泛应用于转炉的冷却中，而在汽化冷却系统运行过程中的一个重要任务是通过调节给水量实现汽包内液位的稳定，目前多通过调节水-汽平衡的汽包来实现，但由于汽包是一个多因素高度耦合复杂的水—汽平衡系统，在其封闭期间，如压力出现较大的扰动，汽包内的热饱和水体会突然急剧释放大量饱和蒸汽，致使液体体积急剧膨胀，水位飙升，由于此时的水位并不能真实反映汽包内的水量情况，因此称之为“虚假液位”，给液位稳定控制带来很大困难，严重时甚至影响转炉安全生产。
传统的解决方法是增加蒸汽流量和补水流量前馈，以补偿其对水位的影响，通常由经验老到的技术人员手动进行操作，难以把握其规律，局限性较大。
发明内容
本申请实施例提供了一种炼钢转炉汽包液位控制方法和设备，能够对虚假液位进行预测，再结合实际测量的汽包的液位值，从而计算得出一个调节值，根据该调节值调节汽包的调节阀，能够使汽包内液位维持在较为稳定的状态。
本申请实施例一方面提供一种炼钢转炉汽包液位控制方法，所述控制方法包括：
根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值计算当前测量周期的真实液位预测值；
间隔一定时间测量两次所述汽包内的压力值；
根据两次测量结果的差值、测量间隔以及所述汽包的蓄热系数计算虚假液位预测值；
将所述真实液位预测值和所述虚假液位预测值进行差值运算；
根据所述差值运算的结果调节所述汽包的调节阀。
在一种可行的实现方式中，所述根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值计算当前测量周期的真实液位预测值，包括：
根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值和第一常数得到第一预测值；
根据第一预测值和上一相邻测量周期的真实液位预测值，得到当前测量周期的真实液位预测值。
在一种可行的实现方式中，所述第一常数根据所述汽包内水的密度和蒸汽的密度的差值和所述汽包内水汽分界面面积所得。
在一种可行的实现方式中，所述根据两次测量结果的差值、测量间隔以及所述汽包的蓄热系数计算当前测量周期的虚假液位预测值，包括：
根据单位时间内的转炉烟道冷却系统吸热量和所述汽包的蓄热系数以及所述汽包内的压力值的两次测量结果的差值得到第二预测值；
根据第二预测值和第二常数得到第三预测值；
根据第三预测值和上一相邻测量周期的虚假液位预测值，得到当前测量周期的虚假液位预测值。
在一种可行的实现方式中，所述第二常数根据所述汽包内水汽分界面面积、所述汽包内水的密度、所述汽包的冷却管的长度、所述冷却管内水流速度、蒸汽比焓和饱和液体比焓所得。
在一种可行的实现方式中，所述将所述真实液位预测值和所述虚假液位预测值进行差值运算；根据所述差值运算的结果调节所述汽包的调节阀时：
将所述真实液位预测值与所述汽包的液位设定值进行差值运算，得到第一差值；
再将第一差值与所述虚假液位预测值进行差值运算，得到第二差值；
根据第二差值调节所述汽包的调节阀。
在一种可行的实现方式中，所述将第一差值与所述虚假液位预测值进行差值运算前：
对所述第一差值进行PID算法调节；
对所述虚假液位预测值进行PID算法调节。
在一种可行的实现方式中，所述所述真实液位预测值定期进行校正，校正时，将上一相邻测量周期的真实液位预测值替换为所述汽包内液位检测值。
本申请实施例另一方面提供一种炼钢转炉汽包液位控制设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如上述炼钢转炉汽包液位控制方法的操作。
本申请实施例提供的一种炼钢转炉汽包液位控制方法，通过真实液位预测值和虚假液位预测值的差值运算结果调节汽包的调节阀，能够排除“虚假液位”的干扰，对汽包内液位进行稳定调节，以免汽包内液位过高或过低影响转炉的安全生产。
附图说明
图1是本申请一实施例提供的汽包液位随时间变化的示意图；
图2是本申请一实施例提供的炼钢转炉汽包液位控制方法的流程示意图；
图3是本申请一实施例提供的真实液位预测值的计算示意图；
图4是本申请一实施例提供的虚假液位预测值的计算示意图；
图5是本申请一实施例提供的炼钢转炉汽包液位控制方法的实施示意图；
图6是本申请一实施例提供的炼钢转炉汽包液位控制设备的结构示意图。
附图标记说明：
100-汽包；200-调节阀；300-第一调节器；400-第二调节器；500-测量单元；600-选择开关；
402-处理器；404-通信接口；406-存储器；408-通信总线；410-程序。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
汽包100内压力出现较大扰动时，汽包100内的热饱和水体会急剧释出大量饱和蒸汽，致使汽包100内水的体积急剧膨胀，水位飙升，但此时的水位不能真实反映汽包100内的水量，这时往往通过增加蒸汽流量和补水流量前馈的方式来补偿对水位的影响，但多依靠技术人员的经验进行操作，无法准确把握汽包100内的实际水位，局限性较大。
本申请从计算汽包100内的实际水位这一角度切入，计算得出真实液位预测值和虚假液位预测值，并根据这两个预测值调节汽包100的调节阀200阀位，通过计算的方式能够排除经验所带来的不确定性，从而实现对汽包100内液位的稳定调节。
汽包100内压力无明显变化时，为水—汽平衡状态，液位维持稳定。此时如果汽包100的蒸汽放散阀开启，蒸汽输出量出现阶跃式上升，汽包100内液位变化如图1所示，其中，曲线1反映了给水量不变而汽包100蒸汽输出量增加产生的液位变化，液位以一定的斜率直线下降；曲线2反映了因蒸汽放散导致汽包100内压力降低，液位以下部分的饱和水发生汽化，水中的含汽量急剧增加，水汽混合物膨胀而导致的液位上升；曲线3反映了在上述工况下，实际测量的汽包100内液位随时间变化的关系。
基于以上机理分析，本申请实施例提供真实液位的预测方法和虚假液位的液位方法，并根据以上两者对汽包100的液位进行自动调节。
图2是本申请一实施例提供的炼钢转炉汽包液位控制方法的流程示意图。参照图2所示，本申请实施例提供一种炼钢转炉汽包液位控制方法，包括：
S100：根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值计算当前测量周期的真实液位预测值；
汽包100内液位的变化率通过如下公式表示：
式(1)中，l1是汽包100内的真实液位，单位是m，W是给水量，单位是kg/s；G是蒸汽流量，单位是kg/s；ρ是汽包100内水的密度，单位是kg/m3；ρ'是汽包100内蒸汽的密度，单位是kg/m3；F是汽包100内水汽分界面面积，单位是m2。
式(1)中，W和G的数值通过流量计实际测量得到，在汽包100的实际运行过程中，ρ、ρ'和F的变化很小，可以忽略不计，可以将以上三者看做一个常数，从而将式(1)简化为：
由式(2)可知，真实水位的变化和汽包100内的水汽不平衡程度成线性关系。根据图1所示的机理分析可知，曲线1和3在稳定之后的斜率是相同的，因此可以通过实际测量的液位数据进行回归分析得到曲线稳定段的斜率，进而确定参数K1的值。
在一些示例中，根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值计算当前测量周期的真实液位预测值，包括：
根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值和第一常数得到第一预测值；
根据第一预测值和上一相邻测量周期的真实液位预测值，得到当前测量周期的真实液位预测值。
在一些示例中，第一常数根据汽包100内水的密度和蒸汽的密度的差值和汽包100内水汽分界面面积所得。
需要说明的是，K1即为第一常数。
图3是本申请一实施例提供的真实液位预测值的计算示意图，参照图3所示，l1i不断进行迭代，最终输出真实液位l1。
为实现自动化运算，对式(2)采用离散化的方法得到如下公式：
l1i＝l1(i-1)+K1(W-G)Δt (3)
式(3)中，l1i是第i个测量周期的真实液位预测值；l1(i-1)是第i-1个测量周期的真实液位预测值，当i＝1时，l1(i-1)是汽包100内的液位检测值；Δt是汽包100内的压力值的两次测量的间隔。
需要说明的是，K1(W-G)Δt即为第一预测值。
S200：间隔一定时间测量两次汽包100内的压力值；
需要说明的是，压力值选取汽包100内压力平稳时刻的测量值，即汽包100的蒸汽放散阀开启之前对汽包100内压力进行测量。
示例性地，通过测量单元500测量汽包100内的液位检测值并在选择开关600闭合时将液位检测值输入式(3)中，测量单元500包括液位检测传感器和变送器，液位检测传感器用于测量汽包100内的液位检测值，液位检测传感器电性连接变送器，变送器用于将液位检测传感器的输出信号转变为可被识别的信号后输入式(3)中。
S300：根据两次测量结果的差值、测量间隔以及所述汽包100的蓄热系数计算虚假液位预测值；
在一些示例中，根据两次测量结果的差值、测量间隔以及汽包100的蓄热系数计算当前测量周期的虚假液位预测值，包括：
根据单位时间内的转炉烟道冷却系统吸热量和汽包100的蓄热系数以及汽包100内的压力值的两次测量结果的差值得到第二预测值；
根据第二预测值和第二常数得到第三预测值；
根据第三预测值和上一相邻测量周期的虚假液位预测值，得到当前测量周期的虚假液位预测值。
在一些示例中，第二常数根据汽包100内水汽分界面面积、汽包100内水的密度、汽包100的冷却管的长度、冷却管内水流速度、蒸汽比焓和饱和液体比焓所得。
图4是本申请一实施例提供的虚假液位预测值的计算示意图，参照图4所示，l2i不断进行迭代，最终输出虚假液位l2。
虚假液位是由汽包100压力和吸热量变化导致的液体体积短时间内急剧变化所产生的，其影响因素复杂且成非线性特点，其具体公式如下：
式(4)中，l2是汽包100内的虚假液位，由式(4)可知，虚假液位的变化率与汽包100冷却管长度L、冷却管内水流速度s、汽包100内汽液分界面面积F、饱和水密度ρ、蒸汽比焓hg、饱和液体比焓hw、转炉烟道冷却系统吸热量Q、汽包100蓄热系数C以及汽包100压力p等多项因素有关，实际应用中式(4)可以简化为：
式(5)中，l2是汽包100内的虚假液位；
为非线性系数，即第二常数；
即单位时间内的转炉烟道冷却系统吸热量，C的单位是KJ/Mpa，对式(5)采用离散化的方法得到如下公式：
式(6)中，l2i是第i个测量周期的虚假液位预测值；l2(i-1)是第i-1个测量周期的虚假液位预测值，当i＝1时，l2(i-1)是汽包100内的液位检测值；Δp是汽包100内的压力值的两次测量结果的差值；Δt是汽包100内的压力值的两次测量的间隔。
需要说明的是，
即为第二预测值。
S400：将真实液位预测值和虚假液位预测值进行差值运算；
S500：根据差值运算的结果调节汽包100的调节阀200。
本申请实施例提供的一种炼钢转炉汽包液位控制方法，通过真实液位预测值和虚假液位预测值的差值运算结果调节汽包100的调节阀200，不再依靠工人经验，能够排除“虚假液位”的干扰，对汽包100内液位进行稳定调节，以免汽包100内液位过高或过低影响转炉的安全生产。
图5是本申请一实施例提供的炼钢转炉汽包液位控制方法的实施示意图，参照图5所示，在一些示例中，将真实液位预测值和虚假液位预测值进行差值运算；根据差值运算的结果调节汽包100的调节阀200时：
考虑到汽包100给水量与蒸汽量的平衡，将真实液位预测值与汽包100的液位设定值SP进行差值运算，得到第一差值；
再将第一差值与虚假液位预测值进行差值运算，得到第二差值；
根据第二差值调节汽包100的调节阀200。
在一些示例中，将第一差值与虚假液位预测值进行差值运算前：
对第一差值进行PID算法调节；
示例性地，选择位置式PID调节算法。
对虚假液位预测值进行PID算法调节；
在其他示例中，也可选择带有死区及限幅的比例调节方式。
在一些示例中，所述真实液位预测值定期进行校正，校正时，将上一相邻测量周期的真实液位预测值替换为汽包100内液位检测值。
上述实施方式能够防止误差累计，从而避免误差较大导致调节阀200的过量调节，更有利于汽包100内的液位稳定。
图6是本申请一实施例提供的炼钢转炉汽包液位控制设备的实施例的结构示意图，本申请实施例并不对炼钢转炉汽包液位控制设备的具体实现做限定。
参照图6所示，该炼钢转炉汽包液位控制设备可以包括：处理器(processor)402、通信接口(Communications Interface)404、存储器(memory)406、以及通信总线408。
其中：处理器402、通信接口404、以及存储器406通过通信总线408完成相互间的通信。通信接口404，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器402，用于执行程序410，具体可以执行上述炼钢转炉汽包液位控制方法实施例中的相关步骤。
具体地，程序410可以包括程序代码，该程序代码包括计算机可执行指令。
处理器402可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。所述控制设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。
存储器406，用于存放程序410。存储器406可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
程序410具体可以被处理器402调用使所述控制设备执行以下操作：
根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值计算当前测量周期的真实液位预测值；
间隔一定时间测量两次汽包100内的压力值；
根据两次测量结果的差值、测量间隔以及所述汽包100的蓄热系数计算虚假液位预测值；
将真实液位预测值和虚假液位预测值进行差值运算；
根据差值运算的结果调节汽包100的调节阀200。
在一些示例中，根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值计算当前测量周期的真实液位预测值，包括：
根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值和第一常数得到第一预测值；
根据第一预测值和上一相邻测量周期的真实液位预测值，得到当前测量周期的真实液位预测值。
在一些示例中，第一常数根据汽包100内水的密度和蒸汽的密度的差值和所述汽包100内水汽分界面面积所得。
在一些示例中，根据两次测量结果的差值、测量间隔以及汽包100的蓄热系数计算当前测量周期的虚假液位预测值，包括：
根据单位时间内的转炉烟道冷却系统吸热量和汽包100的蓄热系数以及汽包100内的压力值的两次测量结果的差值得到第二预测值；
根据第二预测值和第二常数得到第三预测值；
根据第三预测值和上一相邻测量周期的虚假液位预测值，得到当前测量周期的虚假液位预测值。
在一些示例中，第二常数根据汽包100内水汽分界面面积、汽包100内水的密度、汽包100的冷却管的长度、冷却管内水流速度、蒸汽比焓和饱和液体比焓所得。
在一些示例中，将真实液位预测值和虚假液位预测值进行差值运算；根据差值运算的结果调节汽包100的调节阀200时：
考虑到汽包100给水量与蒸汽量的平衡，将真实液位预测值与汽包100的液位设定值SP进行差值运算，得到第一差值；
再将第一差值与虚假液位预测值进行差值运算，得到第二差值；
根据第二差值调节汽包100的调节阀200。
在一些示例中，将第一差值与虚假液位预测值进行差值运算前：
对第一差值进行PID算法调节；
示例性地，选择位置式PID调节算法。
对虚假液位预测值进行PID算法调节；
在其他示例中，也可选择带有死区及限幅的比例调节方式。
在一些示例中，所述真实液位预测值定期进行校正，校正时，将上一相邻测量周期的真实液位预测值替换为汽包100内液位检测值。
本申请实施例提供的一种炼钢转炉汽包液位控制设备，通过真实液位预测值和虚假液位预测值的差值运算结果调节汽包100的调节阀200，不再依靠工人经验，能够排除“虚假液位”的干扰，对汽包100内液位进行稳定调节，以免汽包100内液位过高或过低影响转炉的安全生产。
容易理解的是，本领域技术人员在本申请提供的几个实施例的基础上，可以对本申请的实施例进行结合、拆分、重组等得到其他实施例，这些实施例均没有超出本申请的保护范围。
以上的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种炼钢转炉汽包液位控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值计算当前测量周期的真实液位预测值；
间隔一定时间测量两次所述汽包内的压力值；
根据两次测量结果的差值、测量间隔以及所述汽包的蓄热系数计算虚假液位预测值；
将所述真实液位预测值和所述虚假液位预测值进行差值运算；
根据所述差值运算的结果调节所述汽包的调节阀。
2.根据权利要求1所述的炼钢转炉汽包液位控制方法，其特征在于，所述根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值计算当前测量周期的真实液位预测值，包括：
根据单位时间内的给水量和蒸汽流量的差值和第一常数得到第一预测值；
根据第一预测值和上一相邻测量周期的真实液位预测值，得到当前测量周期的真实液位预测值。
3.根据权利要求2所述的炼钢转炉汽包液位控制方法，其特征在于，所述第一常数根据所述汽包内水的密度和蒸汽的密度的差值和所述汽包内水汽分界面面积所得。
4.根据权利要求1-3任一项所述的炼钢转炉汽包液位控制方法，其特征在于，所述根据两次测量结果的差值、测量间隔以及所述汽包的蓄热系数计算当前测量周期的虚假液位预测值，包括：
根据单位时间内的转炉烟道冷却系统吸热量和所述汽包的蓄热系数以及所述汽包内的压力值的两次测量结果的差值得到第二预测值；
根据第二预测值和第二常数得到第三预测值；
根据第三预测值和上一相邻测量周期的虚假液位预测值，得到当前测量周期的虚假液位预测值。
5.根据权利要求3所述的炼钢转炉汽包液位控制方法，其特征在于，所述第二常数根据所述汽包内水汽分界面面积、所述汽包内水的密度、所述汽包的冷却管的长度、所述冷却管内水流速度、蒸汽比焓和饱和液体比焓所得。
6.根据权利要求1-3任一所述的炼钢转炉汽包液位控制方法，其特征在于，所述将所述真实液位预测值和所述虚假液位预测值进行差值运算；根据所述差值运算的结果调节所述汽包的调节阀时：
将所述真实液位预测值与所述汽包的液位设定值进行差值运算，得到第一差值；
再将第一差值与所述虚假液位预测值进行差值运算，得到第二差值；
根据第二差值调节所述汽包的调节阀。
7.根据权利要求6所述的炼钢转炉汽包液位控制方法，其特征在于，所述将第一差值与所述虚假液位预测值进行差值运算前：
对所述第一差值进行PID算法调节；
对所述虚假液位预测值进行PID算法调节。
8.根据权利要求2所述的炼钢转炉汽包液位控制方法，其特征在于，所述真实液位预测值定期进行校正，校正时，将上一相邻测量周期的真实液位预测值替换为所述汽包内液位检测值。
9.一种炼钢转炉汽包液位控制设备，其特征在于，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如权利要求1-8任意一项所述的炼钢转炉汽包液位控制方法的操作。
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