混合煤气加压站文献综述.docx
《混合煤气加压站文献综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混合煤气加压站文献综述.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
混合煤气加压站文献综述
文献综述
作者所在系别
电气工程学院
作者所在专业
测控技术与仪器
作者所在班级
测控072
作者姓名
朱桂堡
作者学号
070301043
指导教师姓名
王俊生
指导教师职称
讲师
完成时间
2011
年
4
月
前言
煤气混合加压过程是钢铁生产的重要环节，混合煤气的质量直接影响钢铁生产的质量和产量。
煤气混合加压过程复杂，影响因素多，而我国绝大多数加压站采用手动控制，使得混合煤气生产质量远不能达到生产要求，这就迫切需要一种有效的控制方法。
本文根据目前国内外学者对温室智能控制系统的研究成果，在深入进行煤气混合加压过程机理分析的基础本文全面地对煤气加压站的设计策略进行阐述
正文
（一）混合煤气加压系统的作用、特性及研究现状
在钢铁行业生产中，高炉、焦炉和转炉产生的煤气是重要的高热值燃料，如排放至大气，将造成严重的空气污染；而若将它们收集加以充分利用，作各种工业燃气加热炉的燃料，其经济效益是相当可观的。
一般处理过程是将产生的各种煤气分别收集到贮气罐（或贮气塔柜）中，再用管道传送到中继加压站经加压后供各用户使用。
当从一次能源（如煤）转换成二次能源（煤气）时，由于一次能源燃质不稳，在转换过程中必然导致二次能源（煤气）燃质也不稳，即煤气燃质具有较大的不确定性。
用户要求将燃质控制在允许范围内，且将燃气的压力严格稳定在指定范围，以便使用。
以钢铁企业的燃气轧钢加热炉为例，它要求送入的燃气燃质和压力稳定，否则燃烧系统很难控制，直接影响轧钢生产等后续自动化生产线的产品质量。
再者，由于受煤气源和煤气用户地理位置的限制，副产煤气需在各用户之间远距离的输送。
故此，为保证气源及热值的稳定，保证管网的煤气压力，满足用户的要求，应建立相应的煤气混合加压站系统。
此举对优化能源结构、减少煤气放散、降本增效和保护环境有着重要的意义。
可以说，煤气混合加压系统是合理利用钢铁企业煤气资源的重要的中间环节，是煤气从产生过程到合理利用、消费过程的重要的过渡过程！
由于钢铁企业生产流程和企业地理布局的特点以及企业生产状况的复杂多变，要求混合煤气加压站控制系统能够适应以下特性：
（1）在上游用户、下游用户的用量变化的作用下进站压力、出站压力变化
无常。
（2）介质为气体，变化的过渡过程长。
（3）管网的特性变化无常。
（4）系统中有滞后、非线性部件。
显而易见，我们面对的是一个数学模型难以确定的，具有大时滞和非线性部件的复杂被控对象。
令人欣慰的是，尽管在煤气资源的整体综合利用方面国内各企业间存在着一定差距，但是混合煤气加压系统得到了一致的重视。
目前，国内各钢铁联合企业几乎都建立了一个或数个煤气加压系统，并且基本上实现了从传统的电仪控制升级到了较为先进的PLC+变频器控制，有的企业还实现了煤气加压系统数据和企业生产管理调度系统的数据链接，增强了企业的生产信息化水平。
在控制算法方面，随着智能控制技术的不断发展，各种先进的控制理念在实际系统重得到了应用，取得了很好的效果。
随着计算机技术的迅猛发展，控制设备的计算能力也获得了空前的提高，使得先进控制算法得以充分的实施，从而提高了系统的控制品质。
在文献[混合煤气加压机智能模糊控制系统]中，作者针对传统的模糊控制理论不能消除系统的稳态误差，而线性积分虽能消除稳态误差但却不能适应系统参数动态变化的问题，提出了一种基于智能积分器的混合式智能控制器，有效改善了混合煤气加压系统的稳态精度和动态性能。
仿人智能控制的基本思想是在控制过程中利用计算机模拟人的控制行为功能,最大限度地识别和利用控制系统动态过程所提供的特征信息,进行启发和直觉推理,从而实现对缺乏精确数学模型的对象进行有效的控制。
其物理实现方法是根据计算机控制动态系统的输入输出的信息来识别被控系统所处的状态、动态特征及行为来构造控制算法,简捷而实用，物理意义清晰。
文献[基于仿人智能的煤气加压控制系统]的作者基于此理论，设计了相关的控制策略，并在某实际系统的应用中取得了较好的效果。
从控制设备角度来看，目前国内的钢铁企业已经基本上实现了从电仪设备到PLC+变频器的升级改造，大大提高了煤气加压系统的自动化水平，有效地降低了能耗，增强了控制系统的安全性和稳定性。
工业化网络技术的发展为煤气加压控制系统更好的融入整个工厂生产管理信息系统提供了便利的条件。
在文献[基于PLC和组态王的煤气加压控制系统]中，作者采用SIEMENSPLC和变频器实现了现场的设备控制，并通过现场计算机使用组态王软件实现对现场数据的采集和配置，再采用TCP/IP协议与远程的管理计算机通讯，实现远程监控。
应该说，企业生产管理信息系统的发展和完善是必然的趋势，这种现场设备控制、现场数据采集、远程监控的三级监控模式将成为煤气加压控制系统发展的方向和实现能源动态调度自动化、智能化的重要技术手段。
（二）混合煤气加压系统的设计方案
2.1混合加压站工艺系统设计
2.1.1单加压工艺流程
根据资料得高炉煤气进站压力为13-15kPa，焦炉煤气压力进站压力为3-6kPa，转炉煤气压力进站压力为13～16kPa的煤气压力供应特点，并结合煤气用户现场布置的实际情况。
最后方案确定为单加压焦炉煤气。
加压后的压力为14kPa。
然后与高炉煤气或转炉煤气混合。
单加压焦炉煤气的运行方式在我公司原
煤气加压站已成功应用，实践证明是成功的，节电节能效果明显，同时，鉴于该站要向不同的用户供气，各用户对混合煤气的热值和压力有不同的要求．设计三个混合站，分别供应不同的用户。
便于热值和压力的调整，保证重点用户的生产。
混合加压站工艺流程。
2.1.2三个混合站供气能力的确定
1#混合站为高炉煤气与焦炉煤气混合。
主要供
150t转炉、炉卷轧机加热炉用气。
根据用户用量，即平均量12万
，最大量14．4万
。
最小量6万
，混合煤气管道直径设计为DNl800。
高焦炉煤气管道分别为DNl600和DNl000。
混合比例为0.67：
0.33，混合煤气热值7674±209
，压力大于10kPa，该混合煤气管道与公司
。
加压站具备联网供气的条件。
2#混合站为高炉煤气与焦炉煤气混合。
主要供中板机组、2×150t转炉及1780常规热连轧机3座加热炉用气，根据其用气量，即平均量12万
。
最大量17万
，最小量6万
，混合管道直径设计为DN2200，高炉煤气管道和焦炉煤气管道分别为DNl800和DNl200。
高炉煤气与焦炉煤气的混合比例为0．67：
0．33。
混合煤气热值7674±209kJ／m3。
压力大于10kPa。
3#混合站为高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气混合的三混煤气．主要供一轧厂3个机组、动力
~
锅炉。
即平均量7．2万
，最大量8．6万
，最小量3．6万
，混合管道直径设计为DN2000，高、焦、转炉煤气管道分别为DNl000、DN800和DNl600。
转炉煤气供应量为6万
，其余高炉煤气与焦炉煤气的混合比例为0.67:
0.33。
混合站的混合煤气热值根据煤气使用情况调整，高炉煤气和焦炉煤气使用四个蝶阀调节，转炉煤气只有一个蝶阀控制。
平时不参与调节。
2.1.3流量调节阀组
考虑到用户对煤气热值的要求较严格且煤气用量大。
单一的流量调节蝶阀的调节范围具有一定的限制。
考虑将
混合站及
混合站的高炉煤气与焦炉煤气的二道流量调节蝶阀改用调节阀组形式，调节阀组设计为三个调节蝶阀，流量分配比例为0.65:
0.25:
0.1，则两混合站的二道流量调节阀组设计形式。
混合加压站工艺流程图
2.2混合加压站的控制系统设计
方案一：
重钢葛老溪加压站位于重钢整个煤气管线的中上游.其功能是中继加压，葛老溪加压站原为电仪控制系统，系统缺乏调节功能，能耗较大，出口压力不稳。
原控制系统虽然较为完整，但信号系统不完善，操作也很不方便，设备之间基本无连锁，系统运行可靠性差。
基于这种现状我们制定了控制系统整体改造。
系统构成图如下图所示：
我们在原有的老系统上增加新的控制系统。
增加了两台110kVA的安川G型变频器及欧姆龙可编程控制器壹套。
集中操作台壹个和电源等附加设备。
加压站所有设备置于集中控制之下,同时保留了老系统原有的控制和操作方式,使新老系统实现很好的连接组合。
这种安排的结果既保留了原系统的全部功能又大大提高控制的可靠性,使系统便于计算机控制、管理。
在新系统中我们将系统涉及到的模拟量全部输入PLC可编程控制器。
下端保留原来的仪控系统，使系统成为一个电器、仪表、PLC及计算机等设备组成的分布式集成控制系统。
这样的安排，使整个站所的控制水平上了一个整台阶。
装备面貌焕然一新，还大大增强了系统的适应性。
葛老溪加压站控制系统结构图
方案二：
在深入进行煤气混合加压过程机理分析的基础上，利用模糊控制、解耦控制、专家控制、集成优化建模等技术，建立了煤气混合解耦控制模型，提出了二自由度专家控制方法，保证混合煤气热值压力的稳定。
煤气混合解耦控制模型由高炉煤气模糊控制器、焦炉煤气模糊控制器、专家控制器、模糊解耦控制器组成，基于过程的特点和操作人员经验知识，通过融合模糊控制、专家控制、模糊解耦等技术进行设计，实现了高炉煤气与焦炉煤气的混合配比控制，从而稳定了混合煤气的热值。
混合煤气加压的二自由度专家控制方法包含一个前馈专家控制器和一个反馈专家控制器，分别把加压机前后的混合煤气压力引进了专家控制器，实现对混合煤气压力的二自由度专家控制。
方案三：
控制系统主要由工业PC机、控制器、controlNet通讯网络、1784-KTCXl5通讯卡]）A及I/O模块构成。
控制系统硬件配置图如下图所示。
C1为13槽机架；1756-PA72为电源模板；1757-X52为CPU模板；1756-cNB为ControlNet通iK模板；1756-IR6I为热电阻输入模板；1756一IFl6为模拟窟输入模板；1756一OF8为模拟置输出模板；1756一IB32为数字鼍输入模板；1756一OB32为数字量输出模板；1784一KTCXl5为安装在工控机内的通讯卡，具有双通道信号输入；Switch为工业交换机。
控制系统设一个控制站、二个操作站。
系统操作设计算机自动、软手动两种方式。
工业PC机采用美国DELL的工控机。
计算机柜1个，前后开门。
前门带观察窗，计算机柜内配西门子SITOP电源（24VDC，10A）一个。
控制系统I/O点数：
模拟量输入点AI（4～20mADC）40点；热电阻输入点（Ptl00）22点；模拟量输出点AO（4～20mADC）7点；开关量输出点DO（24VDC）12点；其中有2个单同路控制系统，1个比值控制系统，11个报警点及4个联锁点。
系统采用了ControlNet通讯网络，具有独特、先进、高效的Producer/Consumer技术，开放、高速、实时、对等地传递数据信息，网络传输速率最高达5Mb/s。
ControlNet有着严密的通讯协议和数据传送逻辑，具有高度的确定性。
系统采用了ControINet通讯网络，具有独特、先进、高效的Producer/Consumer技术，开放、高速、实时、对等地传递数据信息，网络传输速率最高达5Mb/s。
ControlNet有着严密的通讯协议和数据传送逻辑，具有高度的确定性。
工控PC机内安装通讯卡，与控制器之间通过ControINet网进行通讯。
通过Rslinx网络通讯软件可以方便地设定内存地址、站地址、中断号等参数。
加压站的实时控制网通过1784一KTCX网卡与1756一CNB通讯模板互相连接。
ProcessLogix控制系统具有较强的系统自诊断功能、无缝联接、数据交换快速、规模灵活、易集成、紧凑等优点，越来越受到用户的青睐和好评。
该控制系统自投运以来，运行良好、可靠性高、故障率低，达到了满意的效果。
在生产正常的情况下，压力稳定在15~18kPa之间，完全满足了用户提出的丁艺要求。
同时输出给变频器的电流信号平稳波动，煤气超压泄放阀一般处于关闭状态．大大减少了煤气泄放量，达到了安全生产、提高产品质量和节能降耗的目的。
总结
本次文献综述的目标是为了了解国内的各大钢铁厂混合煤气加压站的设计情况及控制系统的设计状况。
根据这些设计方案及状况总结出自己的设计理念。
研究出适合我国国情的煤气混合加压过程智能解耦控制方法及工程应用，开发适合我国国情的煤气混合过程计算机控制系统及商品化工程软件。
通过总结以往的经验我们也发现了许多有待完善和思考的问题：
（1）上位机和PLC之间的数据交换，使我们可以利用上位机强大的计算功能做人工智能方面的深入探讨和研究，以求这类设备的控制水准达到人工智能的更高境界。
具体说来，我们可以研究采取系统特征辨识的方法来对系统
的运行状态进行实际意义上的分层，对系统采样时间进行真正意义上的在线智能调整，而目前都是采用的离线计算生成规则表的方式来进行处理，其动态适应性有待提高。
（2）进一步研究机组控制系统元件级的故障诊断。
这个工作对于提高系统的可维护性和运行稳定性具有重要的意义，是我们下一步研究工作的重要目标之一。
（3）研究此类加压机的调速特性，寻找加压机在调速方式下的最高效率点，从而最大限度地提高企业资源的利用率，提升企业生产的效能。
（4）实现燃气系统的经济运行，在充分理解相关的企业管理流程的基础之上，研究计算机跨分厂的生产管理信息系统。
这些技术是钢铁技术进步、节能降耗，减人增效的实用技术，是从整个钢铁的生产流程的视角去看待的。
加压机的节能模糊控制系统为开展这些方向上的研究打下了基础，创造了很好的条件。
参考文献
1.方喆.宝钢煤气混合加压站的设计策略探讨.2009年.
2.梁光辉，曾小辉，许桂生.韶钢新煤气柜区混合加压站设计与应用.2005年.
3.申世武，杨春.混合煤气加压站中的ProcessLogix控制系统介绍.2010年.
4.陈彦利，秦卫平，杨四龙，王怀军.煤气混合加压站技术改进实践.2009年.
5.田海，赵志民，刘新.煤气加压站变频调速计算机控制系统.2002年.
6.梁光辉，文坚，曾小辉.韶钢新煤气柜区的设计及应用.2010年.
7.阳胜峰.基于PLC和组态王的煤气加压控制系统.2004年.
8.赵震宇.西门子PLC和变频器在煤气加压站的应用.2006年.
9.王飞，孙式超，栾贻民.燃气混合工艺系统分析及在泰钢的应用.2010年.
10.王馨薇.煤气加压站仪控系统技术改造.2010年
升级会员 