[發明專利]一種加熱爐汽包液位控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201510594380.0
• 申請日: 2015-09-17
• 公開（公告）號: CN105258099B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 李春雷;周廣生;扈素紅;劉連杰;白洪強
• 申請（專利權）人: 山信軟件股份有限公司
• 主分類號: F22B35/00
• 分類號: F22B35/00
• 代理公司: 濟南舜昊專利代理事務所(特殊普通合伙)37249
• 代理人: 侯緒軍

技術領域

本發明涉及軋鋼工業步進式加熱爐生產過程自動控制領域，具體涉及軋鋼加熱爐汽包液位自動控制與調節方法。

背景技術

汽化冷卻系統是步進式加熱爐的重要組成部分，汽化冷卻具有節能、節水、高效等優點。在汽化冷卻系統運行過程中一個重要的任務是通過調節給水量實現汽包內液位的穩定。由于汽包是一個多因素高度耦合復雜水-汽平衡系統，在運行過程中會出現“虛假液位”的現象，給液位穩定控制帶來很大困難，嚴重時影響加熱爐安全生產。所謂“虛假液位”是指在封閉的汽包內，當壓力環境出現較大的擾動時，汽包內的熱飽和水體突然會急劇釋出大量飽和蒸汽，致使液體體積急劇膨脹，水位飆升。由于此時的水位并不能真實反映汽包內的水量情況，因此稱之為“虛假液位”。傳統的解決方式是采用“三沖量”控制方法，在閉環調節的基礎上增加蒸汽流量和補水流量前饋以補償其水位的影響，但該方式屬于“黑匣”建模方式，無視汽包液位形成機理，在實際工作中難以把握其運行規律，因此具有一定局限性。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種汽包液位控制系統及其控制方法，利用該系統實現汽包液位的控制方法能夠更加更加有效地克服虛假液位的影響，降低液位過高或過低的危險。

本發明的技術方案是：一種加熱爐汽包液位控制系統，包括：真實液位預測模塊、虛假液位預測模塊、主調節器、副調節器、第一加法器、第二加法器、給水調節閥、汽包；所述真實液位預測模塊通過第一加法器與主調節器連接，所述虛假液位預測模塊與副調節器連接，所述主調節器和所述副調節器均通過第二加法器與給水調節閥連接，所述給水調節閥與汽包連接；

所述真實液位預測模塊用于預測真實液位，并輸出真實液位預測值給第一加法器；

所述第一加法器用于計算液位設定值和真實液位預測值的差值，并將該差值輸出給主調節器；所述主調節器根據該差值進行運算，并將運算結果輸出給第二加法器；

所述虛假液位預測模塊用于預測虛假液位，并輸出虛假液位預測值給副調節器；所述副調節器根據該虛假液位預測值進行運算，并將運算結果輸出給第二加法器；

所述第二加法器用于計算主調節器運算結果和副調節器運算結果的差值，并將該差值輸出給給水調節閥；所述給水調節閥根據該差值調節閥位，用于控制汽包的給水量。

進一步地，所述真實液位預測模塊用于預測真實液位的預測模型公式為：l_1i＝l_1(i-1)+K₁(W-G)△t，其中式中l₁為真實液位，△t為采樣周期，W為給水量，G為蒸汽輸出量，ρ為汽包內水的密度，ρ'為汽包內蒸汽的密度，F為汽包內水汽分界面面積。該模型公式是通過分析汽包液位的形成機理得到的，能更加真實地反映汽包液位形成過程，準確把握汽化冷卻系統本質，維持水-汽系統平衡。

進一步地，本系統還包括：變送器和選擇開關；所述變送器輸入端與汽包連接、輸出端通過選擇開關與真實液位預測模塊連接；所述變送器將汽包液位通過選擇開關傳送給真實液位預測模塊，用于定期校正真實液位預測模塊的預測模型初始值，以防止累計誤差的影響。

進一步地，所述虛假液位預測模塊用于預測虛假液位的預測模型公式為：其中式中L為冷卻管長度，s為冷卻管內水流速度，F為汽包內水汽分界面面積，ρ為汽包內水的密度，h_g為蒸汽比焓，h_w為飽和液體比焓，Q為單位時間內步進梁冷卻系統吸熱量，C為汽包蓄熱系數，p為汽包壓力。該模型公式是通過分析汽包液位形成機理得到的，能有效預測虛假液位，能更加高效快捷地采取適當的措施以調整給水量，降低液位過高或過低的危險。

進一步地，所述主調節器為采用位置式PID調節算法的調節器。

進一步地，所述副調節器為采用帶有死區及限幅的比例調節方式的調節器。

一種加熱爐汽包液位控制方法，包括以下步驟：

S1：真實液位預測模塊利用公式l_1i＝l_1(i-1)+K₁(W-G)△t計算真實液位預測值，并將真實液位預測值輸出給第一加法器；

S2：第一加法器計算液位設定值和真實液位預測值的差值，并將該差值輸出給主調節器；

S3：主調節器利用位置式PID調節算法對步驟S2中的差值進行運算，并將運算結果發送給第二加法器；

S4：虛假液位預測模塊利用公式計算虛假液位預測值，并將虛假液位預測值輸出給副調節器；