焦炉集气管压力综合控制算法与应用研究

摘 要：在焦炉操作过程中，焦炉集气管压力综合控制对于焦炉应用的安全性具有非常重要的作用。科学的焦炉集气管压力综合控制算法可以提高焦炉的稳定性，使燃料充分燃烧，提高资源的利用效率，减少焦炉排放多环境的污染。因此，本文以焦炉集气管压力综合控制算法为分析对象，设计动态积分系数，调节焦炉集气管压力，解决不同时间段焦炉压力不稳定，问题。

关键词：焦炉控制；集气管压力综合控制；控制算法；系统应用

焦炉集气管压力为焦炉燃煤效率的主要参数指标，若焦炉集气管压力过大，则会影响焦炉应用的稳定性，降低焦炉的使用寿命；如果焦炉集气管压力过小，则燃煤不充分，会造成资源的浪费和环境的污染。通常焦炉集气管中的压力控制在80Pa～120Pa之间，不同型号的焦炉压力略有差异，在焦炉工作过程中不同时间段的压力不同，焦炉集气管内部各点的压力也各不相同，所以焦炉集气管压力具有动态变化的特征，因此可以建立焦炉集气管压力动态平衡方程综合控制焦炉集气管压力，以保证焦炉集气管压力的稳定性。

1 焦炉集气管压力动态平衡分析

本文以双焦炉集气管和单焦炉集气管综合应用为例，其中双焦炉集气管焦炉两座，单焦炉集气管焦炉两座，采用人工调节的方式进行集气管压力的调节。建立焦炉集气管压力动态平衡模型调节焦炉集气管压力，确定节焦炉集气管压力的阻力系数为：，其中i=1，2，...，5。焦炉集气管压力在不断增加过程中，气体焦炉集气管的容量不断增加，气体焦炉集气管容量系数可定义为：Ci=dVi[]dP，其中i=1，2，...，5。以双焦炉集气管为例，其焦炉集气管压力动态平衡模型的平衡方程为：

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

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

其中Q1为双焦炉集气管中煤气的发生量，P1～P4分别为四个焦炉的集气管压力，PS为焦炉鼓风机的机前吸力。将焦炉集气管压力动态平衡模型的平衡方程利用拉氏变换得到焦炉集气管压力特征方程为：

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为四个焦炉集气管压力的比例系数，T1与T5为焦炉工作过程中的起始与结束时间常数。通过式（2）得到四个焦炉的焦炉集气管压力特性分别为：P1（S）、P2（S）、P3（S）、P4（S）。四个焦炉的焦炉集气管压力之间相互耦合、相互作用，当中Q1～Q4双焦炉集气管中煤气的发生量出现了不稳定的情况，则会导致焦炉鼓风机的机前吸力P5出现变化，进而出现焦炉集气管压力发生不规律的变化。

2 焦炉集气管压力综合控制算法

焦炉集气管压力受多因素的影响使其不稳定，所以在对其进行控制时要协调好各因素之间的关系，采用有效的算法进行综合控制以保证控制的准确性。鉴于焦炉集气管压力影响因素的分散性，本文提出设计变积分PI控制和解偶控制方法进行控制。

变积分PI控制是以解决焦炉集气管内部压力不规律变化的影响，动态调节焦炉集气管压力，使用回路偏差分段的方法对其进行自动修改积分常数，进而使焦炉集气管回路适应范围增大。设积分时间常数为Ti（n），对其转换为随偏差e（n）变量，转换方程为：

随着时间上的变化，焦炉集气管压力发生变化，通过调整输出电压调节焦炉集气管小偏差下系统的精度。

焦炉之间集气管压力会发生耦合问题，可以使用解偶控制进行多变量控制，解决焦炉之间集气管复杂多样性的变化难以控制问题。采用人工的方法测得焦炉之间集气管压力关系系数为α，输出波动量为Δy，压力测试范围为M，M（80Pa～120Pa）。由此得到：

α=Δy/M；

Δy=y（n）-y（n-1）（5）

例如对回路1的综合影响分析，其他回路对回路1的影响可以表示为：

Δy1=α2M2+α3M3+α4M4+α5M5（6）

转换为电信号为：

ΔU1（n）=U0×Δy1/M1（7）

通过对电信号的控制可以调节焦炉之间集气管压力会发生耦合问题。

3 焦炉集气管压力综合控制系统应用

焦炉集气管压力综合控制系统包括偏差预处理模块、耦合消除模块、前馈控制模块、调节阀开度模块、集气管压力控制模块和鼓风机控制模块，偏差预处理模块通过偏差预处理识别焦炉的偏差信号，并对其进行修正，在变积分PI控制算法的影响下得到有效的偏差信号，利用非线性PID算法进行控制。将焦炉集气管压力综合控制系统应用在实际工业过程控制系统中，焦炉开、关、煤气管道环境变化等对焦炉集气管压力的影响，可在焦炉集气管压力综合控制系统控制下在15s内达到稳定性。以双焦炉集气管压力变化为例，设定初始压力为60Pa，变化曲线如图所示：

双焦炉集气管压力变化曲线图

其中双焦炉集气管压力波动控制在±15Pa，单焦炉集气管压力波动控制在±10Pa。进行集气管压力综合控制的焦炉相比未进行集气管压力综合控制的焦炉年节约煤气效益200余万元，同时改善了焦炉的运行环境，减少焦炉排放30%，提高了焦炉控制自动化的水平。应用焦炉集气管压力综合控制系统还解决了多焦炉集气管之间的耦合震荡问题，保证焦炉集气管压力的波动在可控范围内。

4 结语

本文以焦炉集气管压力综合控制算法与应用为研究对象，通过建立焦炉集气管压力动态平衡模型确定影响焦炉集气管压力综合因素，设计变积分PI控制和解偶控制，人工干预控制焦炉集气管压力的稳定性。此次研究所提出的焦炉集气管压力综合控制算法在具体应用中，可以提高焦炉的燃煤率，降低焦炉排放的污染量，保证焦炉安全运行。虽然本文提出的焦炉集气管压力综合控制算法可以较好的稳定焦炉集气管壓力，但仍有一定的不足，对于复杂焦炉环境影响因素非常的多，如焦炉型号、焦炉年限、煤炭质量、自然环境等等，在接下来的工作中需要对其进行进一步的完善，以求更好的提高焦炉的工作效率。

参考文献：

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[2]张博，郭强，张飞，宗胜悦，张佳庆.精轧温度模型优化算法与控制策略的研究[J].控制工程，2014，21（3）：352356.

[3]安连锁，冯强，沈国清，姜根山，张世平等.可变模式分解在炉膛压力管道微弱泄漏信号检测的应用研究[J].锅炉技术，2015，46（4）：16.

作者简介：吴红兵（1987），男，汉族，湖南娄底人，本科，主要从事测控一体开发与维护。