一種基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統及其控制方法

2023-10-07 12:43:29 5

專利名稱：一種基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及燃氣行業能源綜合利用技術領域，尤其涉及一種基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統及其控制方法。
背景技術：
冶金企業節能降耗、穩定產品質量是ー項重要指標，為鋼鐵廠內用戶提供品質合格的壓力、熱值穩定的混合燃氣，減少能源的浪費，提高燃燒效率，降低鋼損是燃氣混合站的主要任務。燃氣混合站在生產運行中，尤其是當生產負荷、氣源壓力等存在較大波動時，應能夠保證燃氣性能穩定及安全運行。傳統的燃氣混合過程控制，都是採用自動化儀表單迴路調節和比值、串極調節方式，控制燃氣混合站燃氣配比，對燃氣混合站出口壓力、熱值無法保證它的穩定性，滿足不了用戶在使用過程中出現較大負荷變化時引起壓力、流量突 然增量或減量的跟蹤調節控制。長期以來主要靠人工操作來維持壓力與熱值的穩定，難以滿足下遊用戶的運行要求。燃氣混合站是ー個處於上遊多個燃氣加壓站和下遊多個用戶之間的設備單元。上遊的多個燃氣加壓站和下遊的多個用戶發生任何變化對燃氣混合站都有直接影響，燃氣混合站控制參數發生變化也同時給上遊的多個燃氣加壓站和下遊的多個用戶造成影響。燃氣混合站、各燃氣加壓站和各用戶通常各為獨立的単位，它們之間有著各自獨立運行的生產特點，互相之間沒有直接聯繫，誰也不知道什麼時間發生エ藝控制變化。當用戶使用量減少時，會出現燃氣混合站的燃氣混合管道出口壓カ上升，致使燃氣混合站各調節支管道壓カ升高。燃氣混合站的調節閥處於關閥的狀態以減少燃氣流量，滿足用戶使用量減少的需求。由於混合站調整壓カ和流量後，引起各燃氣加壓站的燃氣加壓機出ロ壓カ升高且超過正常壓カ值，此時燃氣加壓站操作人員必須通過開啟回流閥以減小燃氣加壓機出口壓力，保證其維持在正常壓カ值。當各燃氣加壓站操作人員剛把燃氣加壓機出ロ壓カ調整好，混合站下遊用戶又迅速劇增使用量，出現燃氣混合站的燃氣混合管道出ロ壓カ劇降，致使燃氣混合站各調節支管道壓カ劇低。燃氣混合站的調節閥處於開閥的狀態，甚至處於無量可調的非線性狀態，以增加燃氣流量，滿足用戶使用量増加的需求。可是實際上，儘管燃氣混合站的調節閥處於無量可調的非線性狀態，燃氣混合站的燃氣混合管道出口的流量和壓カ並未足量増加，燃氣混合站的調節閥對燃氣失去了控制作用，滿足不了用戶使用量劇增的需求，嚴重時造成用戶加熱爐由於混合燃氣壓カ過低發生滅火事故，嚴重影響用戶生產的正常進行。造成供氣不足的原因是燃氣加壓機操作人員未及時調整加壓機出口回流閥，燃氣加壓機的出口流量從回流閥流走了，所以不能滿足燃氣混合站用氣量。針對這種情況，本申請人認為要是通過燃氣回流閥把各燃氣加壓機出口壓カ設定在能滿足下遊用戶用氣量的範圍內，就應該能解決各燃氣加壓機用戶在使用量發生變化時流量不足的問題，就不會出現燃氣混合站的各流量調節閥處於無量可調節非線性狀態。通過實踐，將各燃氣加壓機出口壓カ的手動調節改為根據各燃氣加壓機出口壓カ的變化自動調節後，反覆觀察實際運行過程，發現燃氣混合站只有在燃氣混合管道出口壓カ緩慢的變化且變化量較小的情況下才能穩定燃氣混合管道出口壓力，滿足下遊用戶壓力、流量、熱值的要求，但是控制不了由下遊用戶用氣大負荷急劇變化引起的壓カ波動，經過長時間的認真研究和分析發現燃氣加壓機出ロ壓カ的調節總是滯後於燃氣混合站各調節閥的調節，只有當燃氣混合站各調節閥調節以後，燃氣加壓機出口壓カ發生較大的變化時，燃氣回流閥才開始調節，燃氣加壓機出口壓カ仍是由燃氣加壓站單獨控制，同樣，燃氣混合站各調節閥也是單獨控制。這樣，難以保證燃氣混合站各調節閥開關動作和加壓機出口回流閥開關動作協調進行，且燃氣混合站各調節閥開關動作和加壓機出口回流閥開關動作是相反的，這樣就更難保證燃氣混合站各調節閥開關動作和加壓機出口回流閥開關動作協調進行。當燃氣出現急劇的壓力變化時，即使採用手動方式調節也很難保證下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。

發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供一種基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統，它通過下遊用戶的用氣量的變化將各燃氣加壓站、燃氣混合站協調起來統ー控制，能夠及時地獲知燃氣混合管道出口壓カ的變化，井根據燃氣混合管道出口壓カ的變化直接及時地控制各燃氣加壓機出ロ的壓力，同時，相應地調節燃氣混合站各種燃氣的流量，使各燃氣 加壓機出ロ壓カ的調節和燃氣混合站各種燃氣流量的調節協調地進行，既保證加壓機出ロ壓カ維持在正常工作的範圍內，又保證燃氣混合管道出口壓カ維持在混合燃氣的額定壓カ的範圍內，滿足下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。與此相應，本發明另ー個要解決的技術問題是提供一種燃氣混合控制方法，它能夠在下遊用戶的用氣量發生變化時，及時地調節各燃氣加壓機出口的壓力，並同時相應地調節燃氣混合站各種燃氣的流量，使各燃氣加壓機出ロ壓カ的調節和燃氣混合站各種燃氣流量的調節協調地進行，既保證加壓機出ロ壓カ維持在正常工作的範圍內，又保證燃氣混合管道出口壓カ維持在混合燃氣的額定壓カ的範圍內，滿足下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。就燃氣混合控制系統而言，本發明解決上述技術問題的基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統，該系統包括至少兩個燃氣加壓站、至少一個燃氣混合站；每ー個所述燃氣加壓站都包括燃氣加壓機和燃氣回流閥，所述燃氣回流閥與燃氣加壓機並聯連通；所述燃氣混合站包括至少兩個由流量計和流量調節閥串聯連通的調節支管道；每ー個所述調節支管道的一端都與一個所述燃氣加壓站中燃氣加壓機輸出口相連通，其另一端與燃氣混合管道相連通；所述燃氣混合管道上設有壓力表；每ー個所述燃氣回流閥的控制信號輸入口或每一個所述燃氣加壓機的控制信號輸入口與控制器的控制信號輸出ロ電連接；每一個所述流量計的信號輸出口與所述控制器的信號輸入口電連接，每ー個所述流量調節閥的控制信號輸入口與所述控制器的控制信號輸出ロ電連接，所述壓カ表的信號輸出口與所述控制器的信號輸入口電連接；所述控制器中分別設有混合燃氣額定壓カ值、各種燃氣的熱值和混合燃氣的額定熱值；壓力表及時地將燃氣混合管道輸出口的壓カ信號傳輸給控制器，所述控制器根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣回流閥的開度，井向各燃氣回流閥發出控制信號，根據每個燃氣回流閥的開度調節各回流閥，或根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣加壓機的工作頻率，井向各燃氣加壓機發出控制信號，根據每個燃氣加壓機的工作頻率調節各燃氣加壓機，與此同時，各流量計也及時地將各種燃氣的流量信號傳輸給控制器，所述控制器根據各種燃氣的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，並將混合後燃氣的預估熱值與混合燃氣的額定熱值比較，分別計算出各流量調節閥的開度，向各流量調節閥發出控制信號，根據每個流量調節閥的開度調節各流量調節閥。本技術方案中，由於米用了在燃氣混合管道上設置壓力表，壓カ表的信號輸出ロ與控制器的信號輸入ロ電連接，每ー個燃氣回流閥的控制信號輸入ロ或燃氣加壓機的控制信號輸入口與控制器的控制信號輸出口電連接的技術手段，控制器中分別設有混合燃氣額定壓カ值、各種燃氣的熱值和混合燃氣的額定熱值，所以，當正常使用的狀態下，燃氣混合管道輸出ロ的壓カ保持在混合燃氣額定壓カ的範圍內，當用戶的用氣量減小吋，燃氣混合管道輸出ロ的壓カ增加，壓カ表及時地將燃氣混合管道輸出ロ的壓カ信號傳輸給控制器，控制器根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣回流閥的開度，井向各燃氣回流閥發出控制信號按分別計算出的各燃氣回流閥的開度開閥，或根 據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣加壓機的工作頻率(通常燃氣加壓機為變頻加壓機)，井向各燃氣加壓機發出控制信號按分別計算出的各燃氣加壓機的頻率減頻，與此同時，各流量計也及時地將各種燃氣的流量信號傳輸給控制器，控制器根據各種燃氣的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，並將混合後燃氣的預估熱值與混合燃氣的額定熱值比較，分別計算出各流量調節閥的開度，向各流量調節閥發出控制信號按分別計算出的各流量調節閥的開度關閥；這樣，在控制器的統一控制之下，既使下遊用戶的用氣量劇減，各燃氣加壓機出口壓カ的調節和燃氣混合站各種燃氣流量的調節也能夠協調地進行，既保證加壓機出口壓カ維持在正常工作的範圍內，又保證燃氣混合管道出口壓カ維持在混合燃氣的額定壓カ的範圍內，滿足下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。當用戶的用氣量增大時，燃氣混合管道輸出口的壓カ減小，壓力表及時地將燃氣混合管道輸出口的壓カ信號傳輸給控制器，控制器根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣回流閥的開度，井向各燃氣回流閥發出控制信號按分別計算出的各燃氣回流閥的開度關閥，或根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣加壓機的工作頻率(通常燃氣加壓機為變頻加壓機)，井向各燃氣加壓機發出控制信號按分別計算出的各燃氣加壓機的頻率增頻，與此同時，各流量計也及時地將各種燃氣的流量信號傳輸給控制器，控制器根據各種燃氣的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，並將混合後燃氣的預估熱值與混合燃氣的額定熱值比較，分別計算出各流量調節閥的開度，向各流量調節閥發出控制信號按分別計算出的各流量調節閥的開度開閥；這樣，在控制器的統ー控制之下，既使下遊用戶的用氣量劇增，各燃氣加壓機出口壓カ的調節和燃氣混合站各種燃氣流量的調節也能夠協調地進行，既保證加壓機出ロ壓カ維持在正常工作的範圍內，又保證燃氣混合管道出ロ壓カ維持在混合燃氣的額定壓カ的範圍內，滿足下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。每ー個所述調節支管道都與ー個由微調流量計和微調流量調節閥串聯連通的微調旁管道並聯連通，每ー個所述微調流量計的信號輸出ロ與所述控制器的信號輸入ロ電連接，每ー個所述微調流量調節閥的控制信號輸入口與控制器的控制信號輸出ロ電連接。由於採用了微調旁管道的技術手段，所以，可以精確而快速地調節各種燃氣的流量，使混合後的燃氣快速地達到混合燃氣的額定熱值。每ー個所述調節支管道的一端通過壓カ調節閥與所述燃氣加壓機輸出口相連通，每ー個所述壓カ調節閥的控制信號輸入ロ與所述控制器的控制信號輸出ロ電連接。由於採用了壓カ調節閥的技術手段，所以，有利於高熱值燃氣壓カ的調節，也有利於定量使用燃氣壓カ的調節。所述燃氣加壓站有三個，分別是焦爐煤氣加壓站、高爐煤氣加壓站和轉爐煤氣加壓站；所述燃氣混合站是ー個煤氣混合站，該煤氣混合站有三個由流量計和流量調節閥串聯連通的調節支管道。所述控制器是PLC控制器；所述PLC控制器通過乙太網通訊方式與無模型自適應控制器(MFA Model-Free Adaptive)電連接。由於採用了 PLC控制器的技術手段，所以，可確保本發明控制系統的穩定性，又由於採用了無模型自適應控制器(MFA Model-Free Adaptive)的技術手段,所以，可大大提高系統的運算速度，使混合後燃氣的壓力、流量和熱值快速地穩定。所述燃氣混合管道上設有熱值分析儀，所述熱值分析儀的信號輸出口與所述控制器的信號輸入口電連接。由於採用了熱值分析儀的技術手段，所以，可通過熱值分析儀測出混合後燃氣的熱值，並將熱值信號傳輸給控制器，控制器可超前向高熱值燃氣的加壓機發出控制信號，及時地調節高熱值燃氣的壓カ和流量，確保混合後燃氣熱值的穩定。就燃氣混合控制方法而言，本發明利用基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統解決上述技術問題的控制方法是當用戶的用氣量發生變化時，根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差，通過各燃氣加壓站的回流閥或各燃氣加壓站的燃氣加壓機相應地調節各燃氣加壓站的燃氣加壓機輸出口的壓力，同時，根據用戶的用氣量相應地調節各種燃氣的流量，使混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ相應，使混合後燃氣的實際流量與用戶的用氣量相應，使混合後燃氣的熱值與混合燃氣的額定熱值相應。本技術方案中，由於採用了根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差通過各燃氣加壓站的回流閥或各燃氣加壓站的燃氣加壓機相應地調節各燃氣加壓站的燃氣加壓機輸出ロ的壓カ的技術手段，所以，通過下遊用戶的用氣量的變化將各燃氣加壓站、燃氣混合站協調起來統ー控制，能夠及時地獲知燃氣混合管道出ロ壓カ的變化，並根據燃氣混合管道出口壓カ的變化直接及時地控制各燃氣加壓機出口的壓力，又由於採用了根據用戶的用氣量相應地調節各種燃氣的流量的技術手段，使各燃氣加壓機出口壓カ的調節和燃氣混合站各種燃氣流量的調節協調地進行，所以，本控制系統既保證了加壓機出口壓力維持在正常工作的範圍內，又保證了燃氣混合管道出口壓カ維持在混合燃氣的額定壓カ的範圍內，滿足下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。在通過各燃氣加壓站的回流閥或各燃氣加壓站的燃氣加壓機相應地調節各燃氣加壓站的燃氣加壓機輸出口的壓カ的同時，先將低熱值燃氣的流量調節到接近用戶的用氣量，再測量出混合後燃氣的熱值或根據各種燃氣的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，然後根據混合後燃氣的熱值與混合燃氣的額定熱值之差或根據混合後燃氣的預估熱值與混合燃氣的額定熱值之差調節高熱值燃氣的流量。這樣，可以在調節燃氣熱值的過程中，儘可能多地使用廉價的低熱值燃氣，儘可能少地使用高價的高熱值燃氣，以最大限度地降低混合後燃氣的成本。
當所述各種燃氣中有一種或多種燃氣需要定量使用時，根據混合後燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓カ之差，通過調節該燃氣加壓站的回流閥以及該燃氣所在調節支管道的壓カ調節閥使該燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓カ相應，或者，直接根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差，通過調節該燃氣所在調節支管道的壓カ調節閥，使該燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓カ相應。這樣，可以在加壓站定量供應燃氣的情況下，當用戶的用氣量發生變化時，確保該燃氣與其它燃氣的正常混合。根據分析混合後燃氣的實際熱值超前調節高熱值燃氣的壓力和流量。這樣，可及時地調節高熱值燃氣的壓カ和流量，確保混合後燃氣熱值的穩定。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進ー步的詳細說明。圖I是本發明的基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統的結構示意圖。圖2是本發明具有兩個燃氣混合站的基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統的結構示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，一種基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統，包括三個燃氣加壓站
I、一個燃氣混合站2，當然，所述燃氣加壓站I也可以有兩個、四個或更多個，所述燃氣混合站2也可以有兩個、三個或更多個；每ー個所述燃氣加壓站I都包括燃氣加壓機11和燃氣回流閥12，所述燃氣加壓機11為變頻加壓機，當然，也可以用任何可控的燃氣加壓機代替，所述燃氣回流閥12與燃氣加壓機11並聯連通；所述燃氣混合站2包括三個由流量計21和流量調節閥22串聯連通的調節支管道，當然，所述調節支管道的個數也可根據燃氣混合站2的個數確定；每ー個所述調節支管道的一端都與ー個所述燃氣加壓站I中燃氣加壓機11輸出ロ相連通，其另一端與燃氣混合管道相連通；所述燃氣混合管道上設有壓力表27，每ー個所述燃氣回流閥12的控制信號輸入口與控制器26的控制信號輸出ロ電連接，當然，也可以是姆一個所述燃氣加壓機11的控制信號輸入口與控制器26的控制信號輸出ロ電連接；每一個所述流量計21的信號輸出口與所述控制器26的信號輸入口電連接，每ー個所述流量調節閥22的控制信號輸入口與所述控制器26的控制信號輸出ロ電連接，所述壓カ表27的信號輸出口與所述控制器26的信號輸入口電連接。控制器中分別設有混合燃氣額定壓カ值、各種燃氣的熱值和混合燃氣的額定熱值，壓カ表及時地將燃氣混合管道輸出口的壓カ信號傳輸給控制器，控制器根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣回流閥的開度，井向各燃氣回流閥發出控制信號按分別計算出的各燃氣回流閥的開度調節回流閥，或根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣加壓機的工作頻率，井向各燃氣加壓機發出控制信號按分別計算出的各燃氣加壓機的頻率調節燃氣加壓機的頻率，與此同時，各流量計也及時地將各種燃氣的流量信號傳輸給控制器，控制器根據各種燃氣的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，並與混合燃氣的額定熱值比較，分別計算出各流量調節閥的開度，向各流量調節閥發出控制信號，按分別計算出的各流量調節閥的開度調節流量調節閥；在控制器的統ー控 制之下，既使下遊用戶的用氣量劇變，各燃氣加壓機出ロ壓カ的調節和燃氣混合站各種燃氣流量的調節也能夠協調地進行，既保證加壓機出口壓カ維持在正常工作的範圍內，又保證燃氣混合管道出口壓カ維持在混合燃氣的額定壓カ的範圍內，滿足下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。本實施方式中，各種燃氣包括焦爐煤氣，高爐煤氣和轉爐煤氣，其中，焦爐煤氣的熱值高於混合燃氣的額定熱值，所以屬於高熱值燃氣，當然，焦爐煤氣也可用高熱值的天燃 氣或其它高熱值的燃氣代替，高爐煤氣和轉爐煤氣的熱值低於混合燃氣的額定熱值，所以屬於低熱值燃氣，當然，高爐煤氣和轉爐煤氣也可用低熱值的天燃氣代替或其它低熱值的燃氣代替。由於採用了在燃氣混合管道上設置壓力表，壓カ表的信號輸出口與控制器的信號輸入口電連接，每ー個燃氣回流閥的控制信號輸入口或燃氣加壓機的控制信號輸入口與控制器的控制信號輸出口電連接的技術手段，控制器中分別設有混合燃氣額定壓カ值(根據下遊用戶的需求所確定的壓カ值)、各種燃氣的熱值和混合燃氣的額定熱值(根據下遊用戶的需求所確定的熱值)，所以，當正常使用的狀態下，燃氣混合管道輸出口的壓カ保持在混合燃氣額定壓カ的範圍內，當用戶的用氣量減小時，燃氣混合管道輸出口的壓カ增加，壓力表及時地將燃氣混合管道輸出ロ的壓カ信號傳輸給控制器，控制器根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣回流閥的開度，井向各燃氣回流閥發出控制信號按分別計算出的各燃氣回流閥的開度開閥，或根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣加壓機的工作頻率，井向各燃氣加壓機發出控制信號按分別計算出的各燃氣加壓機的頻率減頻，與此同時，各流量計也及時地將各種燃氣的流量信號傳輸給控制器，控制器根據各種燃氣的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，並將混合後燃氣的預估熱值與混合燃氣的額定熱值比較，分別計算出各流量調節閥的開度，向各流量調節閥發出控制信號按分別計算出的各流量調節閥的開度關閥；這樣，在控制器的統ー控制之下，既使下遊用戶的用氣量劇減，各燃氣加壓機出口壓力的調節和燃氣混合站各種燃氣流量的調節也能夠協調地進行，既保證加壓機出ロ壓カ維持在正常工作的範圍內，又保證燃氣混合管道出口壓カ維持在混合燃氣的額定壓カ的範圍內，滿足下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。當用戶的用氣量增大時，燃氣混合管道輸出口的壓カ減小，壓カ表及時地將燃氣混合管道輸出ロ的壓カ信號傳輸給控制器，控制器根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣回流閥的開度，井向各燃氣回流閥發出控制信號按分別計算出的各燃氣回流閥的開度關閥，或根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差分別計算出各燃氣加壓機的工作頻率，並向各燃氣加壓機發出控制信號按分別計算出的各燃氣加壓機的頻率增頻，與此同時，各流量計也及時地將各種燃氣的流量信號傳輸給控制器，控制器根據各種燃氣的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，並將混合後燃氣的預估熱值與混合燃氣的額定熱值比較，分別計算出各流量調節閥的開度，向各流量調節閥發出控制信號按分別計算出的各流量調節閥的開度開閥；這樣，在控制器的統ー控制之下，既使下遊用戶的用氣量劇增，各燃氣加壓機出口壓カ的調節和燃氣混合站各種燃氣流量的調節也能夠協調地進行，既保證加壓機出口壓カ維持在正常工作的範圍內，又保證燃氣混合管道出口壓カ維持在混合燃氣的額定壓カ的範圍內，滿足下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。以上針對ー個燃氣混合站的控制系統進行了描述，當採用兩個所述的燃氣混合站時，如圖2所示，可將該個兩個燃氣混合站2對應的調節支管道的輸入口通過三通3與相對應的燃氣加壓站的燃氣加壓機輸出ロ連通；將該個兩個燃氣混合站的燃氣混合管道通過三通3與總的燃氣混合管道連通，兩個燃氣混合站的燃氣混合管道上分別設有截止閥(圖中未畫)。這樣其中一個燃氣混合站可作為備用。作為本實施方式的一種改進，每ー個所述調節支管道都與ー個由微調流量計23和微調流量調節閥24串聯連通的微調旁管道並聯連通，每ー個所述微調流量計23的信號輸出口與所述控制器26的信號輸入口電連接，每ー個所述微調流量調節閥24的控制信號輸入口與控制器26的控制信號輸出口電連接。由於採用了微調旁管道的技術手段，所以，當需要微調各種燃氣的流量時，可通過微調旁管道進行調節，當需要大幅度調節各種燃氣的流量時，可通過調節支管道進行調節，可以精確而快速地調節各種燃氣的流量，使混合後的燃氣快速地達到混合燃氣的額定熱值。 作為本實施方式進ー步的改進，每ー個所述調節支管道的一端通過壓カ調節閥25與所述燃氣加壓機11輸出口相連通，每ー個所述壓カ調節閥25的控制信號輸入口與所述控制器26的控制信號輸出口電連接。由於採用了壓カ調節閥的技術手段，所以，有利於高熱值燃氣壓カ的調節，也有利於定量使用燃氣壓カ的調節。其具體作用在後面的控制方法中詳細描述。作為本實施方式再進ー步的改進，所述燃氣加壓站I有三個，分別是焦爐煤氣加壓站、高爐煤氣加壓站和轉爐煤氣加壓站；所述燃氣混合站2是ー個煤氣混合站,該煤氣混合站有三個由流量計21和流量調節閥22串聯連通的調節支管道。作為本實施方式又進ー步的改進，所述控制器26是PLC控制器；所述PLC控制器通過乙太網通訊方式與無模型自適應控制器(MFA Model-Free Adaptive) 29電連接。經過篩選選中，美國博軟公司的無模型自適應(MFA Model-FreeAdaptive)控制技術為核心美國NI公司的組態軟體LabVIEW8. 60為平臺構築於小型先控站(MFA) UN0-1170上，並通過Modbus TCP通訊協議與原系統結合產品。該控制器及組態軟體完全具備構成對熱軋煤氣混合加壓站現有自動化設備進行整合控制，實現其連續穩定運行的先進控制系統。該產品具有運行穩定可靠，控制精度高，處理及時，操作、維護簡易等功能特點，由於採用了 PLC控制器的技術手段，所以，可確保本發明控制系統的穩定性，又由於採用了無模型自適應控制器(MFA Model-Free Adaptive)的技術手段，所以，可大大提高系統的運算速度，使混合後燃氣的壓カ、流量和熱值快速地穩定。作為本實施方式更進一歩的改進，所述燃氣混合管道上設有熱值分析儀28，所述熱值分析儀28的信號輸出口與所述控制器26的信號輸入口電連接。由於採用了熱值分析儀的技術手段，所以，可通過熱值分析儀測出混合後燃氣的熱值，並將熱值信號傳輸給控制器，控制器可超前向高熱值燃氣的加壓機發出控制信號，及時地調節高熱值燃氣的壓カ和流量，確保混合後燃氣熱值的穩定。本發明利用基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統的控制方法是當用戶的用氣量發生變化時，根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差通過各燃氣加壓站的回流閥或各燃氣加壓站的燃氣加壓機相應地調節各燃氣加壓站的燃氣加壓機輸出口的壓力，同時，根據用戶的用氣量相應地調節各種燃氣(如焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣)的流量，使混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ相應，使混合後燃氣的實際流量與用戶的用氣量相應，使混合後燃氣的熱值與混合燃氣的額定熱值相應。
本實施方式中，由於採用了根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差通過各燃氣加壓站的回流閥或各燃氣加壓站的燃氣加壓機相應地調節各燃氣加壓站的燃氣加壓機輸出ロ的壓カ的技術手段，所以，通過下遊用戶的用氣量的變化將各燃氣加壓站、燃氣混合站協調起來統ー控制，能夠及時地獲知燃氣混合管道出ロ壓カ的變化，並根據燃氣混合管道出口壓カ的變化直接及時地控制各燃氣加壓機出口的壓力，又由於採用了根據用戶的用氣量相應地調節各種燃氣的流量的技術手段，使各燃氣加壓機出口壓カ的調節和燃氣混合站各種燃氣流量的調節協調地進行，所以，本控制系統既保證了加壓機出口壓力維持在正常工作的範圍內，又保證了燃氣混合管道出口壓カ維持在混合燃氣的額定壓カ的範圍內，滿足下遊用戶對燃氣的壓力、流量、熱值的要求。作為本實施方式的一種改進，在通過各燃氣加壓站的回流閥或各燃氣加壓站的燃氣加壓機相應地調節各燃氣加壓站的燃氣加壓機輸出口的壓カ的同時，先將低熱值燃氣(如高爐煤氣)的流量調節到接近用戶的用氣量，再測量出混合後燃氣的熱值(通過熱值分析儀測量分析熱值)或根據各種燃氣(如焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣)的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，然後根據混合後燃氣的熱值與混合燃氣的額定熱值之差或根據混合後燃氣的預估熱值與混合燃氣的額定熱值之差調節高熱值燃氣(如焦爐煤氣)的流量，此時可通過調節高熱值燃氣的調節支管道上的壓カ調節閥控制高熱值燃氣的壓力，確保高熱值燃氣能正常與其它燃氣混合。這樣，可以在調節燃氣熱值的過程中，儘可能多地使用廉價的低熱值燃氣，儘可能少地使用高價的高熱值燃氣，以最大限度地降低混合後燃氣的成本。通過實踐，計算出的預估熱值數據和混合燃氣實際測量熱值數據基本一致，如果預估熱值有誤差可以在控制器中進行修正，預估熱值同時可以檢驗實際測量熱值和各種燃氣的流量是否準確，熱值分析儀自動換路吹掃時會出現熱值波動大，在校驗標定熱值分析儀或者熱值分析儀發生故障時就會影響到MFA控制器對本控制系統產生的影響。解決辦法是在實際測量熱值分析儀與預估熱值之間增加一個無擾動選擇自動切換。作用是防止在校驗標定熱值分析儀或者熱值分析儀發生故障時可用預估熱值代替實際測量熱值分析儀，避免MFA控制系統因熱值分析儀在自動換路吹掃和發生故障時需要手動控制吋，影響整套系統自動控制。作為本實施方式進ー步的改進，當所述各種燃氣中有一種或多種燃氣需要定量使用時(如轉爐煤氣由轉爐煤氣加壓站定量控制)，根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓力之差通過調節該燃氣加壓站的回流閥以及該燃氣所在調節支管道的壓カ調節閥使該燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓カ相應，或者，直接根據混合後燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ之差通過調節該燃氣所在調節支管道的壓カ調節閥，使該燃氣的實際壓カ與混合燃氣的額定壓カ相應。這樣，可以在加壓站定量供應燃氣的情況下，當用戶的用氣量發生變化時，確保該燃氣與其它燃氣的正常混合。作為本實施方式又進ー步的改進，根據分析混合後燃氣的實際熱值超前調節高熱值燃氣的壓カ和流量。這樣，可及時地調節高熱值燃氣的壓カ和流量，確保混合後燃氣熱值 的穩定。
權利要求
1.一種基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統，其特徵在於該系統包括至少兩個燃氣加壓站、至少一個燃氣混合站；每一個所述燃氣加壓站都包括燃氣加壓機和燃氣回流閥，所述燃氣回流閥與燃氣加壓機並聯連通；所述燃氣混合站包括至少兩個由流量計和流量調節閥串聯連通的調節支管道；每一個所述調節支管道的一端都與一個所述燃氣加壓站中燃氣加壓機輸出口相連通，其另一端與燃氣混合管道相連通；所述燃氣混合管道上設有壓力表；每一個所述燃氣回流閥的控制信號輸入口或每一個所述燃氣加壓機的控制信號輸入口與控制器的控制信號輸出口電連接；每一個所述流量計的信號輸出口與所述控制器的信號輸入口電連接，每一個所述流量調節閥的控制信號輸入口與所述控制器的控制信號輸出口電連接，所述壓力表的信號輸出口與所述控制器的信號輸入口電連接；所述控制器中分別設有混合燃氣額定壓力值、各種燃氣的熱值和混合燃氣的額定熱值；壓力表及時地將燃氣混合管道輸出口的壓力信號傳輸給控制器，所述控制器根據混合後燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓力之差分別計算出各燃氣回流閥的開度，並向各燃氣回流閥發出控制信號，根據每個燃氣回流閥的開度調節各回流閥，或根據混合後燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓力之差分別計算出各燃氣加壓機的工作頻率，並向各燃氣加壓機發出控制信號，根據每個燃氣加壓機的工作頻率調節各燃氣加壓機，與此同時，各流量計也及時地將各種燃氣的流量信號傳輸給控制器，所述控制器根據各種燃氣的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，並將混合後燃氣的預估熱值與混合燃氣的額定熱值比較，分別計算出各流量調節閥的開度，向各流量調節閥發出控制信號，根據每個流量調節閥的開度調節各流量調節閥。
2.根據權利要求I所述的基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統，其特徵在於每一個所述調節支管道都與一個由微調流量計和微調流量調節閥串聯連通的微調旁管道並聯連通，每一個所述微調流量計的信號輸出口與所述控制器的信號輸入口電連接，每一個所述微調流量調節閥的控制信號輸入口與控制器的控制信號輸出口電連接。
3.根據權利要求2所述的基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統，其特徵在於每一個所述調節支管道的一端通過壓力調節閥與所述燃氣加壓機輸出口相連通，每一個所述壓力調節閥的控制信號輸入口與所述控制器的控制信號輸出口電連接。
4.根據權利要求3所述的基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統，其特徵在於所述燃氣加壓站有三個，分別是焦爐煤氣加壓站、高爐煤氣加壓站和轉爐煤氣加壓站；所述燃氣混合站是一個煤氣混合站，該煤氣混合站有三個由流量計和流量調節閥串聯連通的調節支管道。
5.根據權利要求I所述的基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統，其特徵在於所述控制器是PLC控制器；所述PLC控制器通過乙太網通訊方式與無模型自適應控制器MFA電連接。
6.根據權利要求I至5之一所述的基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統，其特徵在於所述燃氣混合管道上設有熱值分析儀，所述熱值分析儀的信號輸出口與所述控制器的信號輸入口電連接。
7.一種燃氣混合控制方法，其特徵在於當用戶的用氣量發生變化時，根據混合後燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓力之差，通過各燃氣加壓站的回流閥或各燃氣加壓站的燃氣加壓機相應地調節各燃氣加壓站的燃氣加壓機輸出口的壓力，同時，根據用戶的用氣量相應地調節各種燃氣的流量，使混合後燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓力相應，使混合後燃氣的實際流量與用戶的用氣量相應，使混合後燃氣的熱值與混合燃氣的額定熱值相應。
8.根據權利要求7所述的燃氣混合控制方法，其特徵在於在通過各燃氣加壓站的回流閥或各燃氣加壓站的燃氣加壓機相應地調節各燃氣加壓站的燃氣加壓機輸出口的壓力的同時，先將低熱值燃氣的流量調節到接近用戶的用氣量，再測量出混合後燃氣的熱值或根據各種燃氣的熱值和各種燃氣的實際流量計算出混合後燃氣的預估熱值，然後根據混合後燃氣的熱值與混合燃氣的額定熱值之差或根據混合後燃氣的預估熱值與混合燃氣的額定熱值之差調節高熱值燃氣的流量。
9.根據權利要求7所述的燃氣混合控制方法，其特徵在於，還包括當所述各種燃氣中有一種或多種燃氣需要定量使用時，根據混合後燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓力之差，通過調節該燃氣加壓站的回流閥以及該燃氣所在調節支管道的壓力調節閥使該燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓力相應，或者，直接根據混合後燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓力之差，通過調節該燃氣所在調節支管道的壓力調節閥，使該燃氣的實際壓力與混合燃氣的額定壓力相應。
10.根據權利要求7至9之一所述的燃氣混合控制方法，其特徵在於，還包括根據分析混合後燃氣的實際熱值超前調節高熱值燃氣的壓力和流量。
全文摘要
本發明公開了一種基於加壓機和閥組的燃氣混合控制系統及其控制方法，所述控制系統包括燃氣加壓站、燃氣混合站；燃氣加壓站包括燃氣加壓機和燃氣回流閥，所述燃氣回流閥與燃氣加壓機並聯連通；所述燃氣混合站包括由流量計和流量調節閥串聯連通的調節支管道；調節支管道與燃氣加壓機輸出口相連通，並與燃氣混合管道相連通；所述燃氣混合管道上設有壓力表，燃氣回流閥、流量計、流量調節閥及壓力表的信號接口分別與控制器的信號接口電連接。通過該系統的控制方法可自動實現對混合燃氣的壓力、流量及熱值的控制，滿足用戶的要求。
文檔編號G05D11/13GK102681559SQ20121016104
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者付新安, 任樹茂, 李楊, 洪雷, 王建東, 陳德磊 申請人:首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司