[发明专利]一种加热炉汽包液位控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及轧钢工业步进式加热炉生产过程自动控制领域，具体涉及轧钢加热炉汽包液位自动控制与调节方法。

背景技术

汽化冷却系统是步进式加热炉的重要组成部分，汽化冷却具有节能、节水、高效等优点。在汽化冷却系统运行过程中一个重要的任务是通过调节给水量实现汽包内液位的稳定。由于汽包是一个多因素高度耦合复杂水-汽平衡系统，在运行过程中会出现“虚假液位”的现象，给液位稳定控制带来很大困难，严重时影响加热炉安全生产。所谓“虚假液位”是指在封闭的汽包内，当压力环境出现较大的扰动时，汽包内的热饱和水体突然会急剧释出大量饱和蒸汽，致使液体体积急剧膨胀，水位飙升。由于此时的水位并不能真实反映汽包内的水量情况，因此称之为“虚假液位”。传统的解决方式是采用“三冲量”控制方法，在闭环调节的基础上增加蒸汽流量和补水流量前馈以补偿其水位的影响，但该方式属于“黑匣”建模方式，无视汽包液位形成机理，在实际工作中难以把握其运行规律，因此具有一定局限性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种汽包液位控制系统及其控制方法，利用该系统实现汽包液位的控制方法能够更加更加有效地克服虚假液位的影响，降低液位过高或过低的危险。

本发明的技术方案是：一种加热炉汽包液位控制系统，包括：真实液位预测模块、虚假液位预测模块、主调节器、副调节器、第一加法器、第二加法器、给水调节阀、汽包；所述真实液位预测模块通过第一加法器与主调节器连接，所述虚假液位预测模块与副调节器连接，所述主调节器和所述副调节器均通过第二加法器与给水调节阀连接，所述给水调节阀与汽包连接；

所述真实液位预测模块用于预测真实液位，并输出真实液位预测值给第一加法器；

所述第一加法器用于计算液位设定值和真实液位预测值的差值，并将该差值输出给主调节器；所述主调节器根据该差值进行运算，并将运算结果输出给第二加法器；

所述虚假液位预测模块用于预测虚假液位，并输出虚假液位预测值给副调节器；所述副调节器根据该虚假液位预测值进行运算，并将运算结果输出给第二加法器；

所述第二加法器用于计算主调节器运算结果和副调节器运算结果的差值，并将该差值输出给给水调节阀；所述给水调节阀根据该差值调节阀位，用于控制汽包的给水量。

进一步地，所述真实液位预测模块用于预测真实液位的预测模型公式为：l_1i＝l_1(i-1)+K₁(W-G)△t，其中式中l₁为真实液位，△t为采样周期，W为给水量，G为蒸汽输出量，ρ为汽包内水的密度，ρ'为汽包内蒸汽的密度，F为汽包内水汽分界面面积。该模型公式是通过分析汽包液位的形成机理得到的，能更加真实地反映汽包液位形成过程，准确把握汽化冷却系统本质，维持水-汽系统平衡。

进一步地，本系统还包括：变送器和选择开关；所述变送器输入端与汽包连接、输出端通过选择开关与真实液位预测模块连接；所述变送器将汽包液位通过选择开关传送给真实液位预测模块，用于定期校正真实液位预测模块的预测模型初始值，以防止累计误差的影响。

进一步地，所述虚假液位预测模块用于预测虚假液位的预测模型公式为：其中式中L为冷却管长度，s为冷却管内水流速度，F为汽包内水汽分界面面积，ρ为汽包内水的密度，h_g为蒸汽比焓，h_w为饱和液体比焓，Q为单位时间内步进梁冷却系统吸热量，C为汽包蓄热系数，p为汽包压力。该模型公式是通过分析汽包液位形成机理得到的，能有效预测虚假液位，能更加高效快捷地采取适当的措施以调整给水量，降低液位过高或过低的危险。

进一步地，所述主调节器为采用位置式PID调节算法的调节器。

进一步地，所述副调节器为采用带有死区及限幅的比例调节方式的调节器。

一种加热炉汽包液位控制方法，包括以下步骤：

S1：真实液位预测模块利用公式l_1i＝l_1(i-1)+K₁(W-G)△t计算真实液位预测值，并将真实液位预测值输出给第一加法器；

S2：第一加法器计算液位设定值和真实液位预测值的差值，并将该差值输出给主调节器；

S3：主调节器利用位置式PID调节算法对步骤S2中的差值进行运算，并将运算结果发送给第二加法器；

S4：虚假液位预测模块利用公式计算虚假液位预测值，并将虚假液位预测值输出给副调节器；