一種焦爐集氣管壓力的控制方法及系統的製作方法

2023-06-16 20:41:51 2

專利名稱：一種焦爐集氣管壓力的控制方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及焦爐集氣管領域，更具體的說，涉及焦爐集氣管壓力的控制方法及系統。
背景技術：
請參見圖1所示，焦爐(11，12)的集氣管(13，14，15，16)是用鋼板焊制而成的圓筒或槽形結構，沿整個焦爐(11，12)縱向置於爐柱託架上，用於匯集各炭化室的荒煤氣和冷凝焦油、氨水。鼓風機組21提供的吸力專供荒煤氣排出，並將其送入煤氣淨化室22進行深加工，其上裝有手動和自動蝶閥(17)用以調節集氣管壓力。集氣管壓力是焦爐(11，12)生產的重要參數，必須進行嚴格控制，一般集氣管壓力設定值約130帕。在對現有技術的研究和實踐過程中，本發明的發明人發現現有技術存在以下問題集氣管(13，14，15，16)內部會由於很多因素導致集氣管壓力不穩定，例如生產工藝過程擾動和蝶閥後吸力擾動，都能夠使集氣管壓力過高或過低。如果集氣管壓力過高，將造成荒煤氣放散，不僅造成資源浪費，同時還會產生較大的環境汙染，惡化現場操作環境； 如果集氣管壓力過低，甚至出現負壓時，空氣可能會進入碳化室，使爐內焦炭燃燒，這不但增加焦炭的灰分，而且焦炭灰分在高溫下將侵蝕爐牆磚，將會減少焦爐(11,1 的使用壽命，另外，漏入的空氣會燒掉一部分荒煤氣，使化學產品的產量減少。因此，如何實現集氣管壓力的自動調節，以使集氣管壓力處於預先設定的狀態，成為目前最需要解決的問題。

發明內容
有鑑於此，本發明的設計目的在於，提供一種焦爐集氣管壓力的控制方法及系統， 以實現集氣管壓力的自動調節，從而避免集氣管壓力的不穩定狀態。本發明實施例是這樣實現的一種焦爐集氣管壓力的控制方法，包括1)獲取測量值獲取集氣管壓力值和蝶閥後吸力值；2)計算排氣擾動量將所述集氣管壓力值和集氣管設定值的差值進行PID比例、 積分和微分的運算，以得到排氣擾動量；3)計算吸力擾動量將所述蝶閥後吸力值與預先設定的擾動作用係數的比值作為吸力擾動量；4)控制蝶閥的開度將所述排氣擾動量和所述吸力擾動量的差值作為蝶閥控制信號來控制蝶閥的開度。2、根據權利要求1所述的焦爐集氣管壓力的控制方法，其特徵在於，在步驟1)中， 獲取所述蝶閥後吸力值的測量點為氣體從蝶閥處以預設速度在集氣管內流動預設時間的位置。
優選地，在上述的焦爐集氣管壓力的控制方法中，所述採集時間具體為1-2秒。優選地，在上述的焦爐集氣管壓力的控制方法中，當所述排氣擾動量增大，且所述吸力擾動量不變時，則所述蝶閥的開度增大。優選地，在上述的焦爐集氣管壓力的控制方法中，當所述排氣擾動量和所述吸力擾動量同時增大，且所述排氣擾動量與所述吸力擾動量的增量完全相同時，則所述蝶閥的開度不變。優選地，在上述的焦爐集氣管壓力的控制方法中，當所述排氣擾動量和所述吸力擾動量同時增大，且所述排氣擾動量的增量小於所述吸力擾動量的增量時，則所述蝶閥的開度減小。優選地，在上述的焦爐集氣管壓力的控制方法中，當所述排氣擾動量增大且所述吸力擾動量減小時，則所述蝶閥的開度增大。一種焦爐集氣管壓力的控制系統，包括集氣管壓力測量裝置、蝶閥後吸力測量裝置、排氣擾動量計算模塊、吸力擾動量計算模塊和蝶閥控制運算模塊；其中，所述集氣管壓力測量裝置，用於獲取集氣管壓力值；所述蝶閥後吸力測量裝置，用於獲取蝶閥後吸力值；所述排氣擾動量計算模塊，用於將所述集氣管壓力值和集氣管設定值的差值進行 PID比例、積分和微分的運算，以得到排氣擾動量；所述吸力擾動量計算模塊，用於將所述蝶閥後吸力值與預先設定的擾動作用係數的比值作為吸力擾動量；所述蝶閥控制運算模塊，用於將所述排氣擾動量和所述吸力擾動量的差值作為蝶閥控制信號來控制蝶閥的開度。優選地，在上述的焦爐集氣管壓力的控制系統中，集氣管壓力測量裝置和蝶閥後吸力測量裝置均為差壓變送器。優選地，在上述的焦爐集氣管壓力的控制系統中，還包括集氣管壓力顯示模塊和蝶閥後吸力顯示模塊；所述集氣管壓力測量裝置通過所述集氣管壓力顯示模塊與所述排氣擾動量計算模塊相連接；所述蝶閥後吸力測量裝置通過所述蝶閥後吸力顯示模塊與所述吸力擾動量計算模塊相連接。與現有技術相比，本實施例提供的技術方案具有以下優點和特點在本發明提供的方案中，通過獲取集氣管壓力值和蝶閥後吸力值，並根據上述數據通過上述方法來進行計算，最終將得到的數據用以控制蝶閥的開度。因此，本發明提供的方案可以自動的調節集氣管壓力，從而可以消除各種因素產生的集氣管壓力不穩定的情況，所以可以避免因集氣管壓力過大或過小而產生的各種缺陷。


為了更清楚地說明本發明或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有焦爐集氣管的示意圖；圖2為本發明所提供的一種焦爐集氣管壓力的控制方法的流程圖；圖3為本發明所提供的一種焦爐集氣管壓力的控制系統的示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。影響集氣管壓力的擾動因素大體可分為兩部分，即焦爐(11,1 本體生產工藝過程擾動和蝶閥後吸力擾動。但是，蝶閥後吸力不僅受鼓風機前吸力影響，而且還受集氣管壓力，蝶閥17的開度以及相鄰集氣管的蝶閥後吸力不均衡的影響。當集氣管(13，14，15， 16)的蝶閥後吸力不均衡時，必然會造成閥後各吸力之間的相互擾動，如果這種擾動不能很快消除，很容易出現耦合現象，耦合現象反過來會加劇這種擾動，同時破壞集氣管壓力的穩定，形成惡性循環。有鑑於此，本發明實施例提供了一種焦爐集氣管壓力的控制方法及系統，以解決現有技術中存在的問題。由於上述焦爐集氣管壓力的控制方法及系統的具體實現存在多種方式，下面通過具體實施例進行詳細說明請參見圖2所示，圖2所示的為一種焦爐集氣管壓力的控制方法，該方法包括步驟Si、獲取測量值獲取集氣管壓力值和蝶閥後吸力值；步驟S2、計算排氣擾動量將所述集氣管壓力值和集氣管設定值的差值進行PID 比例、積分和微分的運算，以得到排氣擾動量；步驟S3、計算吸力擾動量將所述蝶閥後吸力值與預先設定的擾動作用係數的比值作為吸力擾動量；步驟S4、控制蝶閥的開度將所述排氣擾動量和所述吸力擾動量的差值作為蝶閥控制信號來控制蝶閥的開度。在圖2所示的實施例中，由於集氣管壓力與蝶閥後吸力之間的關係是相互排斥和相互依存的，蝶閥後吸力的變化不僅受鼓風機前總吸力的影響，而且還受集氣管壓力、調節蝶閥的動作，以及相鄰各調節蝶閥後吸力的互相擾動。當對集氣管壓力進行調節時，蝶閥的動作一方面通過改變荒煤氣的輸出流量減小壓力偏差，另一方面，通過蝶閥的阻力變化可直接改變吸力的大小，此時，由於受流量和吸力的雙重作用，使集氣管壓力表現出近似超調的現象。為了改善焦爐集氣管壓力的動態特性，減小超調量，本發明針對集氣管壓力和蝶閥後吸力進行相應的運算，以得到合適的蝶閥控制信號來控制蝶閥的開度，從而可以避免集氣管壓力過大或過小。蝶閥控制信號為排氣擾動量和吸力擾動量的差值，排氣擾動量為集氣管壓力值和集氣管設定值的差值進行PID比例、積分和微分的運算而得到，吸力擾動量為蝶閥後吸力值與預先設定的擾動作用係數的比值，所以通過上述內容就可以了解到蝶閥控制信號，並通過該信號來改變蝶閥開度的大小。根據本段內容，可總結出集氣管壓力控制輸出運算式， 該控制輸出的公式為CPV = MV-PV，PV = PXK，其中，CPV為蝶閥控制信號，MV為排氣擾動量，PV為吸力擾動量，P為蝶閥後吸力值，K為擾動作用係數。通過上述內容可知，即使排氣擾動量保持不變，仍可以根據吸力擾動量，輸出蝶閥控制信號，最大限度的減小吸力對集氣管壓力的擾動，同時，可有效衰減各蝶閥後吸力之間的相互擾動，維持蝶閥後各吸力之間的均衡，可大大減小各集氣管壓力在控制過程中的互相擾動，因此，本控制方法具有良好的獨立性和自適應型。在圖2所示的實施例中，在步驟Sl獲取測量值的過程中，恰當的測量點有助於提高調節品質。集氣管壓力測量點應選在能反映集氣管平均壓力的地方，通常選在集氣管中心位置；蝶閥後吸力值的測量點的選擇應考慮從吸力採集到引起蝶閥動作的時間間隔，即氣體從蝶閥處以預設速度在集氣管內流動預設時間的位置。理論上說，調節蝶閥前為正壓力，蝶閥後為負壓力(吸力)。在靠近蝶閥的兩側，由於受閥前正壓力和閥後吸力，以及蝶閥工作狀態的擾動，距離蝶閥愈近的地方，壓力的變化會非常劇烈，為了比較客觀的反映蝶閥後吸力的擾動強度，吸力測量點與蝶閥之間應保持適當的間距。在集氣管壓力控制過程中，最好能夠保證被控制壓力與目標值始終保持相對一致，偏差越小越好。如果吸力測量點與蝶閥之間的間距過大，那麼，吸力變化時的測量時間將顯著提前，此時的被控制壓力還未發生偏離，蝶閥控制信號就已經得到新的值，造成蝶閥動作，迫使被控壓力偏離目標值。因此，在選擇吸力測量點時，可根據測量儀表的信號採集時間和荒煤氣的流速綜合考慮，通常，測量儀表的信號採集時間為1 2秒。下面舉例說明蝶閥後吸力值的測量點的選取例如，一座雙集氣管焦爐年產焦炭量為60萬噸，荒煤氣產能約為440立方米/噸，由此計算出荒煤氣的流量約為30000立方米/時，通過單個集氣管的流量為15000立方米/時，蝶閥後吸氣管直徑為1200毫米，那麼可計算出流速為3. 7米/秒。因此，閥後吸力測量點可選在閥後4米處。請參見圖3所示，圖3所示的為一種焦爐集氣管壓力的控制系統4，圖3所示的控制系統4可以實現上述圖2所示的方法，該控制系統4包括集氣管壓力測量裝置46、蝶閥後吸力測量裝置47、排氣擾動量計算模塊43、吸力擾動量計算模塊44和蝶閥控制運算模塊45 ；其中，所述集氣管壓力測量裝置46，用於獲取集氣管壓力值；所述蝶閥後吸力測量裝置47，用於獲取蝶閥後吸力值；所述排氣擾動量計算模塊43，用於將所述集氣管壓力值和集氣管設定值的差值進行PID比例、積分和微分的運算，以得到排氣擾動量；所述吸力擾動量計算模塊44，用於將所述蝶閥後吸力值與預先設定的擾動作用係數的比值作為吸力擾動量；所述蝶閥控制運算模塊45，用於將所述排氣擾動量和所述吸力擾動量的差值作為蝶閥控制信號來控制蝶閥17的開度。在圖3所示的實施例中，集氣管壓力測量裝置46和蝶閥後吸力測量裝置47均可採用差壓變送器。還可在本控制系統4中設置集氣管壓力顯示模塊41和蝶閥後吸力顯示模塊42，從而可以實現外接顯示設備，以便於工作人員及時進行查看。其中，集氣管壓力測量裝置46通過集氣管壓力顯示模塊41與所述排氣擾動量計算模塊43相連接；所述蝶閥後吸力測量裝置47通過所述蝶閥後吸力顯示模塊42與所述吸力擾動量計算模塊44相連接。在圖3所示的實施例中，控制系統4根據集氣管壓力值與集氣管設定值的偏差進行PID比例、積分和微分的運算，如果集氣管壓力值大於集氣管設定值，則PID運算輸出排氣擾動量增大，此時可能會有四種情況其一，若蝶閥後吸力比較穩定，那麼吸力擾動量保持不變，蝶閥控制信號的值隨排氣擾動量的值增大而增大，蝶閥開度增大，被控壓力下降，偏差減小；其二，其二，若蝶閥後吸力和蝶閥前集氣管壓力同時增大，則吸力擾動量的變化量與排氣擾動量的變化量大小相當或相近，符號相反，它們完全或部分抵消，蝶閥控制信號的值不變或變化很小，此時，僅僅利用吸力的作用就可使集氣管壓力下降，減小偏差；其三，如果蝶閥後吸力大幅增加，可對集氣管壓力產生較大影響，此時吸力擾動量的變化量將大於排氣擾動量的變化量，蝶閥控制信號反而減小，蝶閥向關的方向動作，避免吸力對集氣管壓力的過於擾動，保持壓力穩定；其四，若蝶閥後吸力減小，可使集氣管壓力迅速升高，這時的吸力擾動量減小可彌補排氣擾動量的變化量的不足，使蝶閥控制信號的增量大於排氣擾動量的增量，以增強集氣管壓力的調節作用。同理，當集氣管壓力值小於集氣管設定值時，控制運算也是如此。對於多個集氣管壓力調節單元來說，鼓風機組21提供給集氣管的總吸力一般為-1. 8至-2. 2千帕之間。吸力總管道上的任何變化都會引起蝶閥後吸力的波動，破壞各吸力之間的均衡，當各吸力變化時，必然會打破調節蝶閥前集氣管壓力和蝶閥後吸力之間的平衡，從而破壞集氣管壓力的穩定，為了防止集氣管壓力大幅波動，控制系統4在調節各集氣管壓力的同時，根據蝶閥後各吸力的變化量，對各調節蝶閥進行閥位修正，既可以使閥前壓力和閥後吸力重新趨於平衡，抑制集氣管壓力受到進一步的幹擾，維持壓力穩定，又可以利用其自適應的特點使閥後各吸力趨於均衡，避免出現耦合現象。因此，本發明提供的控制方法及系統可有效解決集氣管壓力控制中的耦合問題， 減小超調量，提高調節品質，改善控制系統的動態特性。而且，本發明不僅適用於各種焦爐的集氣管壓力控制，而且還可用於具有互相擾動的各種工況。需要說明的是，圖2至圖3所示的實施例只是本發明所介紹的優選實施例，本領域技術人員在此基礎上，完全可以設計出更多的實施例，因此不在此處贅述。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種焦爐集氣管壓力的控制方法，其特徵在於，包括1)獲取測量值獲取集氣管壓力值和蝶閥後吸力值；2)計算排氣擾動量將所述集氣管壓力值和集氣管設定值的差值進行PID比例、積分和微分的運算，以得到排氣擾動量；3)計算吸力擾動量將所述蝶閥後吸力值與預先設定的擾動作用係數的比值作為吸力擾動量；4)控制蝶閥的開度將所述排氣擾動量和所述吸力擾動量的差值作為蝶閥控制信號來控制蝶閥的開度。
2.根據權利要求1所述的焦爐集氣管壓力的控制方法，其特徵在於，在步驟1)中，獲取所述蝶閥後吸力值的測量點為氣體從蝶閥處以預設速度在集氣管內流動預設時間的位置。
3.根據權利要求2所述的焦爐集氣管壓力的控制方法，其特徵在於，所述採集時間具體為1-2秒。
4.根據權利要求1所述的焦爐集氣管壓力的控制方法，其特徵在於，當所述排氣擾動量增大，且所述吸力擾動量不變時，則所述蝶閥的開度增大。
5.根據權利要求1所述的焦爐集氣管壓力的控制方法，其特徵在於，當所述排氣擾動量和所述吸力擾動量同時增大，且所述排氣擾動量與所述吸力擾動量的增量完全相同時， 則所述蝶閥的開度不變。
6.根據權利要求1所述的焦爐集氣管壓力的控制方法，其特徵在於，當所述排氣擾動量和所述吸力擾動量同時增大，且所述排氣擾動量的增量小於所述吸力擾動量的增量時， 則所述蝶閥的開度減小。
7.根據權利要求1所述的焦爐集氣管壓力的控制方法，其特徵在於，當所述排氣擾動量增大且所述吸力擾動量減小時，則所述蝶閥的開度增大。
8.一種焦爐集氣管壓力的控制系統，其特徵在於，包括集氣管壓力測量裝置、蝶閥後吸力測量裝置、排氣擾動量計算模塊、吸力擾動量計算模塊和蝶閥控制運算模塊；其中，所述集氣管壓力測量裝置，用於獲取集氣管壓力值；所述蝶閥後吸力測量裝置，用於獲取蝶閥後吸力值；所述排氣擾動量計算模塊，用於將所述集氣管壓力值和集氣管設定值的差值進行PID 比例、積分和微分的運算，以得到排氣擾動量；所述吸力擾動量計算模塊，用於將所述蝶閥後吸力值與預先設定的擾動作用係數的比值作為吸力擾動量；所述蝶閥控制運算模塊，用於將所述排氣擾動量和所述吸力擾動量的差值作為蝶閥控制信號來控制蝶閥的開度。
9.根據權利要求8所述的焦爐集氣管壓力的控制系統，其特徵在於，集氣管壓力測量裝置和蝶閥後吸力測量裝置均為差壓變送器。
10.根據權利要求8所述的焦爐集氣管壓力的控制系統，其特徵在於，還包括集氣管壓力顯示模塊和蝶閥後吸力顯示模塊；所述集氣管壓力測量裝置通過所述集氣管壓力顯示模塊與所述排氣擾動量計算模塊相連接；所述蝶閥後吸力測量裝置通過所述蝶閥後吸力顯示模塊與所述吸力擾動量計算模塊相連接。
全文摘要
本發明公開了一種焦爐集氣管壓力的控制方法，包括1)獲取測量值；2)計算排氣擾動量；3)計算吸力擾動量；4)控制蝶閥的開度。在本發明提供的方案中，通過獲取集氣管壓力值和蝶閥後吸力值，並根據上述數據通過上述方法來進行計算，最終將得到的數據用以控制蝶閥的開度。因此，本發明提供的方案可以自動的調節集氣管壓力，從而可以消除各種因素產生的集氣管壓力不穩定的情況，所以可以避免因集氣管壓力過大或過小而產生的各種缺陷。
文檔編號C10B41/08GK102433134SQ201110299399
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者亓愛峰, 呂明秀, 張弘弢, 徐志明, 柳希泉, 王亮, 王彩琴, 王振中, 白如賓, 章博, 高青松 申請人:萊蕪鋼鐵集團電子有限公司