專利名稱：：氣煤混噴自動控制系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于氣煤混噴自動控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種氣煤混噴自動控制系統(tǒng)及其方法，適用于鏈篦機一回轉(zhuǎn)窯一環(huán)冷機生產(chǎn)工藝中燃料系統(tǒng)中煤氣與煤的自動監(jiān)測和智能控制。
背景技術(shù)：
：首鋼球團廠利用遷焦放散煤氣項目完工運營后，人工控制燃料噴吹方式，燃料噴吹分為兩部分，以煤氣為主、煤為輔，即在煤氣不足或不能滿足溫度控制要求的情況下補充噴煤。工藝操作要點是一噴吹煤氣、煤量要求過程均勻、穩(wěn)定，二調(diào)整過程要小幅度、多頻次調(diào)整，避免溫度的大起大落。煤氣量的調(diào)節(jié)采用氣動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，煤量的調(diào)節(jié)采用轉(zhuǎn)子秤調(diào)節(jié)。通過分析改造前現(xiàn)場工藝操作現(xiàn)狀，現(xiàn)場燃料調(diào)節(jié)方式主要存在以下不足-1)煤氣供應(yīng)量的不穩(wěn)定，造成燃料的頻繁調(diào)整，影響溫度的穩(wěn)定。由于球團廠屬于煤氣末端用戶，煤氣供應(yīng)量得不到保障，瞬時波動量非常大，為了穩(wěn)定溫度，需要人工手動頻繁調(diào)整煤氣量、煤量。2)溫度顯示，與當前燃料控制存在一定時間間隔，當溫度出現(xiàn)波動后，不能準確知道溫度波動對應(yīng)的燃料量，進而針對性的精確調(diào)節(jié)。3)影響熱平衡因素太多、且實時變化，出現(xiàn)溫度波動后，不能準確、及時的判斷出引起溫度波動的原因、程度，進而判斷給定燃料的調(diào)節(jié)量。4)對于現(xiàn)場耐熱風機、環(huán)冷機一冷段風量頻繁調(diào)節(jié)對溫度波動的影響，崗位不能超前控制，只能在溫度出現(xiàn)波動后，被動的滯后跟隨補償調(diào)節(jié)，造成溫度的波動。5)噴煤操作人員的責任心影響了溫度的穩(wěn)定。不同素質(zhì)的人員對燃料調(diào)整的及時性、準確性不同，即人的因素是影響溫度穩(wěn)定的關(guān)鍵，也是最不確定的和最不易解決的問題。綜上所述，人工噴吹燃料控制受諸多因素影響，難以達到溫度穩(wěn)定、控制精準的理想效果。因此，只有通過科技手段，采用先進的在線精確計量轉(zhuǎn)子秤，運用智能控制理論和方法對燃料噴吹進行自動控制是解決上述問題的關(guān)鍵途徑。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種氣煤混噴自動控制系統(tǒng)及其方法，是將回轉(zhuǎn)窯熱平衡數(shù)學模型靈活應(yīng)用到氣煤混噴自動控制系統(tǒng)項目中，通過建立數(shù)學模型為軟件編制提供了理論基礎(chǔ)；二是提出實時自修正理論。實時自修正理論解決了控制中隨著工藝系統(tǒng)檢修時間增長，漏風率逐漸增大，影響計算準確性的難題，對國內(nèi)同類型的回轉(zhuǎn)窯燃料自動控制系統(tǒng)具有借鑒意義；三是目前國內(nèi)球團企業(yè)燃料噴吹系統(tǒng)均采用煤或煤氣的單一燃料方式，而我廠采用的氣煤混噴與煤、煤氣單一燃料方式比較，具有節(jié)約能源、減少煤氣外排、減輕環(huán)保壓力、成本低、系統(tǒng)可靠、球團質(zhì)量穩(wěn)定、減少結(jié)圈、溫度穩(wěn)定、調(diào)整精確等優(yōu)點。本發(fā)明的系統(tǒng)(如圖1)包括SPF轉(zhuǎn)子秤、流量計、熱電偶、Q18電子秤、化驗室、測溫槍、服務(wù)器、氣煤混噴自動控制軟件；SPF轉(zhuǎn)子秤安裝在煤粉倉和與燃燒器連接的噴煤管道之間，SPF轉(zhuǎn)子秤通過數(shù)據(jù)線與服務(wù)器連接；流量計分別安裝在煤氣管道與燃燒器之間、窯頭窯尾冷卻風機出口管道上、助燃風機出口管道上、羅茨風機出口管道上、耐熱風機入口管道上，流量計通過數(shù)據(jù)線與服務(wù)器連接；Q18電子秤安裝在生球運輸皮帶上，Q18電子秤通過數(shù)據(jù)線與服務(wù)器連接；熱電偶分別安裝在回轉(zhuǎn)窯窯頭和窯尾、環(huán)冷機一冷段回熱風管道上、窯頭和窯尾冷卻風管道出口上，熱電偶通過數(shù)據(jù)線與服務(wù)器連接；化驗室檢驗煤氣、煤粉的發(fā)熱值，窯頭球、窯尾球的亞鐵含量；測溫槍測量窯表面溫度；氣煤混噴自動控制軟件安裝在服務(wù)器上。SPF轉(zhuǎn)子秤、流量計、Q18電子秤、熱電偶的計量信號通過數(shù)據(jù)線自動采集后傳入服務(wù)器中的氣煤混噴自動控制軟件，物料指標化驗數(shù)據(jù)由人工輸入服務(wù)器中的氣煤混噴自動控制軟件。氣煤混噴自動控制軟件根據(jù)現(xiàn)場采集的各種數(shù)據(jù)進行運算處理后，根據(jù)煤氣的允許使用量，自動控制煤粉的輸出量。本發(fā)明的自動控制方法包括以下步驟1、化驗室定期檢査進入回轉(zhuǎn)窯的干球和出回轉(zhuǎn)窯的窯頭球的亞鐵含量、煤粉的發(fā)熱值和煤氣的發(fā)熱值；崗位用測溫槍檢測窯表面溫度。2、崗位人工向氣煤混噴自動控制軟件錄入窯尾目標溫度值、進入回轉(zhuǎn)窯的干球和出回轉(zhuǎn)窯的窯頭球的亞鐵含量、煤粉的發(fā)熱值和煤氣的發(fā)熱值；窯表面溫度。3、SPF轉(zhuǎn)子秤自動實時采集煤粉噴吹量上傳氣煤混噴自動控制軟件；流量計自動實時測量煤氣流量、窯頭窯尾冷卻風流量、助燃風流量、羅茨風流量、耐熱風流量上傳氣煤混噴自動控制軟件；熱電偶自動實時測量窯頭窯尾溫度、環(huán)冷機回熱風溫度、窯頭窯尾冷卻風溫度上傳氣煤混噴自動控制軟件；電子秤自動實時測量入窯球球量上傳氣煤混噴自動控制軟件。4、氣煤混噴自動控制軟件具體處理流程(如圖3)，利用前三步中手動、自動采集得來的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)熱平衡數(shù)學模型(如圖2)，在物料守衡的基礎(chǔ)上，根據(jù)帶熱量進入回轉(zhuǎn)窯的項目和帶熱量支出回轉(zhuǎn)窯的項目總體熱平衡建立回轉(zhuǎn)窯熱平衡模型，計算出燃料理論消耗值。其中回轉(zhuǎn)窯熱量收入項目包括入窯球帶入熱、亞鐵在窯內(nèi)氧化放熱、熱風帶入熱、燃料燃燒放熱；回轉(zhuǎn)窯熱量支出項目包括出窯球帶出熱、煙氣帶出熱、窯表面散失熱冷卻風帶出熱。5、系統(tǒng)修正系數(shù)計算氣煤混噴自動控制軟件每分鐘計算一次系統(tǒng)修正系數(shù)，每三分鐘計算一次平均系統(tǒng)修正系數(shù)，使氣、煤混噴自動控制控制達到目標值。首先得到回轉(zhuǎn)窯熱平衡的初始溫度、料量、亞鐵含量、風量，工藝系統(tǒng)由于檢修周期的實時變化、其漏風率、亞鐵含量、溫度也是隨檢修實時周期性變化(受工藝系統(tǒng)影響)的，同時，現(xiàn)場工藝系統(tǒng)的臨時故障，也會造成相關(guān)系統(tǒng)預(yù)熱、焙燒過程的變化，部分溫度、亞鐵含量、漏風率等因素的突然短期變化，預(yù)熱、焙燒過程熱量吸收量、輻射量相應(yīng)受影響且難以確定等因素，因此，實際燃料調(diào)整隨檢修周期的變化是無法嚴格與理論計算結(jié)果一致的，而檢修周期的不確定、突發(fā)事故的不確定，造成燃料調(diào)整誤差無法通過理論精確計算，因此難以獲得精確的燃料調(diào)整數(shù)據(jù)，針對此難題，提出了燃料噴吹實時自修正的概念，即把調(diào)整前幾分鐘的理論計算誤差系數(shù)作為實際燃料調(diào)整的實時自修正系數(shù)，以此減少過程中因檢修周期、突發(fā)事故造成的系統(tǒng)誤差，依靠在線熱電偶的反饋結(jié)果數(shù)據(jù)進行燃料噴吹的自修正控制?？刂葡到y(tǒng)每分鐘根據(jù)當前生產(chǎn)工藝參數(shù)進出回轉(zhuǎn)窯物料量、進出回轉(zhuǎn)窯物料溫度、進出回轉(zhuǎn)窯物料氧化亞鐵含量、進出回轉(zhuǎn)窯風量、進出回轉(zhuǎn)窯風溫、窯頭窯尾冷卻風量、窯頭窯尾冷卻風溫、燃料消耗量、燃料發(fā)熱值、回轉(zhuǎn)窯表面散熱量、窯尾實際溫度、窯尾目標溫度計算出當前精確噴吹燃料調(diào)整量的系統(tǒng)修正系數(shù)。每三分鐘計算一次理論精確燃料調(diào)整量、平均系統(tǒng)修正系數(shù)，二者乘積則為精確自修正控制的實際精確燃料調(diào)整量。6、每三分鐘根據(jù)窯尾實際溫度、窯尾目標溫度偏差變化及偏差變化率，選擇具體的精確自修正控制與模糊控制規(guī)則，得到修正后的理論噴吹量，對煤氣量進行離散處理得到煤粉輸出量(此處是以調(diào)節(jié)煤粉為主，在單獨使用煤氣時得到煤氣輸出量)，煤粉(煤氣)輸出量離散處理，與實際燃料噴吹量進行對比得到煤粉(煤氣)調(diào)整量。7、煤粉(煤氣)調(diào)整量反饋SPF轉(zhuǎn)子秤變頻器(HP-F型氣體、固體兩用燃燒器的氣動調(diào)節(jié)閥)對煤粉(煤氣)噴吹量進行調(diào)整。該項目實現(xiàn)了對回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度的目標控制、自動控制和穩(wěn)定控制，達到了優(yōu)化球團焙燒過程、穩(wěn)定溫度控制、提高焙燒效率、降低崗位勞動強度等目的。本發(fā)明的效果是1)解決了人工經(jīng)驗操作所造成的判斷不準確、調(diào)整不及時、溫度穩(wěn)定率差的問題。2)自動控制降低了操作工人的勞動強度，提高了勞動效率。3)解決了煤氣瞬時大幅度波動造成的溫度劇烈波動問題。4)創(chuàng)造性的提出自修正概念，有效解決了燃燒系統(tǒng)隨著檢修生產(chǎn)周期延長，系統(tǒng)誤差逐步增大的問題。5)由于煤粉計量精度的提高，煤氣瞬時大幅度波動時，能夠得到煤粉的精確補充，提高窯尾溫度穩(wěn)定率，窯尾溫度波動范圍降低40%。6)窯內(nèi)溫度穩(wěn)定率得到提高，局部高溫點得到有效控制，回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈得到有效改善，窯皮控制較為均勻。圖1為系統(tǒng)組件及其連接方式圖。圖2為回轉(zhuǎn)窯熱平衡關(guān)系圖。圖3為氣煤混噴控制系統(tǒng)邏輯圖。圖4為模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。具體實施方式1、在噴煤塔樓安裝一臺SPF轉(zhuǎn)子秤(由廠家負責安裝，球團廠配合)，安裝后由廠家與球團廠共同進行參數(shù)的調(diào)整，對不同倉位噴煤，SPF轉(zhuǎn)子秤的計量噴煤值與倉位實測的噴煤值進行對比，根據(jù)不同倉位收集不同的噴煤精度曲線，獲得了倉位變化后噴煤計量檢測數(shù)據(jù)和調(diào)整參數(shù)，直到SPF轉(zhuǎn)子秤計量值達到預(yù)期要求。2、更換回轉(zhuǎn)窯燃燒器為HP-F型氣體、固體兩用燃燒器，滿足氣煤兩種燃料的同時混噴要求，以及煤氣自動調(diào)節(jié)的需要。3、鋪設(shè)信號電纜用于數(shù)據(jù)傳輸，將實時監(jiān)測溫度、風量、料量、機速、煤氣量、煤量、亞鐵量、燃料發(fā)熱值等數(shù)據(jù)傳入PLC系統(tǒng)和球團廠服務(wù)器，為控制系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)參數(shù)，同時使生產(chǎn)操作人員能夠了解到實時變化的溫度、燃料等相關(guān)數(shù)據(jù)4、實施塔樓噴煤管路、2臺助燃風機，2臺噴吹風機改造，由實現(xiàn)兩臺風機(助燃、噴吹)同時、單獨使用，單臺風機(助燃、噴吹)使用中的調(diào)換。5、建立熱平衡模型，混噴系統(tǒng)軟件利用現(xiàn)場實測各種相關(guān)系數(shù)進出球溫度回轉(zhuǎn)窯表面散熱系數(shù)，回轉(zhuǎn)窯冷卻風熱傳導(dǎo)系數(shù)、進出熱風比熱容、氧化球比熱容等計算理論煤量。6、按照氣煤混噴自動控制模型編制控制軟件，程序控制采用變結(jié)構(gòu)控制及模糊控制方法實現(xiàn)燃料的控制輸出。模糊控制系統(tǒng)(見圖4)1)以偏差e、偏差變化ec為輸入量，u為輸出系統(tǒng)控制值。2)論域及模糊語言變量詞集確定?；剞D(zhuǎn)窯窯尾溫度偏差e的基本論域為[一2020]，離散化模糊語言變量E的論域為X={-6，-5，-4，-3,-2,-1，0，1,2，3，4,5,6}。偏差e的比例因子Kl=20/6=3.33。同理窯尾溫度偏差變化ec的基本論為[-66]/min，離散化模糊語言變量EC的論域為X={-6,-5，-4，-3，-2，-l,0,1，2，3,4,5，6}。偏差變化ec的比例因子K2=6/6=l。燃料控制量u，[-1.41.4]，離散化模糊語言變量uc的論域為X={-7，-6，-5，-4，-3,-2，-1，0，1,2，3，4，5，6，7}。K3=l.4/7=0.2取回轉(zhuǎn)窯溫度偏差E的語言變量詞集為(NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM,PB)，偏差變化EC和回轉(zhuǎn)窯燃料調(diào)節(jié)量UC的語言變量詞集為(NB，麗，NS，0，PS，PM，PB}。3)隸屬度函數(shù)的確定離散化了的精確量與表示模糊語言的模糊量采用三角形隸屬函數(shù)，見回轉(zhuǎn)窯燃料噴吹量模糊量賦值表l、表2、表3:表1回轉(zhuǎn)窯溫度偏差模糊量賦值表-6-5-4_3-2_10123456PB0000000000.10.40.81PM000000000.20,710.70.2PS00000000.810.5000P000000010.60.10000NO00000.10.61000000NS000.10.510.80000000BM0.20.710.70.200000000NB10.80.40.1000000000表2回轉(zhuǎn)窯溫度偏差變化賦值表_6_5_4_3-2-l0123456PB0000000000.10.40.81PM000000000.20.710.70.2PS00000000.910.70.200000000.10.510,500000NS000.20.710.90000000BM0.20.710.70.200000000NB10.80.40.1000000000表3回轉(zhuǎn)窯燃料調(diào)節(jié)量模糊量賦值表_6_5-4_3_2_10123456PB0000000000.10.40.81PM000000000.20.710.70.2PS0000000.4110.80.40.100000000.510.50000NS0000.10.40.810.400000BM00.20.710.70.20000000NB10.80.40.10000000004)模糊控制規(guī)則確定Mamdani(馬丹尼)控制規(guī)則，見表4表4回轉(zhuǎn)窯燃料模糊控制規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>5)模糊推理控制規(guī)則中每一條件語句對應(yīng)有模糊關(guān)系Ri戶(AiXBj)TiXCij，，其中Ai、Bj、Cij分別為定義在E、Ec、U上的模糊子集。全部的模糊控制規(guī)則確定的整個系統(tǒng)的模糊關(guān)系R=RllvR12v-Rijv…Rnm。當給定輸入E*、EO后。依據(jù)模糊推理合成規(guī)則U*=(E*XEC*)TiR，求取相應(yīng)的模糊控制量。根據(jù)此方法推出的回轉(zhuǎn)窯燃料控制規(guī)則表，見表5:表5回轉(zhuǎn)窯燃料噴吹控制規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>6)輸出量的解模糊由模糊推理獲得的控制量W是模糊語言變量U論域上的模糊子集，通過逆模糊化運算得到控制量的量化值U，乘以比例因子ku，獲得控制量的精確值u，由D/A轉(zhuǎn)換輸出施加給被控對象。權(quán)利要求1、一種氣煤混噴自動控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括SPF轉(zhuǎn)子秤、流量計、熱電偶、Q18電子秤、化驗室、測溫槍、服務(wù)器、氣煤混噴自動控制軟件；SPF轉(zhuǎn)子秤安裝在煤粉倉和與燃燒器連接的噴煤管道之間，SPF轉(zhuǎn)子秤通過數(shù)據(jù)線與服務(wù)器連接；流量計分別安裝在煤氣管道與燃燒器之間、窯頭窯尾冷卻風機出口管道上、助燃風機出口管道上、羅茨風機出口管道上、耐熱風機入口管道上，流量計通過數(shù)據(jù)線與服務(wù)器連接；Q18電子秤安裝在生球運輸皮帶上，Q18電子秤通過數(shù)據(jù)線與服務(wù)器連接；熱電偶分別安裝在回轉(zhuǎn)窯窯頭和窯尾、環(huán)冷機一冷段回熱風管道上、窯頭和窯尾冷卻風管道出口上，熱電偶通過數(shù)據(jù)線與服務(wù)器連接；化驗室檢驗煤氣、煤粉的發(fā)熱值，窯頭球、窯尾球的亞鐵含量；測溫槍測量窯表面溫度；氣煤混噴自動控制軟件安裝在服務(wù)器上；SPF轉(zhuǎn)子秤、流量計、Q18電子秤、熱電偶的計量信號通過數(shù)據(jù)線自動采集后傳入服務(wù)器中的氣煤混噴自動控制軟件，物料指標化驗數(shù)據(jù)由人工輸入服務(wù)器中的氣煤混噴自動控制軟件；氣煤混噴自動控制軟件根據(jù)現(xiàn)場采集的各種數(shù)據(jù)進行運算處理后，根據(jù)煤氣的允許使用量，自動控制煤粉的輸出量。2、一種采用權(quán)利要求l所述系統(tǒng)氣煤混噴自動控制的方法，其特征在于，(1)化驗室定期檢查進入回轉(zhuǎn)窯的干球和出回轉(zhuǎn)窯的窯頭球的亞鐵含量、煤粉的發(fā)熱值和煤氣的發(fā)熱值；崗位用測溫槍檢測窯表面溫度；(2)崗位人工向氣煤混噴自動控制軟件錄入窯尾目標溫度值、進入回轉(zhuǎn)窯的干球和出回轉(zhuǎn)窯的窯頭球的亞鐵含量、煤粉的發(fā)熱值和煤氣的發(fā)熱值；窯表面溫度；(3)SPF轉(zhuǎn)子秤自動實時采集煤粉噴吹量上傳氣煤混噴自動控制軟件；流量計自動實時測量煤氣流量、窯頭窯尾冷卻風流量、助燃風流量、羅茨風流量、耐熱風流量上傳氣煤混噴自動控制軟件；熱電偶自動實時測量窯頭窯尾溫度、環(huán)冷機回熱風溫度、窯頭窯尾冷卻風溫度上傳氣煤混噴自動控制軟件；電子秤自動實時測量入窯球球量上傳氣煤混噴自動控制軟件；(4)氣煤混噴自動控制軟件具體處理流程利用前三步中手動、自動采集得來的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)熱平衡數(shù)學模型，在物料守衡的基礎(chǔ)上，根據(jù)帶熱量進入　回轉(zhuǎn)窯的項目和帶熱量支出回轉(zhuǎn)窯的項目總體熱平衡建立回轉(zhuǎn)窯熱平衡模型，計算出燃料理論消耗值；其中回轉(zhuǎn)窯熱量收入項目包括入窯球帶入熱、亞鐵在窯內(nèi)氧化放熱、熱風帶入熱、燃料燃燒放熱；回轉(zhuǎn)窯熱量支出項目包括出窯球帶出熱、煙氣帶出熱、窯表面散失熱冷卻風帶出熱；(5)系統(tǒng)修正系數(shù)計算氣煤混噴自動控制軟件每分鐘計算一次系統(tǒng)修正系數(shù)，每三分鐘計算一次平均系統(tǒng)修正系數(shù)，使氣、煤混噴自動控制控制達到目標值；(6)每三分鐘根據(jù)窯尾實際溫度、窯尾目標溫度偏差變化及偏差變化率，選擇具體的精確自修正控制與模糊控制規(guī)則，得到修正后的理論噴吹量，對煤氣量進行離散處理得到煤粉輸出量與實際燃料噴吹量進行對比得到煤粉或煤氣調(diào)赦旦蹩里；(7)煤粉或煤氣調(diào)整量反饋SPF轉(zhuǎn)子秤變頻器對煤粉或煤氣噴吹量進行調(diào)整。全文摘要一種氣煤混噴自動控制系統(tǒng)及其方法，屬于氣煤混噴自動控制
技術(shù)領(lǐng)域：
。該系統(tǒng)包括SPF轉(zhuǎn)子秤、流量計、熱電偶、Q18電子秤、物料指標化驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；SPF轉(zhuǎn)子秤、流量計、Q18電子秤、熱電偶等現(xiàn)場儀表的測量、計量信號通過數(shù)據(jù)線自動采集后傳入控制系統(tǒng)，物料指標化驗數(shù)據(jù)由人工輸入控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)中央處理器根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進行運算處理后，根據(jù)煤氣的允許使用量，自動控制煤粉的輸出量。本發(fā)明實現(xiàn)了對回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度的目標控制、自動控制和穩(wěn)定控制，達到了優(yōu)化球團焙燒過程、穩(wěn)定溫度控制、提高焙燒效率、降低崗位勞動強度等目的。文檔編號F27B21/14GK101398258SQ20081022601公開日2009年4月1日申請日期2008年11月4日優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日發(fā)明者劉福來,旦張,張建明,曹利民,朱辛州,楊金保,田本昌,偉董,郭科研申請人:首鋼總公司