高爐沖渣水采暖系統水泵的串級控制系統研究

趙瑜

摘? ?要：宣鋼高爐沖渣水的余熱回收利用均用于采暖或者浴池使用，采暖水泵采暖期24h工頻運轉，由于各項參數無實時監測及相關控制，造成氣溫高時過度采暖、室溫過高的現象。本文通過計算沖渣水的熱值利用，研究應用串級控制系統原理，對采暖水泵的運轉頻率進行有效的控制，達到節能降耗的目的。

關鍵詞：余熱利用? 串級控制? matlab程序仿真

中圖分類號：TF325? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0105-02

近年來，高爐沖渣水余熱回收利用受到了社會的廣泛關注，對于熱能回收的方法展開了很多研究。目前技術較成熟的應用主要包括浴池用水和冬季采暖。

1? 沖渣水余熱可回收的熱能值

現在大部分的鋼鐵廠高爐渣處理系統余熱都沒有得到很好的利用，基本均采用了大氣放散的處理方式。以2500m3高爐渣處理生產過程中蒸汽排放為例，每天生產過程為24h生產16爐鐵，1.5h循環生產，0.5h待命，1h生產。平均每天待命過程為8h，生產過程16h，待命過程蒸汽排放量小，而生產過程中蒸汽溫度為75°，壓力大約為0.4MPa，熱能損耗嚴重。

日產鐵水11500t，產渣量5750t/d，平均每天生產過程16h，即359.375t/h。兩套渣處理系統分別負責兩座高爐的南北出鐵口，即每套系統負責兩個出鐵口，兩套系統隨高爐生產時出鐵口的更換交替使用。系統補水量168t/h，其中渣帶走水量55t/h，其余100余噸水蒸發到大氣中。沉淀池、凈化池、循環池總散熱面積460m2，池壁等約1000m2。沖渣水熱能損失分析計算，根據渣水熱平衡公式可以得出：Q=20172.57×104（kJ/h）。總循環水在連續出渣1h后溫度上升32.17℃左右。由于兩套渣處理系統交替使用，水池的溫度可在不出渣時降溫，由于出渣的時間長度不同，水池溫度的波動高于10℃以上。QL/Qz=0.59，即高爐渣的可以利用熱量是59%。

2? 用于采暖的沖渣水熱能回收系統存在的問題

目前，宣鋼高爐渣處理系統中已安裝采暖回收裝置的，采暖電機均采用降壓起動、工頻運轉的運行方式，沒有任何自動化控制系統，同時崗位無人值守，即采暖期24h工頻運轉，這樣就造成了一些不合理現象的出現：（1）水泵采用冬季采暖期滿負荷運行，造成用戶在氣溫較高時采暖水溫仍然處于較高溫度和較大的循環水量，用戶基本采用冬季開窗散熱狀態，造成熱能的浪費。（2）由于無人值守又沒有安裝智能控制系統，采暖處于原始的使用狀態，電機持續工頻運轉整個采暖期，電能損耗大，且不適應居民采暖需求。（3）渣水供暖系統若加入控制系統，由于實際生產現場設備設施路由較長且較復雜，現場存在較多的干擾，要考慮控制精度需求和控制系統的抗干擾能力。

3? 串級控制系統介紹

串級控制系統的結構圖1所示。

串級控制系統為雙閉環或多閉環控制系統，控制系統內環為副控對象，外環為主控對象。

串級控制在結構上形成的兩個閉環，一個在閉環里面，成為內環、副環或副控回路，其控制器為副控制器，在控制中起“粗調”的作用;一個閉環在外面，成為外環、主環或主控回路，其控制器稱為主控制器，在控制中起“細調”作用，最終被控量滿足控制要求。主控制器的輸出作為副控制器的給定值，而副控制器的輸出則去控制被控對象。

4? 采暖系統水泵控制系統仿真設計及仿真結果

為了驗證雙閉環PID控制器的性能，我們使用matlab程序進行了單閉環PID采暖管路出水溫度控制效果仿真。

simulink中，建立的單PID控制系統模型。根據日常經驗值，我們設水泵模型為：

，設采暖管路出水溫度對象模型：。

結合隨動控制加入限幅器便于觀察控制曲線，研究考慮在系統中仍然加入限幅器，它的作用是將輸入信號的幅度限制在一定范圍內。本設計將輸入信號幅度限制在[-2，+2]范圍內。

輸入階躍信號進行PID調節，設置PID參數為

Kp=1.2

Ti=0.01

Td=2

首先系統在無干擾情況下進行單PID控制仿真，然后在初試時間加入階躍干擾后對單PID控制系統進行仿真，結果如圖2所示。

由圖形可以看出，系統的響應受到了干擾信號的干擾，性能下降。同時仿真中僅加入了階躍信號干擾，生產現場的干擾信號多種多樣，若采用單PID控制，系統會出現較大的偏差。所以我們研究采用串級控制的方法對采暖泵進行控制期望達到滿意的控制效果。

5? 結語

針對采暖系統控制采暖效果不好及干擾復雜的問題，研究設計了串級控制系統;采暖系統控制的時效性不夠強。由于采暖控制系統散熱很慢，控制與外界溫度（周圍氣溫）的改變密切相關，在不同的室溫下雖然最終都能把溫度控制在要求的范圍內，但調節時間有時候會過大。

參考文獻

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