焦炉加热优化串级调控技术的研究及应用

摘要

焦炉是冶金行业中最复杂的炉窑，焦炉的加热过程是单个燃烧室间歇、全炉连续、受多种因素干扰的热工过程，是典型的大惯性、非线性、时变快的复杂系统，如何优化焦炉加热过程控制，降低炼焦能耗，确保焦炭均匀稳定成熟，同时延长焦炉使用寿命等，仍然是炼焦业界重大难题之一。 本系统基于现代计算机与信息技术改造传统产业和提升企业技术水平，针对国内焦炉自动加热的发展现状，结合炼焦工艺特点，研究开发了适合多种焦炉炉型的测温技术、数据融合与处理技术、多模式控制技术以及专家系统与智能控制技术。 课题的主要研究内容有： 最适宜的控制策略配置——稳定结焦时间以二前馈一反馈一监控相结合的优化串级调控，炉温控制采用串级控制、吸力控制采用设定值随动控制方案。 优化的控制算法研究——针对焦炉的对象特性提出了以预测控制为主的多模式的控制方案。 多参数的检测和数据融合——利用计算机控制系统开发和实施了五种不同方式的温度采集与数据处理技术。有代表性的是结合了结焦终了判断，根据上升管火落温度开发了焦炭质量在线控制系统。 结焦模型与动态控制模型——完成了加热系统(供热量模型)与燃烧系统(分烟道吸力模型)两大类模型的建立。 控制系统与方案实施——控制系统采用DCS或PLC控制系统，它们内部有很多的功能模块，通过模块的参数设置可完成相应的功能，系统还具有用户编程语言功能。 优化控制系统的软件设计——程序共分四个部分：热电偶断偶保护、数学模型生成、控制算法、模型自学习功能。 系统界面设计——包括主界面，参数界面，控制与切换，历史与当前趋势，报警与限制等，以达到稳定，可靠，节能的目的。 系统的研究揭示了焦炉内燃烧气流的流动规律、焦炉火道温度随结焦时间、换向周期的变化规律以及控制吸力规律；建立了焦炉内气流控制模型及系列的相关数学模型。首次在国内开展了判断结焦终了时间的计算方法和焦炭质量在线控制方法研究，并在一般控制模型的基础上，经过仿真试验得到优化的控制参数，并结合专家经验建立了过程控制的动态模型。 该技术密切结合工艺特点，针对性和时效性强。控制方式密切结合不同焦炉的特点。系统涉及的范围较宽，对焦炉的适应性强。 本文提出了最适宜的控制策略配置。技术成熟，适宜推广、效益明显。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

1绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.1.1问题的提出

1.1.2研究的意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题研究的目的和内容

2攀钢焦炉及控制方案选择

2.1攀钢焦炉结构及生产现状

2.2控制方案与实施

2.2.1总体方案

2.2.2优化串级控制方法

2.2.3三种不同对象的方案处理

2.2.4计算机硬件配置

2.2.5计算机软件

2.2.6检测元件及仪器

2.3控制的实施过程

2.3.1供热量控制

2.3.2流量调节改为压力调节的实施

2.3.3吸力控制

3数据的采集与温度变化规律的研究

3.1数据采集方法的研究

3.1.1周转时间内火道温度变化规律的研究

3.1.2检测、模拟火道温度的方法

3.2测温点与热电偶的安装

3.3结焦周期温度变化规律研究

3.3.1立火道的温度呈近似双曲线规律变化

3.3.2结焦周期分段的变化关系

3.3.3双曲线规律的拟合

3.4结焦周期温度检测点数研究

3.5换向过程温度变化规律研究

4数学模型与动态控制模型的建立

4.1前馈控制数学模型

4.1.1焦炉传热理论与目标温度模型的建立

4.1.2焦饼中心温度模型

4.1.3前馈供热量模型

4.1.4前馈供热量的混合模型

4.1.5分烟道吸力前馈模型

4.2反馈控制数学模型

4.2.1火道温度反馈模型

4.2.2相关数学模型

4.2.3煤气流量转换模型

4.3攀钢焦炉数学模型的建立

4.3.1焦炉传热理论与目标温度模型

4.3.2相关数学模型

4.3.3数学模型的修正

5软件编制及模糊算法

5.1程序设计

5.2焦炉炉温控制算法

5.3模糊控制器的设计

5.3.1精确量的模糊化

5.3.2模糊变量值的选取及其隶属度函数

5.3.3模糊控制规则的建立

5.3.4模糊控制查询表及算法流程图

5.3.5针对不同参数A的仿真比较

5.3.6设计结果检验

5.4专家系统—模型自学习

5.4.1水份与火道温度的模糊关系

5.4.2模糊关系的线性累加

6用户界面的设计与开发

6.1总画面设计

6.2位号设计

6.3焦炉加热调优参数画面

6.4控制分组画面

6.5焦侧蓄顶温度显示画面

6.6历史趋势显示画面

7系统使用效果

7.1安定系数(K安)提高

7.2节能

7.3对焦炭质量的影响

7.4经济效益分析

7.4.1直接经济效益

7.4.2间接经济效益

7.4.3社会效益

8结论与展望

致 谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表论文的目录