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(zhuǎn)，由于各項參數(shù)無實時監(jiān)測及相關(guān)控制，造成氣溫高時過度采暖、室溫過高的現(xiàn)象。本文通過計算沖渣水的熱值利用，研究應(yīng)用串級控制系統(tǒng)原理，對采暖水泵的運轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行有效的控制，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：余熱利用? 串級控制? matlab程序仿真

中圖分類號：TF325? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(guān)注，對于熱能回收的方法展開了很多研究。目前技術(shù)較成熟的應(yīng)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(xiàn)在大部分的鋼鐵廠高爐渣處理系統(tǒng)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(chǎn)過程中蒸汽排放為例，每天生產(chǎn)過程為24h生產(chǎn)16爐鐵，1.5h循環(huán)生產(chǎn)，0.5h待命，1h生產(chǎn)。平均每天待命過程為8h，生產(chǎn)過程16h，待命過程蒸汽排放量小，而生產(chǎn)過程中蒸汽溫度為75°，壓力大約為0.4MPa，熱能損耗嚴(yán)重。

日產(chǎn)鐵水11500t，產(chǎn)渣量5750t/d，平均每天生產(chǎn)過程16h，即359.375t/h。兩套渣處理系統(tǒng)分別負(fù)責(zé)兩座高爐的南北出鐵口，即每套系統(tǒng)負(fù)責(zé)兩個出鐵口，兩套系統(tǒng)隨高爐生產(chǎn)時出鐵口的更換交替使用。系統(tǒng)補(bǔ)水量168t/h，其中渣帶走水量55t/h，其余100余噸水蒸發(fā)到大氣中。沉淀池、凈化池、循環(huán)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(jù)渣水熱平衡公式可以得出：Q=20172.57×104（kJ/h）?？傃h(huán)水在連續(xù)出渣1h后溫度上升32.17℃左右。由于兩套渣處理系統(tǒng)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(tǒng)存在的問題

目前，宣鋼高爐渣處理系統(tǒng)中已安裝采暖回收裝置的，采暖電機(jī)均采用降壓起動、工頻運轉(zhuǎn)的運行方式，沒有任何自動化控制系統(tǒng)，同時崗位無人值守，即采暖期24h工頻運轉(zhuǎn)，這樣就造成了一些不合理現(xiàn)象的出現(xiàn)：（1）水泵采用冬季采暖期滿負(fù)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(huán)水量，用戶基本采用冬季開窗散熱狀態(tài)，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(tǒng)，采暖處于原始的使用狀態(tài)，電機(jī)持續(xù)工頻運轉(zhuǎn)整個采暖期，電能損耗大，且不適應(yīng)居民采暖需求。（3）渣水供暖系統(tǒng)若加入控制系統(tǒng)，由于實際生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施路由較長且較復(fù)雜，現(xiàn)場存在較多的干擾，要考慮控制精度需求和控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

3? 串級控制系統(tǒng)介紹

串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1所示。

串級控制系統(tǒng)為雙閉環(huán)或多閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)為副控對象，外環(huán)為主控對象。

串級控制在結(jié)構(gòu)上形成的兩個閉環(huán)，一個在閉環(huán)里面，成為內(nèi)環(huán)、副環(huán)或副控回路，其控制器為副控制器，在控制中起“粗調(diào)”的作用;一個閉環(huán)在外面，成為外環(huán)、主環(huán)或主控回路，其控制器稱為主控制器，在控制中起“細(xì)調(diào)”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(tǒng)水泵控制系統(tǒng)仿真設(shè)計及仿真結(jié)果

為了驗證雙閉環(huán)PID控制器的性能，我們使用matlab程序進(jìn)行了單閉環(huán)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(tǒng)模型。根據(jù)日常經(jīng)驗值，我們設(shè)水泵模型為：

，設(shè)采暖管路出水溫度對象模型：。

結(jié)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(tǒng)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(nèi)。本設(shè)計將輸入信號幅度限制在[-2，+2]范圍內(nèi)。

輸入階躍信號進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，設(shè)置PID參數(shù)為

Kp=1.2

Ti=0.01

Td=2

首先系統(tǒng)在無干擾情況下進(jìn)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(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖2所示。

由圖形可以看出，系統(tǒng)的響應(yīng)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(chǎn)現(xiàn)場的干擾信號多種多樣，若采用單PID控制，系統(tǒng)會出現(xiàn)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(jìn)行控制期望達(dá)到滿意的控制效果。

5? 結(jié)語

針對采暖系統(tǒng)控制采暖效果不好及干擾復(fù)雜的問題，研究設(shè)計了串級控制系統(tǒng);采暖系統(tǒng)控制的時效性不夠強(qiáng)。由于采暖控制系統(tǒng)散熱很慢，控制與外界溫度（周圍氣溫）的改變密切相關(guān)，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(nèi)，但調(diào)節(jié)時間有時候會過大。

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