高爐送風(fēng)自動加濕控制系統(tǒng)

洪偉+王翀

摘 要：本文主要介紹2500m3高爐鼓風(fēng)加濕系統(tǒng)控制及實(shí)現(xiàn)方式。

關(guān)鍵詞：鼓風(fēng)量；蒸汽流量；濕度；自動控制

1 引言

高爐送風(fēng)自動加濕控制系統(tǒng)，其功能是對高爐鼓風(fēng)送來的冷風(fēng)中摻入的蒸汽量進(jìn)行控制，以滿足高爐對送風(fēng)濕度的要求。如果送風(fēng)濕度控制失常，將會造成高爐爐況的大幅波動，影響高爐生產(chǎn)。

2 自動加濕技術(shù)的控制原理及流程

高爐送風(fēng)自動加濕系統(tǒng)主要由加濕蒸汽流量、壓力、溫度檢測、送風(fēng)濕度檢測，加濕蒸汽流量調(diào)節(jié)等檢測系統(tǒng)組成，采用兩種自動控制方式完成自動濕份控制。一種控制方式采用定蒸汽流量調(diào)節(jié)控制。另一種控制方式采用定濕度控制。兩種控制方式可以隨意選擇。

2.1 第一種控制方式：高爐鼓風(fēng)加濕采用定蒸汽流量調(diào)節(jié)控制方式，即在進(jìn)入熱風(fēng)爐前的鼓風(fēng)管道中加入高爐操作人員設(shè)定的蒸汽量。

高爐鼓風(fēng)加濕采用介質(zhì)：：蒸汽；加濕蒸汽量：max15t/h（最大蒸汽流量以能滿足高爐鼓風(fēng)濕份達(dá)到40g/m3要求為準(zhǔn)）加濕蒸汽壓力：1.6MPa，減壓后0.8～1.0MPa；加濕部位：距熱風(fēng)爐50米以上。

1）.設(shè)備流程圖：

2）.原理

上圖為單回路蒸汽流量控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個調(diào)節(jié)對象上用一個調(diào)節(jié)器來保持一個參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是蒸汽流量的給定流量，即控制的任務(wù)是控制蒸汽流量等于給定值所要求的范圍。根據(jù)控制框圖，這是一個閉環(huán)反饋單回路流量控制，采用工業(yè)智能儀表控制。當(dāng)調(diào)節(jié)方案確定之后，接下來就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，一個單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝就緒之后，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)選擇有著很大的關(guān)系。合適的控制參數(shù)，可以帶來滿意的控制效果。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期效果。因此當(dāng)一個單回路控制系統(tǒng)組成好以后，如何整定好控制器的參數(shù)是一個很重要的實(shí)際問題。一個控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)好以后，系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)整定是十分重要的工作。

一般言之，用比例（P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng)，比例度δ的大小不僅會影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無余差，而且只要參數(shù)δ，Ti調(diào)節(jié)合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。

2.2 第二種控制方式：高爐鼓風(fēng)加濕采用定濕度調(diào)節(jié)控制方式，即根據(jù)鼓風(fēng)濕份設(shè)定值進(jìn)行設(shè)定，然后由程序根據(jù)高爐風(fēng)量的變化，自動換算為蒸汽流量，然后對蒸汽流量進(jìn)行控制。其計(jì)算式：

采用畫面中已經(jīng)有的風(fēng)量、大氣濕度，鼓風(fēng)濕份檢測數(shù)據(jù)和增加的鼓風(fēng)濕度設(shè)定值，進(jìn)行運(yùn)算：

高爐加濕蒸汽流量（t/h）=（濕度檢測值（g/m3）-大氣濕度（g/m3）/106）*高爐鼓風(fēng)量（m3/min）*60（min）

用計(jì)算得到的加濕蒸汽流量去控制蒸汽流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證按要求向高爐鼓風(fēng)增加所需蒸汽流量。

將檢測的鼓風(fēng)濕份與設(shè)定的濕份進(jìn)行比較，如果有差異，則增、減鼓風(fēng)濕份。

增加鼓風(fēng)濕份自動調(diào)節(jié)功能后，原有的濕份調(diào)節(jié)功能（即第一種控制方式）保留，以便當(dāng)濕份檢測設(shè)備損壞或故障后，仍能調(diào)節(jié)控制濕份。

1）具體流程：

a）蒸汽流量檢測有時波動比較大，可以在第一級流量表之前做一個移動平均，即取N個采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行移動平均（N可根據(jù)實(shí)際情況來定，如30個），從而取得較為平穩(wěn)的采樣數(shù)據(jù)以利于控制的穩(wěn)定；

b）富氧流量與送風(fēng)流量在加運(yùn)算時進(jìn)行量程單位的轉(zhuǎn)換；

c）調(diào)濕蒸汽流量控制是個前饋控制，因此在控制時要根據(jù)下述公式來進(jìn)行運(yùn)算：

Io=n*Ii+α+β

其中：Io：調(diào)濕蒸汽流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值（SV）

Ii：送風(fēng)總流量=送風(fēng)流量+富氧流量

n：蒸汽流量調(diào)節(jié)閥的比例設(shè)定值（SV：0-2， ），具體數(shù)據(jù)要算，我們是1.3

α：送風(fēng)濕度調(diào)節(jié)器的輸出（MV）

β：Bias 偏差（-50%）。

d）在開始投入控制時，先把調(diào)試蒸汽流量調(diào)節(jié)閥置手動，慢慢調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥開度，使?jié)穸葯z測值與濕度設(shè)定基本接近后，將濕度比例設(shè)定器和蒸汽流量PID調(diào)節(jié)器置自動，再置串接控制；

e）蒸汽流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)正，補(bǔ)正的對應(yīng)關(guān)系，輸入0、1、9.5、10時，對應(yīng)輸出為0、0.5、10、10。

f）送風(fēng)流量偏差監(jiān)視

Mo：計(jì)算出來的送風(fēng)濕度

M：送風(fēng)濕度

Fs：蒸汽流量

Ft：送風(fēng)總流量

通過計(jì)算得到的濕度與檢測出來的濕度進(jìn)行比較，并進(jìn)行偏差報(bào)警。

g）優(yōu)化濕度檢測及加濕蒸汽流量控制畫面顯示。

h）增加加濕蒸汽流量控制“手動”、“自動”、“串接”及濕度控制“手動”、“自動”控制選擇，同時在畫面上可以進(jìn)行手動設(shè)置輸出值。

i）增加加濕蒸汽流量控制調(diào)節(jié)器及濕度控制調(diào)節(jié)器的P、I、D參數(shù)設(shè)置界面。

j）增加濕度檢測、濕度設(shè)定、蒸汽流量檢測、蒸汽流量設(shè)定及蒸汽流量調(diào)節(jié)器輸出的趨勢畫面，以便調(diào)試、觀察。

3 通過實(shí)施已經(jīng)滿足以下控制要求：

3.1通過控制加入到送風(fēng)總管的加濕蒸汽量，從而達(dá)到高爐所要求的送風(fēng)濕度值；

3.2通過送風(fēng)總流量與加濕蒸汽流量的比例，來修正送風(fēng)濕度控制的輸出值；

3.3通過送風(fēng)流量、送風(fēng)濕度及加濕蒸汽流量計(jì)算出送風(fēng)濕度值，將該值與濕度檢測裝置的輸出值進(jìn)行比較，并輸出偏差大報(bào)警。

4 高爐送風(fēng)自動加濕使用效果

建立高爐鼓風(fēng)濕份設(shè)定值項(xiàng)目后，高爐操作人員只需要對鼓風(fēng)濕份設(shè)定值進(jìn)行設(shè)定，然后由程序根據(jù)高爐風(fēng)量的變化，自動換算為蒸汽流量，然后對蒸汽流量進(jìn)行控制調(diào)整，不管風(fēng)量如何變化，高爐的鼓風(fēng)加濕量總是隨鼓風(fēng)風(fēng)量變化而變化，保證高爐鼓風(fēng)的濕份穩(wěn)定。

通過按照實(shí)施方案進(jìn)行相關(guān)調(diào)試，效果良好，送風(fēng)濕度的實(shí)際測量值與濕度的設(shè)定值基本吻合，測量值在設(shè)定值上、下1g/m3左右波動，控制情況良好。

5總結(jié)

項(xiàng)目實(shí)施后加濕自動化程度得到有效提高、降低操作人員勞動強(qiáng)度，提高實(shí)現(xiàn)高爐送風(fēng)濕度精細(xì)調(diào)節(jié)，提高風(fēng)溫。

參考文獻(xiàn)

[1]《調(diào)節(jié)閥與閥門定位器》.石油工業(yè)出版社.2001（1）.

[2]《過程控制儀表》 化學(xué)工業(yè)出版社 . 2008（3）.