·140· 北京科技大学学报 2003年第2期 气占高炉煤气与转炉煤气总和的比例为a(0≤a 因此，在实际计算时，α可以取宝钢提供的混 ≤1)，则高炉煤气和转炉煤气占混合煤气的比例 合煤气的配比值，即a=52.2/(52.2+13.0)=0.8,再 分别为(1-b)a和(1-b)1一a).则混合煤气的热值 根据热值仪实测的混合煤气热值即可确定b值， 可表示为： 从而估算出混合煤气的成分： 2.=[2ea+2(1-a]1-bt2ab (1) X=Xa(1-b)+X(1-a)(1-b)+Xb (2) 式中，2：为混合煤气的低发热量，kJm:Q为高炉 式中，为混合煤气中某湿成分的含量，%：为 煤气的低发热量，kJm:2为转炉煤气的低发热 高炉煤气中某湿成分的含量，%；为转炉煤气 量，kJ/m':2为焦炉煤气的低发热量，kJ/m. 中某湿成分的含量，%：为焦炉煤气中某湿成 式(1)中，a,b从0-1变化，分析混合煤气的 分的含量，%. 低位发热量与煤气配比的关系以及低位发热量 (2)空气燃料比的计算 与理论空气需要量的关系，计算结果分别见图2 在已知混合煤气成分的前提下，即可通过燃 和图3. 烧计算求出理论空气需要量： L。=4.76×{0.5×[C0]+0.5×[H]+ 18 x+m/4)×[C,H]5-[O2]}×10-2(3) 在保证煤气完全燃烧的前提下，空气消耗系 14 数n一般控制在1.02~1.10之间，此时热损失最 a=0 10 小，加热炉热效率最高，则空气燃料比α可以表 示为： =-= V。 (4) 0 0.2 0.40.6 0.81.0 式中，a为空气燃料比，mm:为空气流量，m/ 6 h:Vm为煤气流量，mh. 图2混合煤气热值2与煤气配比的关系 根据混合煤气成分和空气消耗系数，利用燃 Fig.2 Relationship between low calorific values of the mix- 烧计算可得到烟气中的含氧量，该值即为实时控 ed gas and its ingredients 制的基准参数， 3.0 12烟气中含氧量反馈调节系统 2.6 加热炉是极为复杂的热工设备.由于调节滞 2,=9.614MJ/m3 后、炉门逸气和吸冷风等原因，根据前馈模型设 2.2 9.196 778 定的空气燃料比有时不能保证炉内氧含量合理， 1.8 8.360 而影响空气燃料比的因素又很难用数学模型进 2a=7.942MJm3 1.4 行描述，因此本文采用模糊控制技术处理习 1.0 (1)模糊控制系统的建立， 0 0.2 0.4 0.60.81.0 针对加热炉实际生产情况，建立了如图4所 a 示的模糊控制系统 图3煤气热值与理论空气需要量L,的关系 (2)模糊控制器的结构 Fig.3 Relationship between low calorific values of the mix- 通过对空气燃料比的分析，设计了两输入单 ed gas and the theoretical demand of air 规则库 从图2可以看出，b值增大，混合煤气的低发 E 热量Q就越高：对于确定的b值，P随a的变化相 模糊化 模糊规 U sP,⑧ Ec 反模糊化 对较小，而且b值越大，a的影响就越小. FUZ ,则推理 DFUZ 从图3可以看出，煤气热值一定，当a值从0-1 C 测量 被控 执行 变化时，理论空气需要量L,变化很小，因此，a值 装置 对象 机构 前馈设定值： 对L的影响也较小：而热值波动时，L则发生较为 图4空气燃料比反馈调节模糊控制系统示意图 显著的变化，而引起热值波动的主要因素是b的 Fig.4 Schematic diagram of the feedback adjustment fu- 变化，所以b值对L的影响较大. zzy control system of air/fuel ratio北 京 科 气 占高炉 煤 气 与转炉煤 气 总和 的 比例 为 a (0 ` a ` )l , 则 高炉煤 气 和 转炉 煤 气 占混 合煤 气 的 比 例 分 别 为 ( 1一 b) a 和 ( 1一 b) ( 1一 a) . 则混 合煤 气 的热 值 可 表示 为 : 必 = 〔C d夕+ 从( l 一 a )〕( 1一 b ) + ojQ b ( l ) 式 中 , O 为混 合煤气 的低 发热量 , U 如 3 ;么为 高炉 煤 气 的低 发 热量 , 幻 /m 3 ; 仇为 转炉 煤气 的低 发热 量 , k J为11 , ; ujQ 为 焦 炉煤 气 的低 发 热量 , 幻如 , . 式 ( l) 中 , a , b 从 0一 1 变化 , 分 析混 合 煤气 的 低 位 发 热 量 与煤 气 配 比的 关 系以及 低 位 发热 量 与理 论 空气 需 要量 的关 系 , 计 算 结 果分 别见 图 2 和 图 3 . 万州 一 “ 悬 ’ :康笋翼 1 2 匕we e 一一一一一一一一~ - 占一一 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 b 图 2 混合煤 气 热值 O 与煤 气 配 比的关 系 iF g . 2 eR l a t i o n s h iP b e 幻日 e e o fo w e a OI r 币c v a l u e s o f 伍 e m 汪 e d g a s a n d ist i n g er d ie n t s O = 9 . 6 14 M Jm/ , 省 .2 2 . 19 6一一一一一二二 7 7 3 6 g = 7 · 9 4 2 M Jm/ 0 0 . 2 0 4 0 6 0名 1 . 0 图 3 煤 气热 值 与理论 空气 需要 量 L . 的关系 Fi g . 3 R e la t io n s h i P b e wt e e n l ow e a lo r i行e v a lu e s o f t h e m 协 e d g a s a n d t h e t h e o r e t ic a l d e m a n d o f a i r 从 图 2 可 以看 出 , b值 增大 , 混合 煤气 的低 发 热量 必就 越 高 ; 对 于确 定 的 b值 , 必 随a 的变 化 相 对较 小 , 而且 b值 越大 , a 的影 响 就越 小 . 从 图 3可 以看 出 , 煤 气热 值一 定 , 当a 值 从 0一 1 变化 时 , 理论 空 气 需要 量 0L 变化 很 小 . 因此 , a 值 对L 。 的影 响 也较 小 ; 而 热值 波动 时 , L 。则发 生较 为 显 著 的变化 , 而 引起热 值 波 动 的主 要 因素 是 b 的 变 化 , 所 以b值 对 L 。 的影 响较 大 . 技 大 学 学 报 2 0 03 年 第 2 期 因此 , 在 实 际计算 时 , a 可 以取 宝 钢提 供的混 合 煤气 的配 比值 , 即 a = 52 . 2 /( 5 2 . 2 + 13 . 0 ) = 0 . 5 , 再 根 据 热值 仪 实 测 的 混合 煤 气 热值 即可 确 定 b值 , 从 而 估算 出混 合煤 气 的成 分 : XS 二刀 a (l 一 b) + 群 ( l 一 a ) ( 1一 b ) + 群b ( 2) 式 中 , XS 为混 合 煤气 中某 湿 成 分 的含 量 , % ;刀 为 高炉煤气 中某湿 成 分 的含 量 , % ; 刀 为转 炉 煤气 中某 湿成 分 的含 量 , % ; 刀为焦 炉 煤 气 中某 湿成 分 的含量 , % . (2 ) 空气 燃 料 比 的计 算 . 在 己 知混 合煤 气 成分 的前提 下 , 即可通 过 燃 烧计 算 求 出理 论 空气 需要 量 : L 。 = 4 . 7 6 x { 0 . 5 ` 【C O」 s+ 0 . 5 x 〔H Z ] s+ 艺以+ m 4/ ) x 【Q H m 〕 s 一 [0 2 〕 s } x 10 一 , (3 ) 在保 证 煤气 完全 燃烧 的前提 下 , 空气 消耗 系 数 n 一般 控 制在 1 . 02 一 1 . 10 之 间 , 此 时 热损 失最 小 , 加 热 炉热 效 率最 高 〔3〕 , 则 空气 燃料 比a 可 以表 示 为 : K 刀 L n a 二 玖 去牟 = 哭琴巴 = nL 。 (4 ) ~ Vm Vm ’ 一 ” 式 中 , a 为空气 燃 料 比 , m 3 m/ , ; Vk 为空 气流 量 , m V h ; Vm 为煤气 流 量 , m 3瓜 . 根据 混 合煤 气 成分 和 空气 消耗 系数 , 利 用燃 烧 计算 可得 到烟 气 中 的含 氧 量 , 该值 即为实 时控 制 的基准 参 数 . L Z 烟 气 中含氧量反 馈调 节 系统 加 热 炉是 极 为复 杂 的热 工 设备 . 由于调 节滞 后 、 炉 门逸 气 和吸 冷 风等 原 因 , 根 据 前馈 模 型 设 定 的空气 燃料 比有 时 不能 保证 炉 内氧含量 合理 , 而 影 响空 气 燃料 比 的 因素 又 很难 用 数 学 模 型 进 行 描述 , 因此 本文 采用模 糊 控制 技术 处 理’I, ” . ( l) 模糊 控 制 系统 的建立 . 针对 加 热炉 实际 生产 情况 , 建 立 了如 图 4 所 示 的模 糊 控制 系 统 〔6〕 . (2 )模糊控 制器 的结 构 通过 对 空气 燃料 比的 分析 , 设计 了两 输 入单 规则库 模糊化 F U Z 模糊规 则推理 之模糊 D F U Z U =-EcEù 测量 装置 被控 对象 执行 机构 . . … … 为 - . . . . . -I 一泥剪丝丝宝燮 图 4 空气燃 料 比反馈 调节 模糊 控 制系统 示惫 图 F ig . 4 S e h e m a ict d is g ar m o f t h e fe e d b a c k a dj u s t m e n t fu - Z z y e o n tor l sy s t e m o f a i r lfu e l r a t i o