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一种 高炉鼓 风机防喘振控制的方法

阅读：536发布：2020-05-16

专利汇可以提供一种高炉鼓风机防喘振控制的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及鼓风机防喘振，旨在提供一种高炉鼓风机防喘振控制的方法。包括：(1)对防喘振曲线进行无量纲处理，获得不随进口条件及结构变化的无量纲曲线；(2)获取实时运行参数，并在进行无量纲化处理后与防喘振点的无量纲数值比较，确定目前是否处于安全区域；(3)确定目前运行点与防喘振曲线之间的距离和当前无量纲流量方向上的变化速度，并以其为输入值确定PID控制的参数；(4)向防喘振阀的控制器传送PID控制参数，实现对防喘振阀的控制。本发明消除了进口状态及结构变化而引起的防喘振曲线偏移，保证运行时能准确的判断安全运行区域；能够消除由于控制参数固定带来的防喘振阀的开的过大或者过小带来的压力波动和能量浪费的问题。，下面是一种高炉鼓风机防喘振控制的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高炉鼓风机防喘振控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对鼓风机出厂试验时确定的防喘振曲线进行无量纲处理，获得不随鼓风机进口条件及鼓风机结构变化的无量纲防喘振曲线；
(2)由温度传感器、压力传感器和流量传感器获取鼓风机实时的运行参数，并在进行无量纲化处理后，与防喘振曲线中防喘振点的无量纲数值比较，确定目前运行点所处位置是否处于安全区域；
(3)确定目前运行点与防喘振曲线之间的距离和当前无量纲流量方向上的变化速度，并以其为输入值，通过BP神经网络算法确定PID控制的参数；
所述运行点与防喘振线之间的距离是根据下述公式获得的：
式中，DS为运行点与防喘振线之间的距离，qs为防喘振点的无量纲流量，为运行点的无量纲流量；
所述无量纲流量方向上的变化速度是根据下述公式获得的：
式中，v为当前无量纲流量方向上的变化速度，为运行点的无量纲流量；
(4)向防喘振阀的控制器传送PID控制参数，实现对防喘振阀的控制。

说明书全文

一种高炉鼓 风机防喘振控制的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高炉鼓风机防喘振方法。更具体的说，是针对炼铁高炉中的高炉鼓风机进行防喘振控制。

背景技术

[0002] 高炉鼓风机是炼铁过程中的核心动力设备，高炉鼓风机是高炉设备的心脏。鼓风机所输送的高压风流，经热风炉加热到1100～1200℃，由设在高炉下腹部的环形风管，通过安装在高炉四周的风口吹入高炉内，一方面托住由炉顶部装料钟处加入的炉料；另一方面通过化学还原反应在炉底形成铁水和渣。如果送风切断，高炉不能继续生产铁水，同时因炉内支撑炉料的力消失，势必炉料下榻，铁水、渣就会飞溅，造成高炉堵风口的重大事故。因此要求鼓风机组能够随着高炉的冶炼工况实现自动调节和控制，为高炉提供优质，适量的风源对于整个钢铁过程的重要性不言而喻，鼓风机的运行状态与企业的产量、效益、安全息息相关。

[0003] 由于高炉憋风等原因常会引起风机喘振现象。所谓风机的“喘振”，就是在风机整个系统中发生周期性的低频振荡，风机流量和出口压力大幅度波动的现象。喘振造成的后果是非常严重的，它不仅会使鼓风机转子和静子经受交变应力而断裂，使级间压力失常而引起强烈振动，导致密封及推力轴承损坏，使运动元件和静止元件相碰，有的甚至破坏了密封造成了爆炸、火灾等事故。除严重事故之外，喘振也会使炼铁风耗增加，吨铁成本升高。

[0004] 冶金等领域运行的鼓风机几乎都设有防喘振控制系统。控制措施主要是防喘放空。目前主要的控制方法是当出现运行点靠近防喘振曲线时，即立刻打开防喘振阀，防止运行点进入防喘振曲线左边，重新处于安全区域。

[0005] 防喘振曲线的设置具有非常重要的意义。一般来讲，鼓风机制造厂商提供的防喘振曲线是在出厂时试验给定，但是由于温度、分子量变化对喘振极限的影响没有考虑进去，实际应用是往往有一定偏差，特别是旧机组的性能会发生变化时，导致防喘振控制系统设置的不尽合理，从而造成不必要的损失。同样防喘振阀的开度具有重要的作用。开度过大过快，不仅会产生较大的流量和压力波动，这种波动是高炉正常生产中无法接受的，而且也浪费能量。若开度过小过慢，又不能保证在工况点上升较快的情况下保证风机不进入喘振区。

[0006] 防喘振控制作为高炉风机控制中最重要的一环，其控制效果完善与否，在很大程度上决定了能否充分发挥鼓风机的潜能，为高炉提供一个安全、稳定、高效的风源，保证高炉达到理想的利用系数。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种高炉鼓风机防喘振控制的方法。

[0008] 本发明的解决方法是：

[0009] 提供一种高炉鼓风机防喘振控制的方法，包括以下步骤：

[0010] (1)对鼓风机出厂试验时确定的防喘振曲线进行无量纲处理，获得不随鼓风机进口条件及鼓风机结构变化的无量纲防喘振曲线；

[0011] (2)由温度传感器、压力传感器和流量传感器获取鼓风机实时的运行参数，并在进行无量纲化处理后，与防喘振曲线中防喘振点的无量纲数值比较，确定目前运行点所处位置是否处于安全区域；

[0012] (3)确定目前运行点与防喘振曲线之间的距离和当前无量纲流量方向上的变化速度，并以其为输入值，通过BP神经网络算法确定PID控制的参数；

[0013] (4)向防喘振阀的控制器传送PID控制参数，实现对防喘振阀的控制。

[0014] 本发明中，所述运行点与防喘振曲线之间的距离是根据下述公式获得的：

[0015] (公式1)

[0016] 式中，DS为运行点与防喘振曲线之间的距离，qs为防喘振点的无量纲流量，为运行点的无量纲流量。

[0017] 本发明中，所述无量纲流量方向上的变化速度是根据下述公式获得的：

[0018] (公式2)

[0019] 式中，v为当前无量纲流量方向上的变化速度，为运行点的无量纲流量。

[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0021] 1、通过将防喘振曲线进行无量纲化处理，消除了进口状态及结构变化而引起的防喘振曲线偏移，保证运行时能准确的判断安全运行区域。

[0022] 2、以安全距离与鼓风机运行点的速度为输入，确定PID控制的参数。这种自适应的PID控制方法能够消除由于控制参数固定带来的防喘振阀的开的过大或者过小带来的压力波动和能量浪费的问题。附图说明

[0023] 图1为高炉鼓风机运行示意图；

[0024] 图2为无量纲防喘振曲线；

[0025] 图3为运行点与防喘振点的距离示意图；

[0026] 图4为BP神经网络算法示意图；

[0027] 图5为防喘振控制算法示意图。

具体实施方式

[0028] 图1表示高炉鼓风机运行示意图。鼓风机由电机或者汽轮机带动。当正常运行时，鼓风机处于安全区域，防喘振阀全关，空气全部进入热风炉进行加热。当鼓风机靠近防喘振曲线时，防喘振阀打开，将空气排入大气，从而使得鼓风机的流量增加，远离防喘振曲线。

[0029] 图2为无量纲化的高炉鼓风机防喘振曲线。其中p2/p1为高炉鼓风机压缩比，为相似转速，为无量纲化的流量。从图中可以看出，当采用无量纲化的计算后，防喘振曲线不随进气条件而变化。

[0030] 图3表示运行点的无量纲流量为时，此时防喘振点的无量纲流量为qs，因此实际运行点离防喘点的距离为：

[0031] (公式1)

[0032] 当DS小于1时并且运行点在控制线右边，因此处于安全运行区域。当DS等于1时，运行点防喘振曲线上，处于临界状态。为了保证鼓风机的安全，应尽量避免此类情况。因此当DS小于1时但处于控制线左边时，应打开防喘振阀将运行点拉到控制线上或者右边。

[0033] 图4为当DS小于1时但处于控制线左边时，采用BP神经网络算法计算PID运行参数示意图。BP(Back Propagation)神经网络模型拓扑结构包括输入层(input)、隐层(hide layer)和输出层(output layer)。当实际输出与期望输出不符时，进入误差的反向传播阶段。误差通过输出层，按误差梯度下降的方式修正各层权值，向隐层、输入层逐层反传。周而复始的信息正向传播和误差反向传播过程，是各层权值不断调整的过程，也是神经网络学习训练的过程，此过程一直进行到网络输出的误差减少到可以接受的程度，或者预先设定的学习次数为止。

[0034] 这里选择距离DS与运行点在无量纲流量方向上的变化速度作为输入层，PID控制的比例和积分参数作为输出。其中无量纲流量方向上的变化速度为：

[0035] (公式2)

[0036] 根据经验参数对BP神经网络进行训练，得到神经网络模型。

[0037] 图5表示防喘振控制算法的示意图。首先根据采集的鼓风机进出口参数计算无量纲的压缩比与流量。通过压缩比从防喘振曲线上得到相应的无量纲防喘振曲线上的流量。利用公式(1)和公式(2)计算距离DS和变化速度v。然后根据BP神经网络得到PID控制参数Kp和Ki。

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