一種高爐頂壓控制非線性數學建模方法
2023-05-27 17:15:46
一種高爐頂壓控制非線性數學建模方法
【專利摘要】本發明公開了一種高爐頂壓控制非線性數學建模方法，對高爐頂壓控制過程進行機理分析，綜合考慮了透平機靜葉開度、高爐煤氣流量、高爐生產物理過程等因素的變化對高爐爐頂壓力的影響，從而通過數學模型準確、有效地描述了高爐爐頂壓力控制過程，對於優化高爐頂壓控制方案從而保證高爐的穩順生產、提高高爐生產的產量和質量具有重要的意義。
【專利說明】一種高爐頂壓控制非線性數學建模方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高爐頂壓控制領域，特別是一種高爐頂壓控制非線性數學建模方法。【背景技術】
[0002]高爐爐頂煤氣餘壓回收透平發電系統(TRT)是一種利用高爐爐頂煤氣的壓力能和熱能，通過透平膨脹驅動發電機或其它設備進行能量回收的系統，如圖1所示，高爐煤氣通過重力除塵與幹法除塵後，進入TRT系統與減壓閥組(TRT系統與減壓閥組為並聯關係)，最終進入煤氣總管道。系統對降低高爐能耗，提高能量利用率具有重要意義，同時還起到穩定高爐頂壓的作用。系統作為一種高效的二次能源回收裝置，其運行的前提是必須確保高爐頂壓的穩定性。建立準確的高爐頂壓控制系統數學模型是設計優良的高爐頂壓控制方案的必要條件，它對穩定高爐爐頂壓力、提高高爐生產的產量和質量具有重要意義。
[0003]高爐爐頂壓力系統如圖2所示，正常工況時，高爐煤氣進入高爐頂壓系統，通過可調靜葉進入透平膨脹做功，膨脹後的氣體進入煤氣總管。快開閥和旁開閥起保護作用(正常工況時關閉，當頂壓或前壓高於某閾值時才打開以釋放壓力)。
[0004]目前國內外研究針對該對象建立的數學模型都是通過各個高爐系統過程模型結合分析得到，結構複雜，且往往未能直觀的反應高爐頂壓控制過程；國內外研究對高爐頂壓模型未採取參數辨識的方法進行模型各項參數的確定，模型往往難以具有實用性。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種高爐頂壓控制非線性數學建模方法，
[0006]為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是:一種高爐頂壓控制非線性數學建模方法，該方法為:
[0007]I)確定高爐爐頂壓力系統靜葉流通面積F與靜葉開度L之間的關係:
[0008]F=KfL+k0 ；
[0009]其中，Kf、kQ均為常數；
[0010]2)確定所述靜葉煤氣流量Q2與高爐爐頂煤氣流量Q1之間的關係:
【權利要求】
1.一種高爐頂壓控制非線性數學建模方法，其特徵在於，該方法為: 1)確定高爐爐頂壓力系統靜葉流通面積F與靜葉開度L之間的關係:
F=KfL+k0 ； 其中，Kpktl均為常數； 2)確定所述靜葉煤氣流量Q2與高爐爐頂煤氣流量Q1之間的關係: Λ _ 4?αρ Ca =—j=r—^―-1 其中，A為常數；P為煤氣密度；ξ為靜葉對煤氣流的阻力係數；Λ P=P1-P2, P1為高爐爐頂壓力實際值；Ρ2為煤氣通過高爐爐頂壓力系統後高爐煤氣總管的壓力； 3)利用靜葉煤氣流量Q2與高爐爐頂煤氣流量Q1得到高爐爐頂壓力實際值P1的微分表達式:
- = KiQl-Q1) X
dt 其中，K為常數； 4)將步驟2)的公式代入步驟3)的公式中，得到+
dt`Λ?ξ H P 5)將步驟I)的公式代入步驟4)的公式中，得到: ^El=^k^￡(k I+κιβΞΚ十 mi; Λ 者— I P 6)將步驟5)的公式離散化，得到高爐爐頂壓力實際值的離散表達式:
Ji1(Jt) = P1 (k-l) + aL(k) ?Λ]ρι (Ar) -15 + bQt (k)+C^Jpt (A)-15 +d ； 其中，a、b、c、d為常數,利用最小二乘法確定a、b、C、d (k)為k時刻高爐爐頂壓力實際值；L(k)為k時刻靜葉開度W1GO為k時刻高爐爐頂煤氣流量。
2.根據權利要求1所述的高爐頂壓控制非線性數學建模方法，其特徵在於，所述步驟2)中，煤氣通過高爐爐頂壓力系統後高爐煤氣總管的壓力P2的取值範圍為10KPa-15KPa。
3.根據權利要求2所述的高爐頂壓控制非線性數學建模方法，其特徵在於，煤氣通過高爐爐頂壓力系統後高爐煤氣總管的壓力P2為15KPa。
4.根據權利要求1~3之一所述的高爐頂壓控制非線性數學建模方法，其特徵在於，所述步驟6)中,利用最小二乘法確定a、b、C、d的具體步驟如下: 1)建立以下準則函數,/(&):
5.根據權利要求4所述的高爐頂壓控制非線性數學建模方法，其特徵在於[a, b, c, d] = [-0 .0176，5.0789X 10-5，-46.1392，671.4824]。
【文檔編號】G06F17/50GK103823925SQ201410037817
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】安劍奇, 吳敏, 何勇, 曹衛華, 李潤亞 申請人:中南大學