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1、煤气混合过程智能控制班级：姓名： 学号：煤气混合过程的智能控制摘 要: 煤气混合过程是一个将两种或两种以上的煤气按照一定比例进行混合利用的过程，是一个复杂的工业过程，具有多变量耦合、非线性、难以建立数学模型等特点，应用传统的 PID 控制方法难以满足工业现场生产的需要。目前，人工智能控制方法为解决这一多变量、强耦合的复杂工业过程提供了强有力的工具。以酒钢 400 万 t 选矿厂第五煤气混合加压站作为研究对象，针对其煤气混合过程提出了前馈+PID 的混合煤气压力控制、基于模糊控制技术的混合煤气热值控制，并进行了工业应用，通过实际应用效果的分析，证明了所提出的提高智能控制方法的可行性。关键词: 煤
2、气混合过程; 模糊控制; 前馈控制; 煤气热值控制1 引言在钢铁生产企业中，高炉、转炉、焦炉等设备的生产都会产生副产品煤气，将这些煤气进行合理利用，是钢铁企业实现节约能源，降低环境污染的重要手段。由于不同类型的煤气的热值不同，因此要得到一定热值的混合煤气，需要将这些煤气按照一定的比例进行混合，这就是煤气混合过程，即将两种或两种以上的煤气按照一定比例进行混合利用的过程。在钢铁企业中，通常将焦炉煤气和高炉煤气按照一定比例进行混合利用。混合煤气的热值和压力稳定是各煤气用户稳顺生产的前提。压力的频繁波动，不仅会缩短下游以混合煤气为燃料的设备寿命，同时会因为混合煤气压力过小而引起“回火”事故，严重时会引
3、起混合煤气管道发生回火爆炸。混合煤气的热值过高或过低也将对下游设备产生不利的影响，如酒钢选矿厂第五加压站混合煤气的下游用户为竖炉，当混合煤气热值过低时，将影响到竖炉生产过程的稳定进行，严重时会引起竖炉停炉事故。因此，稳定混合煤气热值与压力稳定对于下游用户的生产具有重要的意义。本文的结构如下，首先阐述了国内某大型选矿厂煤气加压站的煤气混合过程，并对煤气混合过程的控制难点进行了分析; 然后针对本文提出的煤气混合过程智能控制策略进行了详细阐述，包括基于PID+前馈的混合煤气压力控制策略和基于控制的混合煤气热值控制策略; 文章最后对工业应用的结果进行了分析。2 煤气混合过程工艺描述21 煤气混合过程国
4、内某大型选矿厂煤气加压站的煤气混合过程是将高炉煤气总管输送过来的高炉煤气与焦炉煤气总管输送过来的焦炉煤气进行混合的过程。由于高炉煤气具有低热值、气源充足等特性，而焦炉煤气则恰恰相反，热值高但气源不足，考虑到二者的优劣性，国内某大型选矿厂煤气加压站将高炉煤气与焦炉煤气按照一定的比例混合，混合后的煤气既有充足的气源供应又能保证下游生产企业对煤气热值的需求。国内某大型选矿厂煤气加压站的高炉煤气与焦炉煤气的混合过程如图 1 所示。在煤气混合过程中主要通过对高炉煤气与焦炉煤气管道上的调节阀分别对高炉煤气与焦炉煤气流量进行调节，以实现对混合煤气压力和热值的稳定控制。22 煤气混合过程控制的难点煤气混合过程
5、是一个具有强耦合、强干扰、非线性等特性的复杂工业过程，该过程的控制主要存在以下难点:煤气混合过程的模型很难建立，这就导致了基于过程模型的控制方法无法在煤气混合过程上进行应用。本文所研究对象的煤气混合过程是一个存在强干扰的过程。在实际生产中，由于上游气源生产企业的工况不稳定或下游用户对煤气需求量的不断变化以及整个钢铁集团的生产调度等因素都会导致气源压力产生波动，这对于混合煤气压力的控制造成了一定的困难。高炉煤气与焦炉煤气的调节存在一定的相互干扰。当混合煤气热值过高时，需要减小焦炉煤气调节阀的开度，当焦炉煤气调节阀开度减小后，又会造成混合煤气的压力降低; 当混合煤气压力降低时，则需要增加高炉煤气的
6、开度，高炉煤气调节阀开度增大时，高炉煤气流量也会增大，混合煤气的热值就会降低，因此如何协调好混合煤气热值与压力的控制对混合煤气工业过程是至关重要的。3 煤气混合过程智能控制策略依据国内某大型选矿厂煤气加压站煤气气源的特点，高炉煤气热值低，产量大，焦炉煤气热值高，产量小，因此，在煤气混合过程中高炉煤气的用量要远远大于焦炉煤气的用量，因此对于煤气混合过程的控制，高炉煤气常被用来作为主调气，同时，高炉煤气管道上的调节阀作为混合煤气压力调节的执行机构。混合煤气热值的稳定控制过程中，由于热值检测仪信号存在延时，导致热值信号不适宜直接引入到基础回路控制，而焦炉煤气热值较高，因此，在混合煤气热值调节过程中，
7、焦炉煤气被用作混合煤气热值的主调气。本文主要通过焦炉煤气管道上的调节阀对焦炉煤气流量进行调节，即调节高炉煤气与焦炉煤气流量比值，最终实现对混合煤气热值的调节。本文从实用性、可靠性以及易维护性等角度考虑，针对国内某大型选矿厂煤气加压站煤气混合过程，提出了整体控制策略，具体方案如图2 所示。31 混合煤气压力的 PID+前馈控制为抵消高炉煤气压力的波动对混合煤气压力调节的干扰，将高炉煤气压力作为前馈量引入到混合煤气 PID 控制回路中，形成前馈+PID 的控制结构如图3 所示。图3 中 H1( s) 代表高炉煤气压力干扰的干扰通道传递函数，r1为干扰信号，高炉煤气压力; H2( s)为过程控制通道
8、传递函数; K1( s) 为前馈控制器。混合煤气压力作为回路的控制输出信号 y1反馈回去与设定值y10进行对比，得到压力的差值y1，利用 PID 控制器计算得到的调节阀的控制输入 u1，从而实现对混合煤气压力的调节。当高炉煤气气源压力发生波动时，利用前馈控制器给出干扰造成的前馈补偿，将信号再给入执行机构，如此可有效抵消干扰信号造成的影响。32 焦炉煤气流量比值控制焦炉煤气的热值可达 17 900 kJ/m3，而高炉煤气的热值仅为 3 920 kJ/m3，因此，在实现混合煤气热值控制时，将焦炉煤气的流量作为主调节量。当高炉煤气的流量发生变化时，首先根据设定的高炉煤气与焦炉煤气流量之间的比值，计算
9、出焦炉煤气流量，作为焦炉煤气流量调节控制器的设定值，然后对焦炉煤气流量调节阀进行调节，实现混合煤气热值的稳定控制。焦炉煤气流量比值控制回路如图 4所示。从图4 可知，焦炉煤气的流量回路控制采用的是比值控制，焦炉煤气流量的设定值为 y20= kQ1，Q1为高炉煤气流量的检测值。H5( s) 为调节阀的过程传递函数，是控制输入 u2使调节阀动作引起控制输出流量 y2变化的过程。对于焦炉煤气流量控制回路，其设定值是一个变化值。4 结语针对煤气混合过程的特点，为解决混合煤气热值和压力波动大的问题，本文采用 PID+前馈、比值控制等智能控制技术，提出了煤气混合过程的整体控制策略，针对国内某大型选矿厂煤气
10、加压站的煤气混合过程设计开发了 PLC 智能控制系统，经过工业现场近半年的无故障运行，证明了本文所提出的整体控制策略的可行性。从图2、图3 中可以看出，尾矿库前期不论从位移看还是从沉降看变化都比较大，但随着时间推移变化量逐渐变小，趋于稳定; 根据已有资料分析，从径向上看整体尾矿库向下游位移，经过 40 余次 观测成果表明: 该初期坝水平累积平均位移量为 3536mm，位移率为 8 /1000000。小于建筑变形测量规程( JGJ/T 8-97) 中 7/10000 的规定。高程沉降量平均为3270 mm，现在处于稳定阶段。各级子坝水平位移速率最大是七级子坝 95/10000，大于上边规定，还处于缓和下降趋势; 高程面下沉 7420 mm，这属于正常的固结沉降。5 结论与建议八方沟尾矿库截止现在水平及高程面初期坝处于相对稳定，尾矿库各级子坝总的来看中间位移比两边位移要大，中间下沉比两边多。这也是由于后期子坝是建筑在尾砂之上，且中间尾砂厚，因此尾砂在坝重荷载的作用下逐渐固结，由于尾砂固结，孔隙体积减小，产生固结沉降引起的。相对来说尾矿库还是比较安全的。八方沟尾矿坝的筑坝时间长，后期子坝都是建在沉积的尾砂之上，且筑坝的材料为尾砂本身。所以在以后的工作中，加强安全稳定性的监测及分析，特别是雨季加强观测频率，以便更好的为矿山服务。
