CN203068995U

CN203068995U - 集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统

Info

Publication number: CN203068995U
Application number: CN 201320025996
Authority: CN
Inventors: 卢秀和; 张斌; 谭丽
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2023-01-17

Abstract

集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统属于矿热炉净化技术领域，该控制系统包括炉膛压力传感器、解耦控制器、温度传感器、流量传感器、煤气压力传感器、V/θ变换器、喉口位置调节机构、第一V/I变换器、第一PI调节器、角位移传感器、第二V/I变换器、第二PI调节器、回流阀调节机构、第三V/I变换器和第三PI调节器。本实用新型的控制系统采用多点参数检测处理、变换通信、炉口微差压闭环控制等功能，实现了矿热炉的煤气净化回收过程的有效控制，并提高了煤气回收率，节约能源。

Description

集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统

技术领域

本实用新型属于矿热炉净化技术领域，涉及一种集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统。

背景技术

转炉、矿热炉等电炉是钢铁企业的主要生产设备，以矿热炉为例，伴随着炉内氧化还原反应的进行，将不断地产生大量的高温含尘炉烟气，据测算，每生产一吨高碳铬铁就将产生烟气量达965m³左右，其主要成份含有CO、CO₂、CH₄、H₂等可燃气体。炉煤气净化回收处理一般有干法和湿法两种方式，但因干法在除尘工艺上尚存在一些技术难点和布袋堵塞再生困难以及安全防爆等问题，所以目前国外还没有企业应用，国内也只有少数几家铁合金企业进行尝试性应用。湿法一般采用“两塔一文”或“多塔多文”的工艺流程，通过对炉煤气收集、粗除尘、雾化冷却、喷淋精除尘、降温脱水、成份调比、加压存储等净化处理，来实现煤气的回收利用。

但是，现有的煤气净化回收处理过程存在炉口微差压、含尘量、温度、含水量、成份比以及流量等关键参数的控制不精确，除尘效果不理想，煤气回收率低等缺陷。

实用新型内容

为了解决现有煤气净化回收处理过程存在关键参数控制不精确、除尘效果不理想、煤气回收率低的技术问题，本实用新型提出一种集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统，该系统基于现代自动控制理论，构建炉口微差压、含尘量、温度、含水量、成份比以及流量等关键参数的闭环控制系统，能够对炉煤气进行有效的回收和净化处理，煤气回收率高，大大减少了烟尘的排放量，净化了环境。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案如下：

集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统包括：炉膛压力传感器、解耦控制器、温度传感器、流量传感器、煤气压力传感器、V/θ变换器、喉口位置调节机构、第一V/I变换器、第一PI调节器、角位移传感器、第二V/I变换器、第二PI调节器、回流阀调节机构、第三V/I变换器和第三PI调节器；所述温度传感器和流量传感器分别与解耦控制器连接，解耦控制器与V/θ变换器连接，第一PI调节器与第一V/I变换器连接，第一V/I变换器与喉口位置调节机构连接，第二PI调节器与第二V/I变换器连接，第二V/I变换器与回流阀调节机构连接，第三PI调节器与第三V/I变换器连接，第三V/I变换器与回流阀调节机构连接；炉膛压力传感器用于检测矿热炉炉膛的压力P_t，煤气压力传感器用于检测矿热炉出口煤气的压力P_m，将炉口微差压给定值ΔP作为目标控制量，以炉膛压力和出口煤气压力的差值P_t-P_m作为反馈量，进行差值运算得到的压力值输入解耦控制器；温度传感器用于检测矿热炉风机出口的净化煤气实际温度，并将温度检测值输入解耦控制器；流量传感器用于检测供给矿热炉加压机的实际流量，并将流量检测值输入解耦控制器；解耦控制器根据接收到的压力值、温度值、流量值进行模糊运算处理后，输出电压调节控制信号U_P给V/θ变换器，V/θ变换器将接收的电压调节控制信号U_P转换为矿热炉的文氏管喉口位置信号给定量θ_g；角位移传感器用于检测文氏管喉口的实际位置θ_f，将文氏管喉口位置信号给定量θ_g与文氏管喉口的实际位置θ_f作差得到的偏差值Δθ，经过第一PI调节器与第一V/I变换器处理后，得到的电流模拟量输入给喉口位置调节机构，喉口位置调节机构根据接收到的电流模拟量对文氏管的喉口位置进行控制；将温度传感器检测到的净化煤气实际温度T_f与入柜的煤气温度给定值T^*作差得到的偏差值ΔT，经过第二PI调节器与第二V/I变换器处理后，得到的电流模拟量输入给回流阀调节机构，回流阀调节机构根据接收到的电流模拟量对回流阀的开度进行控制；将流量传感器检测到的供给加压机的实际流量Q_f与产出煤气的最佳流量值Q^*作差得到的偏差值ΔQ，经过第三PI调节器与第三V/I变换器处理后，得到的电流模拟量输入给矿热炉罗茨风机的回流阀调节机构，回流阀调节机构根据接收到的电流模拟量对罗茨风机回流阀的开度进行控制。

本实用新型的有益效果如下：

1、能够对多点参数进行检测与变换：根据煤气净化处理工艺的要求，实现了对四台矿热炉的煤气净化回收系统中多点压力、温度、文氏管喉口位置、罗茨风机出口压力、风机工作状态、回流阀开度、流量等80个参数的在线检测，并考虑检测精度和变换信号模式的统一，对在线仪表统一升级。

2、采用上下位机结构实现了异地信息通讯：由设置在风机房的下位机对四台矿热炉的加压储存环节信息进行集中采集和转换处理，之后通过RS485以及通讯中继器与控制室的上位机进行交互式的异地串行通讯。

3、采用解耦控制器实现炉口的微差压闭环控制：建立单台矿热炉的炉膛压力、炉口压力即微差压与文氏管喉口位置的数学模型，并优化处理了集群矿热炉之间的参数耦合关系，综合考虑后级温度、含水量、压力、流量等控制环节的需求，采用现代的自动控制理论，设计了微差压的PI调节器，并构建了微差压控制在0~士20Pa范围内的煤气净化回收闭环控制系统。

4、能够对集群矿热炉净化过程的参数进行显示和记录，对四台矿热炉群控的煤气净化回收过程进行监控，具有数据报表、历史数据查询、故障追踪、实时数据显示、运行工况分析以及越限报警等功能。

附图说明

图1是本实用新型的四台集群式封闭矿热炉煤气回收净化处理系统结构示意图。

图2是本实用新型集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明如下。

如图1所示，集群式封闭矿热炉煤气回收净化处理系统包括多点信息采集、数据变换处理、处理器及串行通讯、输出控制四个功能环节，如下：

（1）多点信息采集环节

集群矿热炉分为101#-104#四套，每台矿热炉分别设置了温度（8路）、压力（5路）、压力差（3路）、水位（2路）、流量（1路）、风机工作状态（1路）等五大类20个信号采集点，分别采用温度、压力、水位、流量、电流以及电压类传感器进行检测，之后由20个HA-21变换器，转换成4-20mA标准的两路电流信号输出，其中一路输出接当地WP-C803-22系列显示仪表，另一路送往下一级数据变换处理环节。

（2）数据变换处理环节

由HA-21变换输出的模拟电流信号经I/V变换器形成电压信号，之后由隔离变压器、RLC滤波器进行隔离和滤波处理，处理后再由PCI-8310A/D采集卡转换成数字信号送入上下位机的CPU，最后输出的控制量经PCI-8327输出模块转换成模拟量分别于系统执行环节相连接。

（3）处理器及串行通讯环节

由IPC-610H和IPC-610/586分别组成系统的主从式处理器结构形式，上下位机之间采用基于RS485加ADAM-4570通讯中继器的网络化异地数据通讯交换模式。

（4）输出控制环节

上位机负责微差压和文氏管喉口位置的控制输出；下位机负责回流阀和煤气流量调节阀的控制输出，其控制信号经D/A转换后，施加于对应的执行控制器，通过执行机构来完成对应量的闭环调节控制功能。

如图2所示，本实用新型的集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统包括：炉膛压力传感器（采用上海自动化仪表四厂的PANTHER2000T600型压力传感器）、解耦控制器（采用研华工控的IPC-610/586型控制器）、温度传感器（采用浙江仪表公司的WP-Z40型传感器）、流量传感器（采用西安中星博纳自动化设备有限公司的BN-WJ型传感器）、煤气压力传感器（采用上海自动化仪表四厂的PANTHER2000T600型压力传感器）、V/θ变换器（采用中西远大科技有限公司的TMZ1-NSRA型变换器）、喉口位置调节机构（采用北京嘉捷汉华机电设备有限公司的R-D型调节机构）、第一V/I变换器（采用北京华德世纪科技发展有限公司的HA211型变换器）、第一PI调节器（采用吉林市驰恒工贸有限责任公司的WP-D835-062-AA型调节器）、角位移传感器（采用北京正开仪器有限公司的MCW-J型传感器）、第二V/I变换器（采用北京华德世纪科技发展有限公司的HA211型变换器）、第二PI调节器（采用吉林市驰恒工贸有限责任公司的WP-D835-062-AA型调节器）、回流阀调节机构（采用上海远一阀门制造有限公司的DN150型回流阀调节机构）、第三V/I变换器（采用北京华德世纪科技发展有限公司的HA211型变换器）和第三PI调节器（采用吉林市驰恒工贸有限责任公司的WP-D835-062-AA型调节器）。

本实用新型集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统分为微差压、喉口位置、回流阀开度以及流量闭环控制四个子系统，如下：

（1）炉口微差压控制

由微差压给定值ΔP作为目标控制量，以炉膛压力和出口煤气压力的差值（P_t-P_m）作为反馈量，进行差值运算，之后输入解耦控制器，参考后级温度和流量等检测值作为模糊判决条件，决定解耦控制器输出的调节控制信号U_P，再经V/θ变换器最终作为下一级文氏管喉口位置调节环节的控制给定量θ_g。

（2）文氏管喉口位置控制

以θ_g为喉口位置调节环节的给定量，通过检测实际喉口位置θ_f，偏差值Δθ经第一PI调节器和第一V/I变换器，最终以电流模拟量的形式施加喉口位置调节执行机构，实现文氏管喉口位置的闭环调节控制。

（3）回流阀开度控制

以准许入柜的煤气允许温度为给定值T^*，通过检测风机出口的净化煤气实际温度T_f，偏差值ΔT经过第二PI调节器和第二V/I变换器，最终以电流模拟量的形式施加回流阀调节执行机构，实现回流阀开度的闭环调节控制，从而实现出口煤气温度的终点控制。

（4）煤气流量控制

综合物料品质和生产品种，综合设定单位时间产出煤气的最佳流量值Q^*，通过检测供给加压机的实际流量Q_f，偏差值ΔQ经过第三PI调节器和第三V/I变换器，最终以电流模拟量的形式施加旁路于罗茨风机的小回流阀调节执行机构，实现煤气流量的闭环调节控制。

Claims

1.集群矿热炉煤气净化回收系统的控制系统，其特征在于，该控制系统包括炉膛压力传感器、解耦控制器、温度传感器、流量传感器、煤气压力传感器、V/θ变换器、喉口位置调节机构、第一V/I变换器、第一PI调节器、角位移传感器、第二V/I变换器、第二PI调节器、回流阀调节机构、第三V/I变换器和第三PI调节器；所述温度传感器和流量传感器分别与解耦控制器连接，解耦控制器与V/θ变换器连接，第一PI调节器与第一V/I变换器连接，第一V/I变换器与喉口位置调节机构连接，第二PI调节器与第二V/I变换器连接，第二V/I变换器与回流阀调节机构连接，第三PI调节器与第三V/I变换器连接，第三V/I变换器与回流阀调节机构连接；

炉膛压力传感器用于检测矿热炉炉膛的压力P_t，煤气压力传感器用于检测矿热炉出口煤气的压力P_m，将炉口微差压给定值ΔP作为目标控制量，以炉膛压力和出口煤气压力的差值P_t-P_m作为反馈量，进行差值运算得到的压力值输入解耦控制器；温度传感器用于检测矿热炉风机出口的净化煤气实际温度，并将温度检测值输入解耦控制器；流量传感器用于检测供给矿热炉加压机的实际流量，并将流量检测值输入解耦控制器；解耦控制器根据接收到的压力值、温度值、流量值进行模糊运算处理后，输出电压调节控制信号U_P给V/θ变换器，V/θ变换器将接收的电压调节控制信号U_P转换为矿热炉的文氏管喉口位置信号给定量θ_g；

角位移传感器用于检测文氏管喉口的实际位置θ_f，将文氏管喉口位置信号给定量θ_g与文氏管喉口的实际位置θ_f作差得到的偏差值Δθ，经过第一PI调节器与第一V/I变换器处理后，得到的电流模拟量输入给喉口位置调节机构，喉口位置调节机构根据接收到的电流模拟量对文氏管的喉口位置进行控制；

将温度传感器检测到的净化煤气实际温度T_f与入柜的煤气温度给定值T^*作差得到的偏差值ΔT，经过第二PI调节器与第二V/I变换器处理后，得到的电流模拟量输入给回流阀调节机构，回流阀调节机构根据接收到的电流模拟量对回流阀的开度进行控制；

将流量传感器检测到的供给加压机的实际流量Q_f与产出煤气的最佳流量值Q^*作差得到的偏差值ΔQ，经过第三PI调节器与第三V/I变换器处理后，得到的电流模拟量输入给矿热炉罗茨风机的回流阀调节机构，回流阀调节机构根据接收到的电流模拟量对罗茨风机回流阀的开度进行控制。