集气管压力控制？ 《山东冶金》 2006年第3期 ________________________________________ 多焦炉集气管压力模糊控制系统 康春清，于振东，刘成汇 （济南钢铁股份有限公司 焦化厂，山东 济南250101） 摘 要：针对多座焦炉集气管压力系统具有多回路、强耦合、非线性、参数时变的特点，采用基于模糊控制理论的控制方法，并与计算机技术相结合，解决了具有相互耦合的多座焦炉集气管压力稳定的问题。实际运行结果表明，该方法稳定可靠、易于操作。 关键词：焦炉集气管；压力；模糊控制 中图分类号：tq522.54 文献标识码：a 文章编号：1004-4620（2006）03-0035-02 pressure fuzzy control systems for several coke ovens gas collectors kang chun-qing, yu zhen-dong, liu cheng-hui （the coking plant of jinan iron and steel co., ltd., jinan 250101, china） abstract：according to the characteristics of multiple loops, close coupling, nonlinear and changed parameters with time in several coke oven collector pressure control systems, a new control method based on the fuzzy control theory are adopted with the computer technology, solving problem of collector pressure stability control for several coke oven with close coupling characteristics. the running results show that the control method is stable and reliable and is prone to operation. key words：coke oven gas collector; pressure; fuzzy control 1 工艺简介 焦炉集气管压力是焦炉的重要参数之一，集气管压力的稳定对焦炉寿命的延长、操作的稳定、减少放散的煤气量、减轻环境污染和节约能源都具有重要的作用。济南钢铁股份有限公司焦化厂(简称济钢焦化厂)现有5座焦炉，其中3#、4#焦炉为80型，1#、2#、5#为804型。1#、#为机侧单集气管，3#、4#为机焦侧双集气管，5#焦炉为机侧分段双集气管，并且5座焦炉出来的荒煤气经初冷后进入同一台鼓风机。焦炉布置和煤气流程如图1所示。 图1 焦炉布置和煤气流程 正常时工艺要求控制集气管压力在100pa左右，上下波动不能超过±20pa，否则容易出现焦炉冒烟冒火及负压运行，从而会造成环境污染，缩短焦炉使用寿命，并且存在很大的安全隐患。在采用模糊控制之前，集气管压力调节采用常规仪表，而仪表控制各自为政,难以满足要求，存在反应滞后、耦合震荡等缺点，致使集气管出现长时间负压运行和长时间较高正压等工况，影响焦炉的安全生产。为此济钢焦化厂提出用计算机集中控制来取代常规的仪表控制，解决多座焦炉集气管压力的稳定问题。 2 系统分析 在炼焦生产中，影响集气管压力稳定的环节很多，变化复杂，如出焦、高压氨水除尘加煤、换向、煤气管道走向和阻力、初冷器阻力、鼓风机后阻力等因素不断地无规则变化，使集气管压力同时具有时变、非线性、正负耦合等复杂特性，难以建立稳定的数学模型。同时传统的pid控制法不能有效抑制焦炉间强烈的耦合干扰问题；传统的仪表分散调节不能将焦炉生产系统、鼓冷系统和鼓风机机后用户阻力的变化作为一个整体进行智能分析和控制；传统的初冷器前吸力静态控制法不能及时主动适应生产系统煤气发生量的不断变化[1]。 经过一段时间的试验调试，分析认为，影响济钢焦化厂焦炉集气管压力变化的因素包括以下方面： （1）焦炉煤气管道在初冷器前汇合并互相连通，存在较强的耦合干扰。（2）焦炉炉型不同，使煤气流动特性有所不同。（3）各焦炉集气管型式不同，系统复杂。（4）各焦炉与鼓风冷凝系统距离相差较大（最近的4#焦炉40m，最远的5#北炉达400m），煤气输送阻力有较大差异，压力反应速度不同。（5）炼焦生产和鼓风机后阻力变化复杂，对集气管压力波动有较强影响。（6）5座焦炉炉龄不同，炉况不一，装煤、推焦、炉门开启时间不同，势必引起压力波动。（7）焦炉集气管原执行机构一直采用气动执行机构，经试验调试检测发现存在执行动作慢、准确度低、反应滞后等缺陷，不能满足集气管压力快速变化的要求。 通过以上分析，需要解决的主要问题是： （1）压力调节各自独立,缺乏协调。焦炉压力被分别由各自独立的仪表调节,控制信号缺乏必要的联系，各炉翻板的动作缺乏协调，经常出现压力“翘翘板”问题：如某座焦炉集气管压力升高后，在基本工况不变的情况下，引起其它1座或几座焦炉集气管压力同时升高。（2）传统的pid控制原理不能适应在出焦、高压氨水除尘加煤、换向等引起的煤气压力“无规律的复杂变化”，不能解决焦炉间的强烈耦合振荡问题。（3）需补偿煤气输送管道布置的不对称对风机吸力分配存在的影响。（4）由于焦炉煤气用户的用量变化引起机后阻力变化频繁，范围较大，导致压力控制效果时好时坏。（5）由于5座焦炉（6根集气管）共用一套鼓冷，在加煤时耦合干扰较突出。 3 控制系统的建立及实现 针对以上工艺情况制定模糊控制系统方案：采用集中控制方式，动态调整初冷器前吸力，应用模糊控制基本原理调配吸力，通过控制煤气流速和流量的变化平衡稳定焦炉压力。 具体技术方案如下： （1）循环管阀门改造，实现初冷器前吸力动态控制。为及时应对焦炉加煤、换向和机后阻力的变化，动态地调整初冷器前吸力非常重要。为此，将循环管闸阀门更换为翻板，配备智能电动执行机构（防爆），以实现自动控制。 （2）将初冷器前汇合横管闸阀打开，使汇合横管连通[2]。一方面充分调剂鼓风机能力，应对焦炉煤气发生量高峰和机后阻力峰值；另一方面为初冷器前吸力的动态控制发挥平衡作用提供基础工艺条件。 （3）采用集中控制方式。将5座焦炉6根集气管的压力变送器检测信号（检测点）、初冷器前吸力信号（检测点）、6台焦炉翻板执行机构控制信号（控制点）、1台循环管翻板控制信号（控制点）和位置反馈信号（检测、控制点）集中至总控室，送给工业控制计算机。实现集中控制可实时掌握各焦炉生产变化、机前机后阻力等情况，进行综合分析计算和控制，确保各焦炉翻板动作的协调, 避免相互干扰，大大增强系统的稳定性和可靠性，提高控制效果。 （4）开发运用多焦炉集气管压力模糊控制系统。模糊控制系统基本原理是将人的思维方式和操作经验赋予计算机，使之智能跟踪焦炉压力的变化，精确计算出各阀门所需改变的角度,快速而准确地发出动作指令,合理动态调整风机吸力及其在各炉管道中的分配，确保系统压力的高精度控制。输入变量采用1#～5#焦炉集气管压力信后和初冷前吸力信号，控制变量分别用于控制1#～5#焦炉集气管调节翻板和回流控制翻板，输入变量根据压力偏差和压力偏差变化率定出其论域，其次给出模糊量级，偏差e具体分为7级（模糊控制规则见表1），偏差变化率△e分为5级。 表1 模糊控制规则 △e 压力正大 压力正中 压力正小 零 压力负小 压力负中 压力负大 压力变化正大 大大开 大开 中开 小开 小小开 小小开 不动 压力变化正小 大开 中开 小开 小小开 不动 小小关 小关 压力变化零 中开 小开 小小开 不动 小小关 小关 中关 压力变化负小 小开 小小开 不动 小小关 小关 中关 大关 压力变化负大 不动 小小关 小关 中关 大关 大关 大大关 该控制系统的具体做法是，计算机判断出来的“大开、大大开、大关、大大关”等模糊控制量，经模糊精确化后直接控制调节翻板的动作；以抑制瞬间大的扰动；对于模糊判断出来的“中关、中开、小关、小开、小小关、小小开”等模糊控制量，计算机准确计算出相应的函数并传递给pid算法进行变参数控制。控制系统简图如图2所示。 图2 控制系统简图 （5）采取相应技术措施克服生产系统的多项不平衡因素。鼓风机吸力首先在初冷器前横管分配，然后在各焦炉管道二次分配。如果不能正确控制和调配，风机吸力在各点会按管径自然分配,显然对系统压力调节是极为不利的。同时, 因各炉的煤气发生量和鼓风机后阻力随时变化,所以风机吸力大小及其分配也必须随动跟踪。否则，会使压力高的焦炉里单位时间“积余”的煤气量越来越大，压力居高不下；而另一些焦炉压力则可能越来越低，最终抽成负压，导致严重失衡。如果不能根据生产的变化及时调整风机吸力，也可能出现几座焦炉同时跑烟冒火，或同时负压的恶劣工况。 采取技术措施是：运用模糊控制法调配各炉吸力，并及时对初冷器前吸力进行动态调节[3]。 通过翻板开度的动态协调,合理分配各炉所需吸力,以控制各炉管道中的煤气流量,使煤气既不能在炉内“停留”,又防止被抽尽，避免了焦炉系统的压力失衡，确保压力的稳定。 4 实际控制效果 （1）在正常生产条件下，5座焦炉6个集气管压力稳定控制在设定值80pa,压力波动范围控制在±20pa。杜绝了炉门冒烟冒火、负压操作等现象的发生，对于改善环境，减少有害气体和颗粒物的排放、促进焦炉生产清洁化、无害化具有重要意义。同时也减少了焦炉墙体剥蚀和内部串漏，有利于保护炉体护铁件，延长焦炉寿命。（2）在加煤及开关高压氨水引起的压力波幅较大时，在10s内能够恢复正常。（3）促进安全生产，杜绝焦炉压力振荡和负压运行现象，有利于降低煤气中的含氧量。（4）实现了全自动运行，无需人工干预。（5）集气管压力稳定可减少煤气散失1%～2%，相应提高了其它化产收率，降低焦炭在炉内的损耗。（6）系统稳定可靠，故障率低，对于保证安全生产具有重要意义。 参考文献： [1] 舒雄鹰. 焦炉煤气集气管压力控制系统[j]. 矿冶，2001，（6）：78～81. [2] 李友善，等. 模糊控制理论及其在过程控制中的应用[m]. 西安：国防工业出版社，1993. [3] 李仁厚.智能控制理论和方法[m].西安：西安电子科技大学出版社，1999. ________________________________________ 返回上页查看更多
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