專利名稱：一種基于阻力系數(shù)等效的爐頂壓力控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及爐頂壓力控制方法，屬于煉鐵高爐爐頂煤氣余壓透平發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于阻力系數(shù)等效的爐頂壓力控制方法。
背景技術(shù)：
高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置(Blast Furnace Top Gas Pressure RecoveryTurbine Unit簡稱TRT裝置)是通過將高爐爐頂煤氣導入一臺透平膨脹機(煤氣透平)作功，使高爐煤氣的壓力能及熱能轉(zhuǎn)化為機械能，再驅(qū)動發(fā)電機的一種二次能量回收裝置。
如圖1所示，傳統(tǒng)的高爐工藝流程中，鼓風機7提供的風量經(jīng)過熱風爐1輸送給高爐2，保證高爐冶煉所需的含氧量。高爐冶煉所產(chǎn)生的爐頂煤氣(壓力150～300Kpa)在通過集塵器3和濕式除塵器4除塵后再經(jīng)過減壓閥組5減壓到10Kpa左右，排入儲氣罐6供工廠熱風爐作為燃料用。原高爐煤氣所具有的壓力能和熱能被白白地浪費在減壓閥組(或比肖夫除塵器)上，造成大量的能源浪費和噪聲污染，噪聲達105db(A)以上。
如圖2所示，采用TRT裝置替代減壓閥組5(減壓閥組備用)，不改變原高爐煤氣的品質(zhì)，也不影響煤氣用戶的正常使用，卻回收了被減壓閥組白白釋放的能量，又凈化了煤氣，降低了噪音，從而改善了高爐的操作條件，該裝置在運行過程中不產(chǎn)生污染，幾乎沒有能源消耗，發(fā)電成本低，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。利用TRT裝置進行發(fā)電，用戶往往擔心TRT系統(tǒng)會降低高爐頂壓的穩(wěn)定性，尤其擔心在TRT系統(tǒng)緊急停機時對高爐頂壓產(chǎn)生的巨大擾動，從而影響高爐煉鐵的主工藝流程。
為保證透平機組的安全，現(xiàn)有TRT系統(tǒng)在透平機入口前均安裝有緊急切斷閥。當TRT系統(tǒng)緊急停機時，該緊急切斷閥將快速關(guān)閉，切斷通向透平機的煤氣，但是由于高爐減壓閥組的調(diào)節(jié)作用和機械特性都比較慢，高爐煤氣流量的突變勢必會造成爐頂壓力的上升，對高爐造成很大影響，甚至危及高爐安全。因此，現(xiàn)有TRT裝置在緊急切斷閥前到透平機出口后，并聯(lián)有旁通閥81和旁通閥82，作為TRT系統(tǒng)緊急停機時補償TRT流量突變之用，以確保爐頂壓力不出現(xiàn)過大波動。現(xiàn)有TRT裝置的旁通閥前饋控制作用正是在關(guān)閉切斷閥的同時，快速打開旁通閥，使原先從透平機流過的煤氣經(jīng)由旁通閥流過，從而避免對高爐造成沖擊。但旁通閥的前饋開度到底設為多少呢？現(xiàn)有方法往往由經(jīng)驗決定。要么設為一個固定的開度，如25％，要么由停機瞬間前的靜葉開度或煤氣流量經(jīng)過經(jīng)驗補償后確定。
現(xiàn)有的旁通閥前饋控制方法缺乏足夠的理論依據(jù)，況且引起高爐頂壓不穩(wěn)定的原因是多方面的，主要因素有高爐內(nèi)多種介質(zhì)的高溫、多相流動、物理和化學變化；高爐進風的鼓風機的壓力與流量變化；除塵器積塵，管路泄漏等引起流動阻尼改變的一些隨機因素。由于上述因素大多具有不確定性，并且對爐頂壓力變化的影響具有非線性特點。因此，完全依靠經(jīng)驗來確定旁通閥前饋開度的控制方法，其控制精度一般在±8Kpa左右，難以滿足高爐穩(wěn)定生產(chǎn)的要求(±3Kpa)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對TRT系統(tǒng)緊急停機過程中頂壓波動過大的問題，提供一種基于阻力系數(shù)等效的爐頂壓力控制方法。該方法在由透平機靜葉控制頂壓向旁通閥控制頂壓切換過程中，在保證管道阻力系數(shù)等效的前提下，通過靜葉與旁通閥的協(xié)同控制，實現(xiàn)頂壓穩(wěn)定性控制。
本發(fā)明的具體實現(xiàn)方案如下一種基于阻力系數(shù)等效的爐頂壓力控制方法，高爐冶煉所產(chǎn)生的爐頂煤氣在通過集塵器和濕式除塵器除塵后引入高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置，所述高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置在緊急切斷閥前到透平機出口后，并聯(lián)有旁通閥，其特征在于，該控制方法包括以下步驟(1)試與存儲旁通閥特性曲線；(2)根據(jù)旁通閥特性曲線計算旁通閥的前饋開度并修正旁通閥特性曲線；(3)靜葉和旁通閥根據(jù)所計算出的旁通閥前饋開度δv，并通過引入時間變量Δt協(xié)同控制爐頂壓力。
本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明的方法明顯減少了TRT系統(tǒng)緊急停機過程中頂壓擾動，頂壓穩(wěn)定性大大提高，實際控制精度達到±2Kpa左右。


圖1是沒有安裝TRT裝置的高爐煉鐵流程圖；圖2是安裝濕式TRT裝置的高爐煉鐵流程圖；圖3是旁通閥智能切換控制方法示意圖。
具體實施例方式
下面詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明的方法具體包括如下步驟一.測試與存儲旁通閥特性曲線如圖2所示，考慮旁通閥組8由旁通閥81和旁通閥82組成，一主一備；即旁通閥81作主閥；另外旁通閥82作為備用閥，僅在主閥出現(xiàn)故障時投入使用。由于兩閥的型號規(guī)格一樣，閥門特性基本一致，故只需測試任一旁通閥特性曲線ξ＝f(δv)。式中，ξ為阻力系數(shù)，δv為旁通閥開度。假設測試旁通閥81，將其開度從0％按照一定的步長(如2.5％)增大至100％，每增加一個開度，等待系統(tǒng)穩(wěn)定時按下式計算阻力系數(shù)ξξ=2ΔPS2ρQ2=2ΔPρυ2]]>式中，Q為流量，S為進口截面積，ρ為介質(zhì)密度，ν為流速，ΔP為壓差。
為了便于系統(tǒng)實現(xiàn)，本方法將旁通閥特性曲線ξ＝f(δv)存放在一張二維數(shù)據(jù)表(ξi，δi)，i＝0，1，…，40中，以備查詢。
二.旁通閥的前饋開度計算與特性曲線修正TRT機組緊急停機時，根據(jù)當時的旁通閥前后壓差ΔP*和引入TRT系統(tǒng)的煤氣流速ν*等參數(shù)計算出阻力系數(shù)ξ*ξ*=2ΔP*ρ(υ*)2]]>在二維數(shù)據(jù)表(ξi，δi)，i＝0，1，…，40中確定ξ*所屬區(qū)間，假設ξ*[ξj+1，ξj]，計算對應旁通閥開度為δ*=0.025×j+2.5×(ξj-ξ*ξj-ξj+1)]]>在緊急停機時將旁通閥計算開度δ*轉(zhuǎn)化為控制信號直接輸出給旁通閥，等待系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時測量旁通閥前后壓差ΔP*′和引入TRT系統(tǒng)的煤氣流量Q*＇，計算實際阻力系數(shù)ξ*′及阻力系數(shù)計算偏差Δξ*ξ*′=2ΔP*′S2ρ(Q*′)2]]>Δξ*=ξ*′-ξ*]]>根據(jù)阻力系數(shù)計算偏差來修正存放在二維數(shù)據(jù)表(ξi，δi)，i＝0，1，…，40中的阻力系數(shù)ξj←ξj+α×Δξξj+1←ξj+1+α×Δξ*式中，α∈
，為修正系數(shù)。
三.靜葉和旁通閥協(xié)同控制爐頂壓力由于靜葉和旁通閥的操作均有一定的機械滯后，因此靜葉和旁通閥的不協(xié)調(diào)動作會導致煤氣管路的氣容效應，從而對爐頂壓力造成很大影響。譬如旁通閥打開得太晚會使頂壓陡然升高，打開得太早又會使頂壓太低。為了保證TRT系統(tǒng)緊急停機時頂壓切換控制的穩(wěn)定性，本方法中考慮靜葉和旁通閥協(xié)同控制，在靜葉關(guān)閉和旁通閥開啟兩個動作之間引入時間變量Δt，該變量表示靜葉關(guān)閉和旁通閥開啟兩個控制指令發(fā)出的時間間隔。該變量Δt可以是正數(shù)，表示旁通閥開啟指令比靜葉關(guān)閉指令發(fā)出時間晚；也可以是負數(shù)，表示旁通閥開啟指令比靜葉關(guān)閉指令發(fā)出時間早。變量Δt為正數(shù)時，其值越大表示旁通閥開啟指令相對靜葉關(guān)閉指令發(fā)出時間越晚，其值越小表示旁通閥開啟指令發(fā)出時間越接近靜葉關(guān)閉指令。變量Δt為負數(shù)時，其值越小表示旁通閥開啟指令相對靜葉關(guān)閉指令發(fā)出時間越早，其值越大表示旁通閥開啟指令發(fā)出時間越接近靜葉關(guān)閉指令。
根據(jù)TRT系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試和運行所積累的知識庫，在控制程序的運行中自動計算出旁通閥開度δv及其指令發(fā)出時間變量Δt等控制參數(shù)，依據(jù)δv和Δt對旁通閥實施控制，即在Δt時刻發(fā)出旁通閥開度指令信號δv，并采用反饋校正的方法對控制參數(shù)進行修正，不斷提高頂壓控制的精度。當δv和Δt的控制效果使頂壓偏高時，一方面將Δt適當減小，另一方面計算實際阻力系統(tǒng)ξ*及阻力系統(tǒng)計算偏差Δξ*，根據(jù)阻力系數(shù)計算偏差來修正旁通閥特性曲線ξ＝f(δv)；當δv和Δt的控制效果使頂壓偏高，一方面將Δt適當加大，另一方面也根據(jù)阻力系數(shù)計算偏差來修正旁通閥特性曲線ξ＝f(δv)。
本方法主要處理流程(如圖3)可以概括如下首先初始化有關(guān)參數(shù)，如煤氣介質(zhì)密度ρ、煤氣進口截面積S；然后通過流量計和壓差變送器實時檢測引入TRT系統(tǒng)的煤氣總流量Q和旁通閥前后壓差ΔP，計算當前阻力系數(shù)ξ；再根據(jù)阻力系數(shù)ξ和旁通閥特性曲線ξ＝f(δv)來計算旁通閥對應開度δv；根據(jù)知識庫中相關(guān)規(guī)則獲取指令提前量Δt；依據(jù)δv和Δt實施控制，即在Δt時刻發(fā)出旁通閥開度指令信號δv；檢測頂壓控制性能，修正知識庫。
權(quán)利要求
1.一種基于阻力系數(shù)等效的爐頂壓力控制方法，高爐冶煉所產(chǎn)生的爐頂煤氣在通過集塵器和濕式除塵器除塵后引入高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置，所述高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置在緊急切斷閥前到透平機出口后，并聯(lián)有旁通閥，其特征在于，該控制方法包括以下步驟(1)測試與存儲旁通閥特性曲線。(2)根據(jù)旁通閥特性曲線計算旁通閥的前饋開度并修正旁通閥特性曲線。(3)靜葉和旁通閥根據(jù)所計算出的旁通閥前饋開度δv，并通過引入時間變量Δt協(xié)同控制爐頂壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐頂壓力控制方法，其特征在于，所述步驟(1)具體為，將旁通閥開度δv從0％按照一定的步長(如2.5％)增大至100％，每增加一個開度，等待系統(tǒng)穩(wěn)定時按下式計算阻力系數(shù)ζξ=2ΔPS2ρQ2=2ΔPρυ2]]>式中，Q為流量，S為進口截面積，ρ為介質(zhì)密度，υ為流速，ΔP為壓差；從而測試出旁通閥特性曲線ζ＝f(δv)，并將旁通閥特性曲線ζ＝f(δv)存放在二維數(shù)據(jù)表(ζi，δi)，i＝0，1，…，40中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐頂壓力控制方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為，當機組緊急停機時，根據(jù)當時的旁通閥前后壓差ΔP*、介質(zhì)密度ρ和引入高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置的煤氣流速υ*計算出阻力系數(shù)ζ*ξ*=2ΔP*ρ(υ*)2]]>在二維數(shù)據(jù)表(ζi，δi)，i＝0，1，…，40中確定ζ*所屬區(qū)間 計算對應旁通閥開度為δ*=0.025×j+2.5×(ξj-ξ*ξj-ξj+1)]]>在緊急停機時將旁通閥計算開度δ*轉(zhuǎn)化為控制信號直接輸出給旁通閥，等待系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時測量旁通閥前后壓差ΔP*′和引入高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置的煤氣流量Q*′，計算實際阻力系數(shù)ζ*′及阻力系數(shù)計算偏差Δζ*ξ*′=2ΔP*′S2ρ(Q*′)2]]>Δξ*=ξ*′-ξ*]]>根據(jù)阻力系數(shù)計算偏差來修正存放在二維數(shù)據(jù)表(ξi，δi)，i＝0，1，…，40中的阻力系數(shù)ξj←ξj+α×Δξ*ξj+1←ξj+1+α×Δξ*式中，α∈
，為修正系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐頂壓力控制方法，其特征在于，所述步驟(3)具體為在靜葉關(guān)閉和旁通閥開啟兩個動作之間引入時間變量Δt，該變量表示靜葉關(guān)閉和旁通閥開啟兩個控制指令發(fā)出的時間間隔；根據(jù)高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置現(xiàn)場調(diào)試和運行所積累的知識庫，在控制程序的運行中自動計算出旁通閥開度δv及其指令發(fā)出時間變量Δt；依據(jù)δv和Δt對旁通閥實施控制，即在Δt時刻發(fā)出旁通閥開度指令信號δv；檢測頂壓實際控制性能，采用反饋校正的方法修正知識庫，不斷提高頂壓控制的精度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于阻力系數(shù)等效的爐頂壓力控制方法，該方法包括測試與存儲旁通閥特性曲線；根據(jù)旁通閥特性曲線計算旁通閥的前饋開度并修正旁通閥特性曲線；靜葉和旁通閥根據(jù)所計算出的旁通閥前饋開度δ
文檔編號C21B5/06GK1676615SQ20051005025
公開日2005年10月5日 申請日期2005年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月13日
發(fā)明者楊春節(jié), 沈新榮 申請人:浙江大學