转炉煤气回收过程优化控制技术研究与应用

论文摘要

转炉钢水冶炼过程中会产生大量含氧化铁粉尘的高温烟气，其主要成分为一氧化碳，是一种热值较高的工业燃料，如不进行有效回收处理和控制排放，不仅污染大气环境，还会造成能源浪费。转炉煤气回收是把转炉生产过程中的副产品CO进行回收再利用的生产工艺，它将高温烟气通过汽化烟道进行冷却、净化处理后，得到可回收的转炉煤气，其经济价值和社会效益不言而喻。钢铁工业作为资源、能源密集型行业，是耗能大户，其耗能量占工业总能耗的16%左右，能源消耗费用占企业生产总成本的24%以上。因此，开展转炉煤气回收技术的研究，进一步提高煤气回收率及其品质，并且稳定生产过程，对于钢铁工业大幅度降低能耗水平，提高资源利用率，保证稳定持续的发展都具有重要的实际意义。目前国内炼钢企业的转炉烟气净化回收系统由于部分技术装备及控制方法比较落后，造成炉口烟气压力波动较大、冶炼过程稳定性差、煤气回收和烟气减排效果不佳。本文以马钢第二钢轧总厂50吨转炉为对象，针对系统呈现大惯性、强耦合、纯滞后、非线性等特点，通过对OG法烟气净化与煤气回收系统进行深入研究，阐述了炉口差压控制系统的设计方案。在此基础上，对其进行硬件配置和软件开发并实现控制运行。转炉炉口差压控制的主要目标是通过调节二文喉口的开度来实现炉口内外气体的差压控制，即使炉口内外差压趋近于微正压，从而使风机的抽风量与烟气的生成量保持一致，避免烟气外溢或向炉内吸入空气，以达到较好的烟气减排和煤气回收效果。为实现控制算法的计算机仿真，本文首先阐述了采用脉冲响应法和参数估计理论进行系统模型辨识来获取被控对象数学模型的方法和步骤，详细介绍了利用Matlab系统辨识工具箱的建模功能来获得传递函数的方法，并对辨识出的模型，采用PID神经网络与传统PID控制算法进行仿真分析。在此基础上，本文又提出了一种基于提高CO浓度的优化控制方案，利用模糊RBF神经网络在线辨识出炉口差压与CO浓度之间的数学模型，搜索出差压控制回路的最佳设定值，并通过系统跟踪控制，将炉口差压控制在该设定值附近，从而达到显著提高CO浓度和煤气回收质量的效果，并由此避免大量的CO复燃和冶炼过程的浪涌，稳定了钢水冶炼过程，提高吹炼命中率，缩短冶炼周期，达到增产降耗的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外技术现状
• 1.3 任务来源及主要研究内容
• 第二章 系统工艺介绍与分析
• 2.1 转炉烟气的处理方法及特点
• 2.2 OG 装置工艺流程
• 2.3 OG 系统主要设备
• 2.3.1 烟罩
• 2.3.2 第一级文氏管
• 2.3.3 第二级文氏管
• 2.3.4 引风机
• 2.3.5 三向切换阀及旁通阀
• 2.3.6 放散塔
• 2.4 主要技术参数及特点
• 第三章 炉口差压控制方案设计
• 3.1 炉口差压控制系统描述
• 3.2 控制系统架构
• 3.3 控制系统硬件配置
• 3.3.1 差压自动调节装置
• 3.3.2 电动伺服装置
• 3.4 检测项目
• 3.4.1 炉口差压信号的检测
• 3.4.2 R-D 挡板开度信号检测
• 第四章 炉口差压控制系统建模
• 4.1 系统辨识与建模概述
• 4.1.1 系统辨识的目的
• 4.1.2 系统建模方法分类
• 4.1.3 辨识的内容和步骤
• 4.2 数据预处理
• 4.3 差压控制系统模型
• 4.3.1 机理模型
• 4.3.2 模型参数估计
• 第五章 炉口差压的PID 神经网络控制算法研究
• 5.1 传统 PID 控制
• 5.2 PID 神经网络控制
• 5.2.1 PID 神经网络特点
• 5.2.2 控制系统结构及算法
• 5.3 仿真研究
• 第六章 转炉煤气回收系统优化控制策略研究
• 6.1 优化控制方案构建
• 6.2 优化控制算法设计
• 6.2.1 数据预处理
• 6.2.1.1 滤波处理
• 6.2.1.2 输入与输出的归一化和反归一化
• 6.2.2 模糊 RBF 网络
• 6.2.2.1 网络结构
• 6.2.2.2 学习算法
• 6.2.2.3 算法改进
• 6.2.3 在线优化算法
• 6.3 仿真研究
• 第七章 转炉炉口差压控制系统的实现
• 7.1 系统架构及软件开发平台
• 7.1.1 系统架构
• 7.1.2 Step7 V5.4 简介
• 7.1.3 组态软件 WinCC 简介
• 7.2 系统硬件配置
• 7.2.1 PLC 系统的硬件配置
• 7.2.2 监控计算机硬件配置
• 7.3 应用软件设计
• 7.3.1 现场控制器应用程序设计
• 7.3.2 监控画面设计
• 7.4 系统应用效果
• 结论
• 参考文献
• 附录A 部分源代码清单
• 附录B 部分系统建模数据
• 附录C 部分优化控制仿真数据
• 插图清单
• 附表清单
• 在学研究成果
• 致谢