阅读说明：本技术 一种烧结机烟气罩内温度控制系统及方法 (Temperature control system and method in flue gas hood of sintering machine ) 是由 吕庆 张巍 于 2020-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种烧结机烟气罩内温度控制系统及方法,包括台车、烟气罩、出风管道、逻辑控制器和计算机软件系统,所述的控制系统包括温度表Ⅰ、温度表Ⅱ、逻辑控制器和计算机软件系统,温度表Ⅰ设在烟气罩内进气调节阀下方,温度表Ⅱ设置在出风管道内,逻辑控制器与温度表Ⅰ、温度表Ⅱ和进气调节阀电性相连,计算机软件系统与逻辑控制器电性相连；所述的计算机软件系统包括出风温度函数拟合单元、罩内温度目标值计算单元和调节阀开度计算单元。本发明的优点是：通过调节阀的调节控制,结合多点检测及综合分析算法,实现了烟气罩内温度的精细化智能控制,利于烧结矿质量的提高,减少了循环烟气的热量流失,节能减排降耗。(The invention relates to a temperature control system and a method in a flue gas cover of a sintering machine, which comprises a trolley, a flue gas cover, an air outlet pipeline, a logic controller and a computer software system, wherein the control system comprises a thermometer I, a thermometer II, the logic controller and the computer software system; the computer software system comprises an air outlet temperature function fitting unit, a cover temperature target value calculating unit and an adjusting valve opening calculating unit. The invention has the advantages that: through the regulation control of the regulating valve and the combination of multi-point detection and comprehensive analysis algorithm, the refined intelligent control of the temperature in the flue gas hood is realized, the quality of sinter ore is improved, the heat loss of circulating flue gas is reduced, and the energy conservation, emission reduction and consumption reduction are realized.)

一种烧结机烟气罩内温度控制系统及方法

技术领域

本发明属于工业计算机实时控制技术领域，具体涉及一种烧结机烟气罩内温度控制系统及方法。

背景技术

传统的烧结生产具有废气量大、污染负荷严重、污染物种类多等特点，而烧结烟气循环技术能够很好解决这一问题。烟气循环为烧结过程中排放的烟气进行循环回收和再利用的过程，其循环烟气量占总排放量的20％至30％。该技术不但降低了烧结生产的总烟气排放量、减少了热损耗，而且在烟气循环过程中使氮氧化物与硫氧化物发生二次化学反应，将部分有害物质转化为无害物质，减少了有害物质的排放。烧结机烟气罩置于烧结机台车上方形成一个密闭空间供烟气循环流动，是烟气循环重要组成部分。在循环风机作用下，烧结烟气由进风管道进入烟气罩内，然后穿过台车中的烧结原料进入出风管道，最后由部分出风管道回流到进风管道，完成一次烟气循环过程。在烟气循环中维持烟气罩内温度的稳定尤为重要：过低的温度导致宝贵的循环热量流失，增加烧结过程中化石燃料的消耗，同时也增加了烧结污染；过高的温度会给烧结后续烟气脱硫、脱硝工段造成影响，严重时会直接破坏后续工段的生产设备造成难以挽回的经济损失。所以，精细控制烟气罩内温度的稳定是烧结生产中亟待解决的一个难点问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种烧结机烟气罩内温度控制系统及方法，该系统通过烟气罩调节阀的调节控制，结合基于PLC的多点检测及综合分析算法，实现烧结机烟气罩内温度的精细化智能控制，这种控制方式减小了循环烟气的热量流失，降低了化石燃料的消耗，达到节能减排的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种烧结机烟气罩内温度控制系统，包括台车、设置在台车上方的烟气罩、设置在台车下方的出风管道、逻辑控制器和计算机软件系统，其特征在于，在烟气罩顶部等间距设有多组进气调节管，在进气调节管上端设有进气调节阀，在烟气罩内每组进气调节管的下方设有温度表Ⅰ，在出风管道内设有温度表Ⅱ,所述的温度表Ⅰ、温度表Ⅱ和进气调节阀与逻辑控制器电性相连，所述的计算机软件系统与逻辑控制器电性相连；

所述的计算机软件系统包括出风温度函数拟合单元、罩内温度目标值计算单元和调节阀开度计算单元，所述的出风温度函数拟合单元输入端与所述的逻辑控制器输出端连接，出风温度函数拟合单元输出端与所述的罩内温度目标值计算单元输入端连接，罩内温度目标值计算单元输出端与所述的调节阀开度计算单元输入端连接，调节阀开度计算单元输出端与逻辑控制器输入端连接。

所述的出风温度函数拟合单元用于计算确定出风温度函数F(x)；所述的罩内温度目标值计算单元用于计算确定罩内温度表Ⅰ目标值T_o；所述的调节阀开度计算单元用于计算确定组合内两个进气调节阀a阀和b阀的开度H_a和H_b。

所述的进气调节管每两根为一组，共设有4～6组，各组等间距设置在烟气罩顶部。

所述的出风管道共设有10～15根。

本发明的一种烧结机烟气罩内温度控制方法，其特征在于，采用烧结机烟气罩内温度控制系统，包括以下步骤：

步骤1、计算机软件系统的出风温度函数拟合单元计算确定出风温度函数F(x)

步骤1.1、建立出风温度初始分段函数T(x)

设台车头部为原点O，台车上距离原点O的水平长度为x，按照x长度将出风管道设为三组，每组管道数设为3～6根，则三组管道内出风温度初始分段函数分别为T₁(x)、T₂(x)和T₃(x)，T₁(x)、T₂(x)和T₃(x)分别由公式(1)、公式(2)和公式(3)确定：

T₁(x)＝C₁₁+C₁₂x+C₁₃x² (1)

T₂(x)＝C₂₁+C₂₂x+C₂₃x² (2)

T₃(x)＝C₃₁+C₃₂x+C₃₃x² (3)

其中C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃为待定系数；

步骤1.2、确定出风温度初始函数T(x)

出风温度初始函数T(x)由各组出风温度初始分段函数之和构成；在每组出风管道内选取三个温度表Ⅱ，将温度表Ⅱ的测量值与水平长度x值带入公式(1)、公式(2)和公式(3)，求解出待定系数C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃，代入公式(1)、公式(2)和公式(3)，获得具体的T₁(x)、T₂(x)和T₃(x)，则具体的出风温度初始函数T(x)由公式(4)确定：

T(x)＝T₁(x)+T₂(x)+T₃(x) (4)

步骤1.3、确定出风温度平均值T_a

设三组出风管道水平距离分别为l、m、n，出风温度平均值T_a由公式(5)确定：

步骤1.4、确定出风温度初始函数调整系数K_T

设出风外网允许烟气温度范围为(T_min,T_max)，出风温度初始函数调整系数K_T由公式(6)确定：

其中，K_c为管道降温系数；

步骤1.5、确定出风温度函数F(x)

由出风温度初始函数与出风温度初始函数调整系数确定出风温度函数，出风温度函数F(x)由公式(7)确定：

F(x)＝K_TT(x) (7)

步骤2、计算机软件系统的罩内温度目标值计算单元计算确定罩内温度表Ⅰ目标值T_o

步骤2.1、确定罩内温度与出风温度比例K_r

设温度表Ⅰ到原点O的水平长度为x_m，温度表Ⅰ测量值为T_m，该温度表I的温度比例K_r由公式(8)确定：

步骤2.2、确定罩内温度表Ⅰ目标值T_o

温度比例反应了同一水平长度上罩内温度与出风温度的关系，则罩内温度表Ⅰ目标值T_o由公式(9)确定：

T_o＝K_rF(x_m) (9)

步骤3、计算机软件系统的调节阀开度计算单元计算确定组合内两个进气调节阀a阀和b阀的开度H_a和H_b

步骤3.1、确定温度表Ⅰ温度差值T_△

温度表Ⅰ温度差值T_△由公式(10)确定：

T_△＝T_o-T_m (10)

其中，T_o为温度表Ⅰ的目标值，T_m为温度表Ⅰ的测量值；

步骤3.2、采用PID控制，确定组合进气调节阀的调节变量H_z

设每组两个进气调节阀开度的组合值为调节变量H_z，设温度差值T_△的阈值为T_w，则组合进气调节阀的调节变量H_z存在如下两种情况：

a)当T_△在区间(-T_w,+T_w)以外时，H_z由公式(11)确定：

b)当T_△在区间(-T_w,+T_w)以内时，采用PID控制H_z，H_z由公式(12)确定：

其中K_p为比例增益，T_t为积分时间常数，T_D为微分时间常数；

步骤3.3、确定组合进气调节阀中的主控阀

设组合进气调节阀的调节变量变化率为H_qt，变化率阈值为H_△qt，则组合进气调节阀中的主控阀的确定存在如下两种情况：

a)当H_qt>H_△qt时，组合内两个进气调节阀都为主控阀

b)当H_qt≤H_△qt时，组合内一个进气调节阀为主控阀，该选择由人工设定；

步骤3.4、确定组合内两个进气调节阀a阀和b阀的开度H_a和H_b组合内两个进气调节阀a阀和b阀的开度分别为H_a和H_b，H_a和H_b由公式(13)确定：

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明通过烟气罩调节阀的调节控制，结合基于PLC的多点检测及综合分析算法，实现烧结机烟气罩内温度的精细化智能控制，这种控制方式减小了循环烟气的热量流失，降低了化石燃料的消耗，达到节能减排的效果。

附图说明

图1为本发明控制系统示意图；

图2为图1的横截面示意图；

图3为本发明计算机软件系统结构框图；

图4为本发明逻辑算法计算流程图。

具体实施方式

为了能够清晰、详细和完整的描述本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明的一种烧结机烟气罩内温度控制系统包括台车1、设置在台车1上方的烟气罩2、设置在台车1下方的出风管道6、逻辑控制器和计算机软件系统，其特征在于，在烟气罩2顶部等间距设有多组进气调节管3，在进气调节管3上端设有进气调节阀4，在烟气罩2内每组进气调节管的下方设有温度表Ⅰ5，在出风管道6内设有温度表Ⅱ4,所述的温度表Ⅰ5、温度表Ⅱ7和进气调节阀4与逻辑控制器电性相连，所述的计算机软件系统与逻辑控制器电性相连；

如图3所示，所述的计算机软件系统包括出风温度函数拟合单元、罩内温度目标值计算单元和调节阀开度计算单元，所述的出风温度函数拟合单元输入端与所述的逻辑控制器输出端连接，出风温度函数拟合单元输出端与罩内温度目标值计算单元输入端连接，罩内温度目标值计算单元输出端与调节阀开度计算单元输入端连接，调节阀开度计算单元输出端与逻辑控制器输入端连接。

所述的出风温度函数拟合单元用于计算确定出风温度函数F(x)；所述的罩内温度目标值计算单元用于计算确定罩内温度表Ⅰ目标值T_o；所述的所述的调节阀开度计算单元用于计算确定组合内两个进气调节阀a阀和b阀的开度H_a和H_b。

烧结原料在烧结过程中不同阶段的反应方式有所不同，沿台车1行走方向越靠近烧结机尾部物料反应越剧烈，通过物料的循环烟气温度也越高。一个合理的烟气罩2内温度控制结果，应该是沿台车1行走方向将烟气罩2内烟气温度控制到一个特定的连续函数分布曲线上。基于进风调节阀4的设计，可以将一个连续的空间划分为多段的控制区域，分别对各区域进行单独控制最终达到罩内温度连续分布曲线的控制目标。

烟气罩2内每段控制区域的温度控制是通过顶部进风调节阀4来实现的。由于正常生产时烟气罩2内烟气压力呈负压，开启进风调节阀4时外部空气会抽入到烟气罩2中。因此进风调节阀4开度值越大，烟气罩2内附近区域的温度就越低；进风调节阀4开度值越小，烟气罩2内附近区域的温度就越高。通过对烟气罩2上所有进风调节阀4进行不同开度的调整，可以实现烟气罩2内温度的精准控制。

如图4所示，本发明的一种烧结机烟气罩内温度控制方法，其特征在于，采用上述烧结机烟气罩内温度控制系统，包括以下步骤：

步骤1、计算机软件系统的出风温度函数拟合单元计算确定出风温度函数F(x)

烟气罩2内温度与出风管道6温度具有关联性，应先找出出风管道6温度的函数曲线。由于出风管道6内温度表Ⅱ7检测到的温度值是离散的，因此需要根据离散的检测值来拟合出连续的出风温度函数曲线。

步骤1.1、建立出风温度初始分段函数T(x)

设台车1头部为原点O，台车1上距离原点O的水平长度为x，按照x长度将出风管道6设为三组，三组管道数量分别为4根、6根、4根，则三组管道内出风温度初始分段函数T₁(x)、T₂(x)和T₃(x)分别由公式(1)、公式(2)和公式(3)确定：

T₁(x)＝C₁₁+C₁₂x+C₁₃x² (1)

T₂(x)＝C₂₁+C₂₂x+C₂₃x² (2)

T₃(x)＝C₃₁+C₃₂x+C₃₃x² (3)

其中C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃为待定系数。

步骤1.2、确定出风温度初始函数T(x)

出风温度初始函数T(x)由各组出风温度初始分段函数之和构成。

在每组出风管道6内选取三个温度表Ⅱ7，将温度表Ⅱ7的测量值与水平长度x值带入公式(1)、公式(2)和公式(3)，求解出待定系数C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃，代入公式(1)、公式(2)和公式(3)，获得具体的T₁(x)、T₂(x)和T₃(x)，则具体的出风温度初始函数T(x)由公式(4)确定：

T(x)＝T₁(x)+T₂(x)+T₃(x) (4)

步骤1.3、确定出风温度平均值T_a

设三组出风管道6水平距离分别为l、m、n，出风温度平均值T_a由公式(5)确定：

步骤1.4、确定出风温度初始函数调整系数K_T

设出风外网允许烟气温度范围为(T_min,T_max)，出风温度初始函数调整系数K_T由公式(6)确定：

其中，K_c为出风管道6降温系数；

步骤1.5、确定出风温度函数F(x)

由出风温度初始函数与出风温度初始函数调整系数确定出风温度函数，出风温度函数F(x)由公式(7)确定：

F(x)＝K_TT(x) (7)

步骤2、计算机软件系统的罩内温度目标值计算单元计算确定罩内温度表Ⅰ目标值T_o

步骤2.1、确定罩内温度与出风温度比例K_r

设温度表Ⅰ5到原点O的水平长度为x_m，温度表Ⅰ5测量值为T_m，该温度表I5的温度比例K_r由公式(8)确定：

步骤2.2、确定罩内温度表Ⅰ5目标值T_o

温度比例反应了同一水平长度上罩内温度与出风温度的关系，则罩内温度表Ⅰ5目标值T_o由公式(9)确定：

T_o＝K_rF(x_m) (9)

步骤3、计算机软件系统的调节阀开度计算单元计算确定组合内两个进气调节阀a阀和b阀的开度H_a和H_b

步骤3.1、确定温度表Ⅰ5温度差值T_△

温度表Ⅰ5温度差值T_△由公式(10)确定：

T_△＝T_o-T_m (10)

其中，T_o为温度表Ⅰ5的目标值，T_m为温度表Ⅰ5的测量值；

步骤3.2、采用PID控制，确定组合进气调节阀4的调节变量H_z

设每组两个进气调节阀4开度的组合值为调节变量H_z，设温度差值T_△的阈值为T_w，则组合进气调节阀4的调节变量H_z存在如下两种情况：

a)当T_△在区间(-T_w,+T_w)以外时，H_z由公式(11)确定：

b)当T_△在区间(-T_w,+T_w)以内时，采用PID控制H_z，H_z由公式(12)确定：

其中K_p为比例增益，T_t为积分时间常数，T_D为微分时间常数；

步骤3.3、确定组合进气调节阀4中的主控阀

根据调节变量变化率的大小，对该组内两个进气调节阀4的控制采取不同的方式。当调节变量变化率较大时，系统将两个进气调节阀4都设为主控阀，同时调节两个进气调节阀4来增加系统调节能力；当调节变量变化率较小时，系统将一个进气调节阀4设为主控阀，单独调节该进气调节阀4来减小系统调节能力。

设组合进气调节阀4调节变量的变化率为H_qt，变化率阈值为H_△qt，则组合进气调节阀4中的主控阀的确定存在如下两种情况：

a)当H_qt>H_△qt时，组合内两个进气调节阀4都为主控阀；

b)当H_qt≤H_△qt时，组合内一个进气调节阀4为主控阀，该选择由人工设定；

步骤3.4、确定组合内两个进气调节阀a阀和b阀的开度H_a和H_b

组合内两个进气调节阀a阀和b阀的开度分别为H_a和H_b，H_a和H_b由公式(13)确定：

本发明的具体实施方式，在权利要求限定的范围内，可以进行多种改变和修改，任何人在没有做出创造性工作的前提下，基于本发明所实施的所有其它实施例，都应属于本发明的保护范围内。