一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調控制方法
2023-10-20 17:10:37 5
一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調控制方法，可以實現蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力的協調控制，具體為根據爐膛壓力、各段空氣煤氣和蓄熱體溫度支管閥門開度對空煙排風機、煤煙排風機、煙閘的閥門開度進行調整，達到穩定爐膛壓力的目的；根據各蓄熱體調節裕度調整蓄熱體支管煙氣閥門開度，實現各蓄熱體溫度均衡；根據各空煙蓄熱體支管與各煤煙蓄熱體支管調節裕度均值對空煙排風機和煤煙排風機閥門開度進行控制，實現空煙與煤煙排風機間的協調；根據蓄熱體溫度各支管閥門、蓄熱體溫度、空煙排風機閥門和煤煙排風機閥門的調節裕度調整空煙排風機、煤煙排風機與煙閘的閥門開度，實現爐膛壓力與各蓄熱體溫度的協調控制。
【專利說明】一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及冶金加熱爐控制【技術領域】，尤其涉及一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調控制方法。
【背景技術】
[0002]在空氣煤氣雙蓄熱式加熱技術由於具有明顯的節能優勢，被廣泛地應用於各鋼鐵企業的軋鋼加熱爐。蓄熱式加熱爐採用換向式燒嘴，利用空煙排風機以及煤煙排風機強排煙氣對蓄熱體加熱，具有高效回收煙氣、高溫預熱空煤氣和低NOx排放等優點。但在使用中仍存在諸多問題，如蓄熱式加熱爐採用換向式燒嘴，引起進入爐膛內部的空氣和煤氣流量波動較大，造成爐膛壓力波動大等問題；蓄熱體溫度控制調節不及時，引起蓄熱體壽命短的問題；蓄熱體溫度調節閥動作時造成爐膛壓力變化大的問題；為滿足蓄熱體溫度及爐膛壓力要求引起強排煙風機與煙道煙閘協調控制的問題以及各蓄熱體煙道閥門之間的協調控制問題；蓄熱體溫度及爐膛壓力的控制基本上處於手動操作狀態，蓄熱體溫度控制範圍寬，很難做到實時調整，煙氣熱量利用率低。
[0003]冶金能源2010年7月刊發名為「蓄熱式加熱爐爐壓控制方式的研究」的論文中採用了爐體改造和在總調節閥與支管調節閥之間增加判定程序的方法，當支管調節閥開度50%以上出現超溫時，總管調節閥不再按壓力調節，而是按支管閥體溫度進行調節，適當關小開度。
[0004]申請號為200910215722.8的中國專利提出了一種兩煙道加熱爐爐膛壓力控制方法，該方法根據爐膛壓力信號控制一側煙道閘電動執行器進而控制一側煙道閘板的開度，根據加熱爐兩側煙道內換熱器前後溫度差信號對爐膛壓力信號進行補償後得到爐膛壓力信號，對另一側煙道閘電動執行器進行控制，進而控制另一側煙道閘板的開度，實現兩側煙道閘板開度的差動控制。
[0005]現有技術存在如下問題:①支管調節閥超過某個固定閥位時，更改總管調節閥不再按壓力調節，而採用設置為某個固定值，其通用性不強，很難滿足實時變化的現場工況。
②支管閥體超溫後，總管調節閥不再調整爐膛壓力，但由於爐尾壓力仍然通過調節風機調節閥控制，無法從根本上解決爐壓較大時的控制問題，存在安全隱患。③因很多現場沒有安裝煙氣流量表，當調整煙氣支管閥門時無法準確預測爐膛壓力的變化並及時作出調整，會造成爐膛壓力有較大較頻繁的波動。
【發明內容】
[0006]針對上述問題，本發明的主要目的是提供一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調的自動控制方法。
[0007]為實現上述目的，本發明採取以下技術方案:一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調控制方法，設有蓄熱體溫度調節裕度均值模塊、蓄熱體溫度調節裕度計算模塊、蓄熱體溫度支管閥門調節模塊、空煙煤煙排風機協調控制模塊、爐膛壓力處理模塊、爐膛壓力控制模塊、空煙煤煙排風機煙閘協調控制模塊、蓄熱體溫度支管閥門、空煙排風機閥門、煤煙排風機閥門和煙閘閥門。
[0008]所述爐膛壓力處理模塊輸出作為所述爐膛壓力控制模塊的輸入，所述爐膛壓力控制模塊的輸出與各蓄熱體支管閥門前饋輸出、各段煤氣閥門開度前饋輸出及各段空氣閥門開度前饋輸出之和對空煙排風機閥門、煤煙排風機閥門、煙閘閥門的開度進行調整，達到穩定爐膛壓力的目的。
[0009]所述蓄熱體溫度調節裕度均值計算模塊輸出和各所述蓄熱體溫度調節裕度計算模塊輸出作為各所述蓄熱體溫度支管閥門調節模塊的輸入，所述蓄熱體溫度支管閥門調節模塊的輸出對各所述蓄熱體溫度支管閥門的開度進行調整，以實現各蓄熱體溫度的均衡協調問題。
[0010]所述空煙蓄熱體溫度調節裕度均值計算和所述煤煙蓄熱體溫度調節裕度均值計算一起作為所述空煙煤煙排風機協調控制模塊的輸入，所述空煙煤煙排風機協調控制模塊的輸出對所述空煙排風機閥門、所述煤煙排風機閥門、所述煙閘閥門的開度進行調整，實現空煙排風機與煤煙排風機之間的協調問題。
[0011]所述空煙排風機閥門調節裕度和所述煤煙排風機閥門調節裕度一起作為所述空煙煤煙排風機煙閘協調控制模塊的輸入，所述空煙煤煙排風機煙閘協調控制模塊的輸出對所述空煙排風機閥門、所述煤煙排風機閥門、所述煙閘閥門的開度進行調整。
[0012]通過各蓄熱體溫度支管閥門調節裕度、蓄熱體溫度調節裕度、空煙排風機開度調節裕度和煤煙排風機開度調節裕度，對所述空煙煤煙排風機閥門與所述煙閘閥門的開度比例進行調整，實現爐膛壓力與各蓄熱體溫度的協調控制。
[0013]通過設定各蓄熱體溫度的上下限，各所述蓄熱體溫度調節裕度計算模塊計算當前各蓄熱體溫度的調節裕度。
[0014]通過各蓄熱體溫度的調節裕度，所述蓄熱體溫度調節裕度均值計算模塊計算蓄熱體溫度調節裕度均值。
[0015]通過各蓄熱體溫度的調節裕度與蓄熱體溫度調節裕度均值的偏差，各所述蓄熱體溫度支管閥門調節模塊調整各所述蓄熱體溫度支管閥門的閥門開度。
[0016]所述爐膛壓力處理模塊輸出為爐膛壓力當前值，對所述空煙排風機閥門、所述煤煙排風機閥門、所述煙閘閥門進行調整，同時，各段煤氣閥門開度前饋，各段空氣閥門開度前饋和蓄熱體支管閥門開度前饋提前對所述空煙排風機閥門、所述煤煙排風機閥門和所述煙閘閥門進行調整，以達到快速調整的目的。
[0017]通過空煙蓄熱體溫度調節裕度均值與煤煙蓄熱體溫度調節裕度均值的差值，所述空煙煤煙排風機協調控制模塊對所述空煙排風機閥門和所述煤煙排風機閥門的開度進行調整，調整量相同但作用相反，以協調空煙蓄熱體溫度與煤煙蓄熱體溫度的均衡，同時對負壓影響最小。
[0018]當空煙排風機閥門調節裕度與煤煙排風機閥門調節裕度達到高限設定值時，通過所述空煙煤煙排風機協調控制模塊對所述煙閘閥門、所述空煙排風機閥門和所述煤煙排風機閥門開度進行調整，兩風機閥門調整量與煙閘閥門調整量相同但作用相反，以使蓄熱體溫度達到控制目標，同時對負壓影響最小。
[0019]本發明具有的有益效果是:1、正常生產時爐膛壓力的穩定，有利於安全生產及爐內燃燒的平穩，使氮氧化物的生成有效降低；2、協調各蓄熱體溫度平衡，有利於各蓄熱體換熱均衡，延長蓄熱體的使用壽命；3、協調爐膛壓力和蓄熱體溫度調節均衡，保證煙氣量穩定和蓄熱體溫度達到需要溫度，有效利用煙氣熱量，降低能量消耗；4、實現爐膛壓力和蓄熱體溫度自動調節控制，有效降低因手動操作質量引起的蓄熱體壽命減短和煙氣餘熱利用不高的問題，同時，大大降低了工人的勞動強度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]附圖1為本發明所述協調控制方法框圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0022]如圖1所示，本發明中的協調控制方法在某冶金企業軋鋼加熱爐系統上的實施例，整體包括蓄熱體溫度調節裕度均值模塊、蓄熱體溫度調節裕度計算模塊、蓄熱體溫度支管閥門調節模塊、空煙煤煙排風機協調控制模塊、爐膛壓力處理模塊、爐膛壓力控制模塊、空煙煤煙排風機煙閘協調控制模塊、蓄熱體溫度支管閥門、空煙排風機閥門、煤煙排風機閥門和煙閘閥門。
[0023](I)蓄熱體溫度調節裕度計算模塊
設均熱段空煙蓄熱體溫度上限為TH1，下限為TL1，當前溫度為Tl，調節裕度為T_YD1 ；均熱段煤煙蓄熱體溫度上限為TH2，下限為TL2，當前溫度為T2，調節裕度為T_YD2 ;加熱段空煙蓄熱體溫度上限為TH3，下限為TL3，當前溫度為T3，調節裕度為T_YD3 ;加熱段煤煙蓄熱體溫度上限為TH4，下限為TL4，當前溫度為T4，調節裕度為T_YD4，
則各蓄熱體溫度調節裕度為
T_YDi= (TH1-Ti)/(TH1-TLi), i 取值為 1,2，3，4。
[0024](2)蓄熱體溫度調節裕度均值計算模塊設蓄熱體溫度調節裕度均值為T_YD_AVG，則 T_YD_AVG=l/4 Σ T_YDi， i 取值為 1，2，3，4。
[0025](3)蓄熱體溫度支管閥門調節模塊
採用PID控制算法，以T_YD_AVG為設定值，以T_YDi為測量值，輸出閥位信號給支管閥門T_avl，T_av2，T_aV3，T_aV4，其中，PID控制算法中參數P的取值範圍為50?80，參數I的取值範圍為80?100，參數D的取值範圍為4(Γ50。
[0026](4)爐膛壓力處理模塊
在換向閥門換向時，保持上一時刻的爐膛壓力值，在換向結束後，選取爐膛壓力測量值；設爐膛換向標誌為flag，爐膛測量值P，處理後的爐膛壓力值為P_ltIf flag=false，P—It=P0
[0027](5)爐膛壓力控制模塊
採用PID控制算法，設爐膛壓力設定值為P_sp，以P_lt為測量值，爐膛壓力模塊的輸出為Pl_av，其中PID控制算法中參數P的取值範圍為10(Γ120，參數I的取值範圍為6(Γ80，參數D的取值範圍為3(Γ40。
[0028](6)蓄熱體支管閥門前饋手動時 QK1_SP= (Σ T_avi);自動時 QK1_PV= (Σ T_avi)；
蓄熱體支管閥門前饋的輸出為QK1_AV=K1*(QK1_PV-QK1_SP)，其中Kl=-0.2。
[0029](7)煤氣總管閥門開度前饋
手動時 QK2_SP= (FM1_AV+FM2_AV);自動時 QK2_PV= (FM1_AV+FM2_AV)；
煤氣總管閥門開度前饋的輸出為QK2_AV=K2*(QK2_PV-QK2_SP)，其中Κ2=0.4。
[0030](8)空氣總管閥門開度前饋
手動時 QK3_SP= (FK1_AV+FK2_AV)；自動時 QK3_PV= (FK1_AV+FK2_AV)；
空氣總管閥門開度前饋的輸出為QK3_AV=K3*(QK3_PV-QK3_SP)，其中K3=0.4。
[0031](9)空煙蓄熱體溫度調節裕度均值計算
空煙蓄熱體溫度調節裕度均值為TK_YD_AVG= (T_YD1+ T_YD3)/2。
[0032](10)煤煙蓄熱體溫度調節裕度均值計算
煤煙蓄熱體溫度調節裕度均值為TM_YD_AVG= (T_YD2+ T_YD4)/2。
[0033](11)空煙煤煙排風機協調控制模塊
採用PID控制算法，空煙煤煙排風機協調控制模塊輸出為T_XT_AV，目標值為0，測量值為TK_YD_AVG與TM_YD_AVG之差，其中，PID控制算法中參數P的取值範圍為5(Γ70，參數I的取值範圍為120?150，參數D的取值範圍為50?60。
[0034](12)空煙排風機閥門調節裕度
設空煙排風機閥門開度上限為FKH，下限為FKL，當前開度為FK，調節裕度為FK_YD，則空煙排風機閥門調節裕度為FK_YD= (FKH-FK) / (FKH-FKL)。
[0035](13)煤煙排風機閥門調節裕度
設煤煙排風機閥門開度上限為FMH，下限為FML，當前開度為FM，調節裕度為FM_YD，則煤煙排風機閥門調節裕度為FM_YD= (FMH-FM) / (FMH-FML)。
[0036](14)空煙煤煙排風機煙閘協調控制模塊
當FK_YD或FM_YD為O時，空煙煤煙排風機煙閘協調控制模塊輸出為P_XT_AV。
[0037]綜上，空煙排風機閥門開度FK_AV，煤煙排風機閥門開度FM_AV，煙閘閥門開度FY_AV分別為
FK_AV=Pl_av+QKl_AV+ QK2_AV+ QK3_AV+ T_XT_AV+ β *P_XT_AV ；
FM_AV=Pl_av+QKl_AV+ QK2_AV+ QK3_AV+a *T_XT_AV+β *P_XT_AV ;
FY_AV=Pl_av+QKl_AV+ QK2_AV+ QK3_AV+ T_XT_AV+ P_XT_AV ；
其中，a =-1, β=-0.5。
【權利要求】
1.一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調控制方法，其特徵在於設有蓄熱體溫度調節裕度均值模塊、蓄熱體溫度調節裕度計算模塊、蓄熱體溫度支管閥門調節模塊、空煙煤煙排風機協調控制模塊、爐膛壓力處理模塊、爐膛壓力控制模塊、空煙煤煙排風機煙閘協調控制模塊、蓄熱體溫度支管閥門、空煙排風機閥門、煤煙排風機閥門和煙閘閥門； 所述爐膛壓力處理模塊輸出作為所述爐膛壓力控制模塊的輸入，所述爐膛壓力控制模塊的輸出與各蓄熱體支管閥門前饋輸出、各段煤氣閥門開度前饋輸出及各段空氣閥門開度前饋輸出之和對所述空煙排風機閥門、所述煤煙排風機閥門、所述煙閘閥門的開度進行調整，達到穩定爐膛壓力的目的； 所述蓄熱體溫度調節裕度均值計算模塊輸出和各所述蓄熱體溫度調節裕度計算模塊輸出作為各所述蓄熱體溫度支管閥門調節模塊的輸入，所述蓄熱體溫度支管閥門調節模塊的輸出對各蓄熱體溫度支管閥門的開度進行調整，以實現各蓄熱體溫度的均衡協調問題；所述空煙蓄熱體溫度調節裕度均值計算和所述煤煙蓄熱體溫度調節裕度均值計算一起作為所述空煙煤煙排風機協調控制模塊的輸入，所述空煙煤煙排風機協調控制模塊的輸出對空煙排風機閥門、煤煙排風機閥門、煙閘閥門的開度進行調整，實現空煙排風機與煤煙排風機之間的協調問題； 所述空煙排風機閥門調節裕度和所述煤煙排風機閥門調節裕度一起作為所述空煙煤煙排風機煙閘協調控制模塊的輸入，所述空煙煤煙排風機煙閘協調控制模塊的輸出對所述空煙排風機閥門、所述煤煙排風機閥門、所述煙閘閥門的開度進行調整； 通過各蓄熱體溫度支管閥門調節裕度、蓄熱體溫度調節裕度、空煙排風機開度調節裕度和煤煙排風機開度調節裕度，對所述空煙煤煙排風機閥門與所述煙閘閥門的開度比例進行調整，實現爐膛壓力與各蓄熱體溫度的協調控制。
2.如權利要求1所述的一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調控制方法，其特徵在於通過設定各蓄熱體溫度的上下限，各所述蓄熱體溫度調節裕度計算模塊計算當前各蓄熱體溫度的調節裕度；通過各蓄熱體溫度的調節裕度，所述蓄熱體溫度調節裕度均值計算模塊計算蓄熱體溫度調節裕度均值；通過各蓄熱體溫度的調節裕度與蓄熱體溫度調節裕度均值的偏差，各所述蓄熱體溫度支管閥門調節模塊調整各所述蓄熱體溫度支管閥門的閥門開度。
3.如權利要求1所述的一種蓄熱式加熱爐蓄熱體溫度與爐膛壓力協調控制方法，其特徵在於所述爐膛壓力處理模塊輸出為爐膛壓力當前值，對所述空煙排風機閥門、所述煤煙排風機閥門、所述煙閘閥門進行調整，同時，各段煤氣閥門開度前饋，各段空氣閥門開度前饋和蓄熱體支管閥門開度前饋提前對所述空煙排風機閥門、所述煤煙排風機閥門和所述煙閘閥門進行調整；所述空煙煤煙排風機協調控制模塊通過空煙蓄熱體溫度調節裕度均值與煤煙蓄熱體溫度調節裕度均值的差值，對所述空煙排風機閥門和所述煤煙排風機閥門的開度進行調整，調整量相同但作用相反；當空煙排風機閥門調節裕度與煤煙排風機閥門調節裕度達到高限設定值時，通過所述空煙煤煙排風機協調控制模塊對所述煙閘閥門、所述空煙排風機閥門和所述煤煙排風機閥門開度進行調整，兩風機閥門調整量與煙閘閥門調整量大小匹配但作用相反。
【文檔編號】F27D19/00GK104180680SQ201410454420
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】李鵬 申請人:北京和隆優化科技股份有限公司