焦爐集氣管壓力綜合控制算法與應用研究

摘 要：在焦爐操作過程中，焦爐集氣管壓力綜合控制對于焦爐應用的安全性具有非常重要的作用。科學的焦爐集氣管壓力綜合控制算法可以提高焦爐的穩(wěn)定性，使燃料充分燃燒，提高資源的利用效率，減少焦爐排放多環(huán)境的污染。因此，本文以焦爐集氣管壓力綜合控制算法為分析對象，設計動態(tài)積分系數(shù)，調(diào)節(jié)焦爐集氣管壓力，解決不同時間段焦爐壓力不穩(wěn)定，問題。

關鍵詞：焦爐控制；集氣管壓力綜合控制；控制算法；系統(tǒng)應用

焦爐集氣管壓力為焦爐燃煤效率的主要參數(shù)指標，若焦爐集氣管壓力過大，則會影響焦爐應用的穩(wěn)定性，降低焦爐的使用壽命；如果焦爐集氣管壓力過小，則燃煤不充分，會造成資源的浪費和環(huán)境的污染。通常焦爐集氣管中的壓力控制在80Pa～120Pa之間，不同型號的焦爐壓力略有差異，在焦爐工作過程中不同時間段的壓力不同，焦爐集氣管內(nèi)部各點的壓力也各不相同，所以焦爐集氣管壓力具有動態(tài)變化的特征，因此可以建立焦爐集氣管壓力動態(tài)平衡方程綜合控制焦爐集氣管壓力，以保證焦爐集氣管壓力的穩(wěn)定性。

1 焦爐集氣管壓力動態(tài)平衡分析

本文以雙焦爐集氣管和單焦爐集氣管綜合應用為例，其中雙焦爐集氣管焦爐兩座，單焦爐集氣管焦爐兩座，采用人工調(diào)節(jié)的方式進行集氣管壓力的調(diào)節(jié)。建立焦爐集氣管壓力動態(tài)平衡模型調(diào)節(jié)焦爐集氣管壓力，確定節(jié)焦爐集氣管壓力的阻力系數(shù)為：，其中i=1，2，...，5。焦爐集氣管壓力在不斷增加過程中，氣體焦爐集氣管的容量不斷增加，氣體焦爐集氣管容量系數(shù)可定義為：Ci=dVi[]dP，其中i=1，2，...，5。以雙焦爐集氣管為例，其焦爐集氣管壓力動態(tài)平衡模型的平衡方程為：

C1dP1[]dt=Q1-P1-P5[]R1

C5dP5[]dt=P1-P5[]R1+P2-P5[]R2+P3-P5[]R3+P4-P5[]R4（1）

其中Q1為雙焦爐集氣管中煤氣的發(fā)生量，P1～P4分別為四個焦爐的集氣管壓力，PS為焦爐鼓風機的機前吸力。將焦爐集氣管壓力動態(tài)平衡模型的平衡方程利用拉氏變換得到焦爐集氣管壓力特征方程為：

P1（S）=R1Q1（s）+P5（S）[]T1S+1

P5（S）=K1P1（s）+K2P2（S）+K3P3（S）+K4P4（S）[]T5S+1（2）

其中K1～K4為四個焦爐集氣管壓力的比例系數(shù)，T1與T5為焦爐工作過程中的起始與結(jié)束時間常數(shù)。通過式（2）得到四個焦爐的焦爐集氣管壓力特性分別為：P1（S）、P2（S）、P3（S）、P4（S）。四個焦爐的焦爐集氣管壓力之間相互耦合、相互作用，當中Q1～Q4雙焦爐集氣管中煤氣的發(fā)生量出現(xiàn)了不穩(wěn)定的情況，則會導致焦爐鼓風機的機前吸力P5出現(xiàn)變化，進而出現(xiàn)焦爐集氣管壓力發(fā)生不規(guī)律的變化。

2 焦爐集氣管壓力綜合控制算法

焦爐集氣管壓力受多因素的影響使其不穩(wěn)定，所以在對其進行控制時要協(xié)調(diào)好各因素之間的關系，采用有效的算法進行綜合控制以保證控制的準確性。鑒于焦爐集氣管壓力影響因素的分散性，本文提出設計變積分PI控制和解偶控制方法進行控制。

變積分PI控制是以解決焦爐集氣管內(nèi)部壓力不規(guī)律變化的影響，動態(tài)調(diào)節(jié)焦爐集氣管壓力，使用回路偏差分段的方法對其進行自動修改積分常數(shù)，進而使焦爐集氣管回路適應范圍增大。設積分時間常數(shù)為Ti（n），對其轉(zhuǎn)換為隨偏差e（n）變量，轉(zhuǎn)換方程為：

隨著時間上的變化，焦爐集氣管壓力發(fā)生變化，通過調(diào)整輸出電壓調(diào)節(jié)焦爐集氣管小偏差下系統(tǒng)的精度。

焦爐之間集氣管壓力會發(fā)生耦合問題，可以使用解偶控制進行多變量控制，解決焦爐之間集氣管復雜多樣性的變化難以控制問題。采用人工的方法測得焦爐之間集氣管壓力關系系數(shù)為α，輸出波動量為Δy，壓力測試范圍為M，M（80Pa～120Pa）。由此得到：

α=Δy/M；

Δy=y（n）-y（n-1）（5）

例如對回路1的綜合影響分析，其他回路對回路1的影響可以表示為：

Δy1=α2M2+α3M3+α4M4+α5M5（6）

轉(zhuǎn)換為電信號為：

ΔU1（n）=U0×Δy1/M1（7）

通過對電信號的控制可以調(diào)節(jié)焦爐之間集氣管壓力會發(fā)生耦合問題。

3 焦爐集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)應用

焦爐集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)包括偏差預處理模塊、耦合消除模塊、前饋控制模塊、調(diào)節(jié)閥開度模塊、集氣管壓力控制模塊和鼓風機控制模塊，偏差預處理模塊通過偏差預處理識別焦爐的偏差信號，并對其進行修正，在變積分PI控制算法的影響下得到有效的偏差信號，利用非線性PID算法進行控制。將焦爐集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)應用在實際工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，焦爐開、關、煤氣管道環(huán)境變化等對焦爐集氣管壓力的影響，可在焦爐集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)控制下在15s內(nèi)達到穩(wěn)定性。以雙焦爐集氣管壓力變化為例，設定初始壓力為60Pa，變化曲線如圖所示：

雙焦爐集氣管壓力變化曲線圖

其中雙焦爐集氣管壓力波動控制在±15Pa，單焦爐集氣管壓力波動控制在±10Pa。進行集氣管壓力綜合控制的焦爐相比未進行集氣管壓力綜合控制的焦爐年節(jié)約煤氣效益200余萬元，同時改善了焦爐的運行環(huán)境，減少焦爐排放30%，提高了焦爐控制自動化的水平。應用焦爐集氣管壓力綜合控制系統(tǒng)還解決了多焦爐集氣管之間的耦合震蕩問題，保證焦爐集氣管壓力的波動在可控范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

本文以焦爐集氣管壓力綜合控制算法與應用為研究對象，通過建立焦爐集氣管壓力動態(tài)平衡模型確定影響焦爐集氣管壓力綜合因素，設計變積分PI控制和解偶控制，人工干預控制焦爐集氣管壓力的穩(wěn)定性。此次研究所提出的焦爐集氣管壓力綜合控制算法在具體應用中，可以提高焦爐的燃煤率，降低焦爐排放的污染量，保證焦爐安全運行。雖然本文提出的焦爐集氣管壓力綜合控制算法可以較好的穩(wěn)定焦爐集氣管壓力，但仍有一定的不足，對于復雜焦爐環(huán)境影響因素非常的多，如焦爐型號、焦爐年限、煤炭質(zhì)量、自然環(huán)境等等，在接下來的工作中需要對其進行進一步的完善，以求更好的提高焦爐的工作效率。

參考文獻：

[1]洪娟，張世峰.焦爐集氣管壓力系統(tǒng)的逆模型控制[J].計算機仿真，2015，32（8）：356359.

[2]張博，郭強，張飛，宗勝悅，張佳慶.精軋溫度模型優(yōu)化算法與控制策略的研究[J].控制工程，2014，21（3）：352356.

[3]安連鎖，馮強，沈國清，姜根山，張世平等.可變模式分解在爐膛壓力管道微弱泄漏信號檢測的應用研究[J].鍋爐技術(shù)，2015，46（4）：16.

作者簡介：吳紅兵（1987），男，漢族，湖南婁底人，本科，主要從事測控一體開發(fā)與維護。