焦爐集氣管壓力控制系統(tǒng)的改進

1、24燃料與化工Fuel&ChemicalProcesses焦爐集氣管壓力控制系統(tǒng)的改進楊樺1徐興福寧芳青2左殿杰1倪應(yīng)國1（1.南京鋼鐵聯(lián)合有限公司煉鐵新廠，南京210035；2.安徽工業(yè)大學(xué)，馬鞍山243002）南鋼煉鐵新廠現(xiàn)有3座6m焦爐，3、4焦爐為1組，配套煤氣處理量為52800m3/h的煤氣凈化設(shè)施，5焦爐與1套煤氣處理量為31000m3/h的煤氣凈化設(shè)施配套。在該系統(tǒng)實施之前，3座焦爐的集氣管壓力是分散式控制，集氣管壓力調(diào)節(jié)裝置與鼓風(fēng)機液力耦合器調(diào)節(jié)是相互獨立的單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種單回路控制方式不能很好地保證集氣管壓力穩(wěn)定，導(dǎo)致焦爐冒煙冒火或負壓運行，使大量煤粉進入下一

2、道工序，惡化操作，雖不斷調(diào)整系統(tǒng)整定參數(shù)，但并未從根本上解決問題。技術(shù)方案工藝特點集氣管壓力控制系統(tǒng)是受多種因素影響的復(fù)雜系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面1-2：1）集氣管之間的相互耦合影響。2座焦爐4個集氣管共用1個風(fēng)機，而風(fēng)機對各個集氣管的吸入管距離長短不等，并且管路不對稱，因此吸力分配不可能都合適。在機前吸力不變的情況下，任一焦爐壓力的波動，都會影響其他焦爐壓力的穩(wěn)定。2）焦爐爐況對系統(tǒng)的影響。由于2座焦爐裝煤、推焦、爐門開啟時間不同，勢必引起壓力的波動。3）機前吸力變化的影響。在鼓風(fēng)機能力不變的情況下，機后設(shè)備的阻力發(fā)生變化或煤氣用戶的用量發(fā)生變化時，都會引起機后壓力的變化，進而引起機前吸

3、力的變化。在煤氣發(fā)生量穩(wěn)定的情況下，該吸力會引起集氣管壓力的波動。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)會因參數(shù)變化而變差，使壓力難以穩(wěn)定在80控制方案1）采用解耦控制算法，消除焦爐集氣管之間的壓力控制耦合，避免相互干擾。根據(jù)多變量過程控制系統(tǒng)解耦理論，常規(guī)解耦收稿日期：2009-12-30作者簡介：楊樺（1964-），男，教授級高級工程師設(shè)計方法要求對象是線性定常，且被控對象要有精確的數(shù)據(jù)模型。就本系統(tǒng)而言，由于焦爐爐況的多樣性及煤氣用戶用量的隨機性，難以用一固定數(shù)學(xué)模型表示其特性，真正的對角化解耦無法實現(xiàn)。從實用的角度出發(fā)，只需將耦合產(chǎn)生的影響降低到最低限度，使它不致影響主回路調(diào)節(jié)即可。2）風(fēng)機前吸力的調(diào)節(jié)與集氣

4、管壓力調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制。主要考慮：穩(wěn)定初冷器前吸力；避免風(fēng)機轉(zhuǎn)速的頻繁改變；盡量減小風(fēng)機負荷。初冷器前的吸力控制綜合考慮集氣管、循環(huán)管、風(fēng)機等參數(shù)，以循環(huán)管調(diào)節(jié)蝶閥為主，循環(huán)管調(diào)節(jié)蝶閥的動作范圍在030%（可在工程師狀態(tài)下修改）。當循環(huán)管調(diào)節(jié)蝶閥在8%20%范圍內(nèi)動作時，風(fēng)機不動作；循環(huán)管調(diào)節(jié)蝶閥8%，表明風(fēng)機吸力不足，緩慢增加風(fēng)機吸力，直到循環(huán)管調(diào)節(jié)蝶閥8%為止；循環(huán)管調(diào)節(jié)蝶閥20%，表明風(fēng)機吸力過大，緩慢減小風(fēng)機吸力，直到循環(huán)管調(diào)節(jié)蝶閥20%為止。初冷器前吸力的設(shè)定值由人工設(shè)定。控制方案的總體框架包括3個主要部分：基本控制回路部分、解耦部分、可測干擾抑制部分。基本控制回路部分采用預(yù)測PID控

5、制算法，共包括6個控制回路：1#、2#、3#、4#集氣管壓力控制回路、鼓風(fēng)機入口吸力速度控制回路、鼓風(fēng)機入口吸力循環(huán)管控制回路。這6個控制回路是先進控制的核心部分，使系統(tǒng)具有快速的動態(tài)上升特性、良好的魯棒性能以及快速的抑制不可測干擾的能力。解耦部分的目的是消除控制器之間的相互影響，1個控制器動作，其他控制器也進行相應(yīng)的動作，避免系統(tǒng)的振蕩。我們采取動態(tài)解耦算法，并通過適當?shù)淖儞Q實現(xiàn)解耦。解耦控制器具有如下結(jié)構(gòu)形式：2010年11月第41卷第6期燃料與化工Fuel&ChemicalProcesses25󰀁d12（s）d1n（s）󰀂1󰀄

6、83045;D（s）=󰀂d21（s）1d2n（s）󰀂󰀂󰀅󰀅󰀃dn1（s）d󰀅n2（s）1󰀆可測干擾抑制部分又分為集氣管可測干擾抑制系統(tǒng)和入口吸力可測干擾抑制系統(tǒng)。考慮單輸入單輸出(SISO)參數(shù)不確定過程，其傳遞函數(shù)為：GP=KPe-Ls（1）Kp、T、L為不確定性參數(shù)，它們的標稱值分別用Kp0、T0、L0表示。假如所期望的閉環(huán)傳遞函數(shù)規(guī)定如下：-L0sG0=e（2）0其中為可調(diào)參數(shù)。當1時，系統(tǒng)的開環(huán)時間常數(shù)和閉環(huán)時間常數(shù)相同；當1時，系統(tǒng)的閉環(huán)響應(yīng)速度比開環(huán)響應(yīng)速

7、度慢；當1時，系統(tǒng)的閉環(huán)響應(yīng)速度比開環(huán)響應(yīng)速度快。于是便可以得到控制器的傳遞函數(shù)：GC=（3）KP0（T0s+1-e-L0s)控制器的輸入、輸出關(guān)系為：u（s）=1(1+1)e（s）-1(1-e-L0s）u（s）4）P000（K(1+)e（s）項具有PID控制器的結(jié)構(gòu)形P0T0s式，而-1(1-e-L0s）u（s）項可以解釋為控制器在t0時刻的輸出是基于在時間區(qū)間（t-L0，t）的控制作用的。因此，這種控制器被稱為預(yù)測PID控制器。預(yù)測PID控制器的結(jié)構(gòu)見圖1。將式（4）離散化，可以得到控制器的基本形式：k+1u(k+1)=1e(k+1)+TSP0P00e（i）-i=0kTS0u（i）-u（i

8、-L）（5）i=0Se=ysp-y，它表示參考信號ysp和實際過程輸出值y的差值。在控制器參數(shù)設(shè)置中，一些參數(shù)的意義和式（5）有關(guān)：增益參數(shù)KP0、時間常數(shù)T0、滯后時間L0、調(diào)節(jié)快慢參數(shù)、控制系統(tǒng)的運行周期STS。系統(tǒng)投運前后比較初冷器系統(tǒng)3#、4#、5#焦爐的6個集氣管壓力分別采用獨立的單回路壓力控制，3#、4#焦爐共用1套初冷、風(fēng)機系統(tǒng)，5#焦爐單獨采用1套初冷、風(fēng)機系統(tǒng)，風(fēng)機的轉(zhuǎn)速采用液力耦合器控制。在新控制方案實施之前，初冷器前吸力在0.51.3kPa范圍內(nèi)波動，新控制方案實施以后，初冷器前的壓力波動減小到±40Pa。集氣管壓力在新控制方案投運之前，集氣管壓力的波動幅度較大，經(jīng)常出現(xiàn)“沖頂”現(xiàn)象（集氣管壓力大于350Pa）。新控制方案投運后，集氣管壓力的波動在95%以上，基本不超過±20Pa，在推焦、平煤或其他異常操作情況下，壓力短期超標（不超過250300Pa），但10s左右即可調(diào)節(jié)正常。3需完善的問題若風(fēng)機機后壓力過高，如大于19kPa以上，要維持集氣管壓力的穩(wěn)定，必然導(dǎo)致風(fēng)機電流過大（超過風(fēng)機額定電流值）。在實際控制中，為了保證風(fēng)機的安全，對風(fēng)機的轉(zhuǎn)速進