炼铁高炉上料扰动的透平静叶控制系统设计

论文摘要

高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置,简称TRT,是目前国际上公认的有价值的二次能源回收装置。TRT装置投入的前提条件是确保高炉炉顶压力的稳定,但是高炉上料过程中会产生对高炉顶压控制的扰动,所以各冶金企业和研究部门把解决补偿高炉上料扰动,作为重要的工作进行研究和开发。首先,通过高炉顶压系统设备的运行方式,分析了在高炉上料过程中,升高的料线给炉内气体的流通带来很大阻力,这对于顶压是一个快速的高幅值的扰动。另外系统存在一定的滞后,常规的PID调节对于此扰动往往难以精确调节,造成顶压波动范围较大。本文通过机理分析与参数辨识建立了静叶控制顶压模型和上料扰动模型,从而得到高炉顶压数学模型。根据该模型给出的系统控制目标,分析了系统输入、输出变量间的关系,设计了高炉上料扰动前馈控制器,提出针对高炉上料时,控制器工作在前馈PID控制方式；而在高炉炼铁运行时,切换为常规PID控制。并且力求不产生切换扰动,使静叶自动化控制能有更强的控制调整能力。最后,使用在MATLAB中的Simulink工具箱对建立的数学模型和控制系统进行仿真,实验结果表明,前馈PID与常规PID针对高炉不同工况进行切换的控制方式,能够补偿上料扰动,验证了其合理性与可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 高炉TRT控制研究的背景
• 1.2 高炉TRT控制研究的意义
• 1.3 国内外研究的现状
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 高炉TRT系统工艺
• 2.1 高炉鼓风机及热风炉工艺
• 2.1.1 高炉生产对高炉鼓风机的要求
• 2.1.2 高炉鼓风机的形式
• 2.1.3 高炉鼓风机的运行特点
• 2.1.4 热风炉
• 2.2 高炉工艺
• 2.2.1 高炉工艺简介
• 2.2.2 高炉料柱结构
• 2.2.3 除尘设备
• 2.2.4 减压阀组
• 2.3 透平发电机组工艺
• 2.4 高炉上料过程中产生的扰动
• 2.5 本章小结
• 第3章 高炉TRT系统数学建模
• 3.1 高炉顶压动态数学模型
• 3.1.1 高炉鼓风机与热风炉建模
• 3.1.2 高炉建模
• 3.1.3 管道建模
• 3.2 透平机静叶系统模型
• 3.3 透平机控制高炉顶压整体系统模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 高炉TRT系统顶压控制器设计
• 4.1 高炉顶压控制的现状
• 4.2 针对高炉间歇上料的控制思路
• 4.2.1 炼铁时高炉顶压控制系统设计
• 4.2.2 上料时高炉顶压控制系统设计
• 4.3 DCS控制系统设计
• 4.3.1 ABB DCS控制系统
• 4.3.2 控制系统的硬件设计
• 4.3.3 控制系统的软件设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 高炉TRT系统仿真及结果分析
• 5.1 高炉模型仿真
• 5.2 高炉顶压系统无扰动仿真
• 5.3 高炉顶压系统有扰动仿真
• 5.4 有扰动前馈PID控制综合系统仿真
• 5.4.1 前馈环节仿真
• 5.4.2 设计综合系统仿真
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢