脈衝爐的爐壓控制方法
2023-06-13 10:27:36 1
專利名稱：脈衝爐的爐壓控制方法
技術領域：
本發明涉及脈衝爐的控制技術，尤其涉及一種脈衝爐的爐壓控制方法。
背景技術：
斯坦因(Stein公司於1997年11月，第一次將脈衝技術應用在板坯加熱爐上。在中國國內，全數字式脈衝爐在少數鋼廠得到了應用。在實際應用過程中脈衝爐在提高熱效率、降低能耗、改善爐內溫度場的均勻性等方面發揮了積極的作用，但由於脈衝燃燒的不連續特性，導致爐內氣流不穩定、爐壓波動較大。爐壓的主要擾動因素有:I)步進梁的周期移動嚴重影響爐內氣氛；2)板坯加熱爐的爐門設計比棒線材等加熱爐要大的多，頻繁的開閉對爐壓影響很大；3)由於脈衝燃燒技術的特性，頻繁的脈衝切換對爐內氣流形成很大衝擊；4)不同的燒嘴能力和分布位置對爐內氣流的影響；5)掃描順序對爐壓的影響。脈衝爐爐壓控制是普遍認為比較棘手、難以解決的一個問題，現有的控制方案較少，還沒有很好的應對措施，在當前應用過程中大多數均基於常規爐的爐壓控制方法。常規爐和蓄熱式加熱爐採用連續燃燒控制的形式，爐壓一般可以通過純PID控制器或前饋-反饋控制器來解決。但脈衝爐不同於上述加熱爐，它採用一種間斷燃燒的方式，基本原理是採用脈寬調製技術，通過調節燃燒時間的佔空比(通斷比)實現加熱爐的溫度控制。由於脈衝爐固有的特性，全爐脈衝燒嘴一直處於不連續的啟閉狀態，且由於燒嘴設計能力的不同，它們對爐膛氣流的衝擊大小不一，時長不一，區域不一，用傳統PID控制方法，爐壓波動劇烈，控制失效。針對上述常規控制方法中的缺陷及脈衝燃燒的特性，如何簡單有效的穩定爐壓成為亟待解決的一個難題。目前較多採用的解決方案包括如下四種:方案一:單PID控制迴路。爐膛壓力通過PID調節器來設定，PID調節器對爐壓設定值和壓力變送器回饋的爐膛實際壓力進行採樣，並按照增量型PID算法計算出偏差值，由偏差值的正、負控制執行器的正轉和反轉，由偏差值的大小控制執行器轉動量的大小。單PID調節器通過合適的參數調整可以有效的控制常規爐的爐壓，但由於爐壓調節的滯後性較大、脈衝爐要求的實時性較強，而單PID控制迴路不能快速響應，因此單PID控制迴路在控制脈衝爐爐壓方面具有一定的局限性。方案二:前饋-反饋控制系統。這種控制系統是為克服爐壓純滯後、調節不及時而提出的。爐壓變化的決定性因素是爐內煙氣量的變化，而煙氣量與進入爐內的燃料量和空氣量成正比，可以採用加熱爐燃料總消耗檢測信號作為前饋量，組成前饋-反饋控制系統。這種系統可以有效的克服控制中的純滯後現象，但還是屬於定值調節系統類型，對於定值調節系統調節過程中存在的其它問題仍沒有很好的解決，因此控制效果也不理想。方案三:模糊PID控制。模糊PID控制具有快速響應的特性，能及時抑制脈衝燃燒的不連續性帶來的影響，但它同時具有如下不可克服的缺點:I)模糊查詢表的建立比較困難；2)自學習功能佔用大量的系統資源而且穩定性不高；3)可移植性差。方案四:均熱段常規控制。取壓點一般都在均熱段，為了減小脈衝控制對爐壓的影響，在均熱段採用常規控制以穩定爐壓。其缺點在於:I)均熱段採用常規控制，燒嘴類型和控制方法均不同於脈衝燃燒，額外增加了成本和工作量；2)均熱段採用常規控制，該段失去了脈衝燃燒的優勢；3)均熱段採用常規控制，加大了爐壓調節的滯後特性。
發明內容
本發明旨在提出一種能夠簡單有效地穩定脈衝爐爐壓的方法。根據本發明的一實施例，提出一種脈衝爐的爐壓控制方法，包括:在脈衝爐內設置測試脈衝爐爐壓的測試機構和調節脈衝爐爐壓的控制機構，控制機構包括可調節的閘板閥位；計算前饋量，包括計算空、煤燃燒產生的第一煙氣量、稀釋風機抽取的稀釋風折合的第二煙氣量和暖保風機抽取的第三煙氣量，將第一煙氣量、第二煙氣量和第三煙氣量總和後作為閘板閥位調節的前饋量；對閘板閥位的閥門特性曲線進行修正以減小非線性因素的影響，依據修正後的閥門特性曲線調節閘板閥位；監控爐門狀態，在爐門打開時將閘板閥位關閉預定的角度，在爐門關閉時將閘板閥位打開預定的角度；監控燒嘴狀態，調節參與燃燒的燒嘴的數量和順序，以及參與燃燒的燒嘴的啟閉動作。在一個實施例中，脈衝爐內具有四種類型的燒嘴，其中最大的燒嘴的額定能力是最小的燒嘴的額定能力的兩倍，大燒嘴對爐壓的影響大於小燒嘴對爐壓的影響。在一個實施例中，監控燒嘴狀態包括限制參與燃燒的最大的燒嘴的數量以減小燒嘴的變化率，以及使最大的燒嘴的啟閉動作錯開。本發明的脈衝爐的爐壓控制方法能夠使得脈衝爐的爐壓基本維持在土 IOPa範圍內，能耗指標比同類型加熱爐低7.55%。
圖1揭示了根據本發明的一實施例的脈衝爐的爐壓控制方法的流程圖。圖2揭示了根據本發明的一個應用實例的爐壓控制的邏輯框圖。
具體實施例方式根據對脈衝爐的工作過程的實際調研、分析、試驗，本發明發現採取PID+前饋量控制+臨時補償的爐壓控制策略能夠比較有效的實現爐壓的穩定控制。該組合控制策略的優點在於既保留了 PID控制的精確性又體現了前饋控制的快速性，臨時補償使閥門提前動作減小擾動因素對爐壓的影響。控制脈衝爐爐壓的根本在於如何平衡爐內煙氣變化量和閘板閥位開度變化的關係，經分析發現影響爐壓的擾動因素主要有:燒嘴對數、燃燒能力、閘板閥位特性、取壓點的位置、爐門的開閉、風機的啟停、燃燒順序的設定等。本發明的脈衝爐的爐壓控制方法充分考慮了上述影響因素。圖1揭示了根據本發明的一實施例的脈衝爐的爐壓控制方法的流程圖，參考圖1所示，該方法包括如下的步驟:101.在脈衝爐內設置測試脈衝爐爐壓的測試機構和調節脈衝爐爐壓的控制機構，控制機構包括可調節的閘板閥位。在一個實施例中，將測試機構設置在在脈衝爐的出料端，而將控制機構設置在脈衝爐的裝料側。102.計算前饋量，包括計算空、煤燃燒產生的第一煙氣量、稀釋風機抽取的稀釋風折合的第二煙氣量和暖保風機抽取的第三煙氣量，將第一煙氣量、第二煙氣量和第三煙氣量總和後作為閘板閥位調節的前饋量。103.對閘板閥位的閥門特性曲線進行修正以減小非線性因素的影響，依據修正後的閥門特性曲線調節閘板閥位。104.監控爐門狀態，在爐門打開時將閘板閥位關閉預定的角度，在爐門關閉時將閘板閥位打開預定的角度。105.監控燒嘴狀態，調節參與燃燒的燒嘴的數量和順序，以及參與燃燒的燒嘴的啟閉動作。在一個實施例中，脈衝爐內具有四種類型的燒嘴，其中最大的燒嘴的額定能力是最小的燒嘴的額定能力的兩倍，大燒嘴對爐壓的影響大於小燒嘴對爐壓的影響。步驟105中，監控燒嘴狀態包括限制參與燃燒的最大的燒嘴的數量以減小燒嘴的變化率以及使最大的燒嘴的啟閉動作錯開。如上面所述影響爐壓的因素主要有:燒嘴對數、燒嘴能力、閥門特性、取壓點的位置、爐門的開閉、風機的啟停、燃燒順序的設定等。針對上述影響因素，在一個應用實例中，採用了如下的控制策略，如圖2所示，該爐壓控制的邏輯框圖包括:PID控制迴路201，PID控制迴路201根據畫面爐壓設定值和現場反饋的實際測量值(濾波後)，按照增量型PID算法計算出偏差值，由偏差值的正、負控制執行器的正轉和反轉，由偏差值的大小控制執行器轉動量的大小。前饋量的完整計算202，前饋量的完整計算202根據空、煤燃燒計算產生的煙氣量、稀釋風機對應的煙氣量和暖保風機從其它加熱爐抽取的煙氣量，完整統計、精確計算後作為煙道閘板閥位調節的前饋量。臨時補償203，臨時補償203包括對爐門的開閉對應的補償量。在裝出料過程中爐門打開，原有的「收支平衡」被打破，爐門成了主要的洩壓通道。爐門打開後爐壓由微正壓變為持續負壓，煙道閘板應預關一定的開度來抑制負壓。裝出料結束後爐門關閉，洩壓通道被切斷瞬時產生反向氣流，造成爐壓暫時急劇升高，此時應加一個臨時補償使煙道閘板預開一定開度，反向氣流擾動消失後去掉臨時補償值，時刻保證爐內「收支平衡」。臨時補償202還包括特定燒嘴對應的補償量，在爐內的不同位置共有四種類型的燒嘴且額定能力差別較大，最大差距達2倍以上。通過現場調試發現大燒嘴的啟閉對爐壓的影響較大，閥門的開閉瞬間需附加臨時補償值以抵消對爐壓的影響。閥門修正曲線204，調節閥具有非線性的工作特性，在不同的閥門區域閥門變化量與煙氣變化量不盡相同，所以需要結合現場實際對閥門曲線進行修正。在圖2中還示出了換熱器205和加熱爐206。在該應用實例中，還考慮了如下的因素:超前控制的思想:測壓點的安裝位置靠近出料端而執行機構卻在裝料側，爐體的結構決定了爐壓調節的大滯後性，只有採用超前控制讓煙氣調節閥提前動作才能有效的抑制爐壓波動。由於燃燒順序遵循空氣先行的原則，在前饋量的計算過程中，用空氣閥門的開命令比開反饋信號控制更及時。脈衝循環順序對爐壓的影響:額定能力大的燒嘴的啟閉對爐壓的影響很大，在設定燒嘴掃描順序時應儘量保證它們錯開動作，避免對爐壓的連續影響。最大燒嘴對數的限制:根據空氣總管、燃料總管的額定能力適當限制允許參與燃燒的最大燒嘴對數，減小燒嘴對數的變化率，從而減小對爐壓的影響。下面介紹使用本發明的脈衝爐的爐壓控制方法一個實例。根據該實例，控制的基本原理在於通過預測爐內煙氣量的變化趨勢，提前調節煙道閘板的開度，減小或消除煙氣量的變化對爐壓的影響。具體實現途徑如下:計算理論產生的煙氣量:該脈衝加熱爐採用混合煤氣作為燃料，其主要組成成份有:C0、CO2, H2, N2, CH4,C2H4X2H6,與空氣充分混合燃燒生成煙氣(主要成分為碳化物，氮化物)，煙氣通過煙道閘板由煙囪排出。根據化學燃燒平衡方程式和熱工理論可以根據進入爐內的空氣量計算理論產生的氧氣量，本項目中通過計算，單位體積空氣大致對應1.37體積的煙氣量，用X3表示並納入前饋量的計算。計算稀釋風機抽取的空氣量:為了保護換熱器，控制換熱器溫度不至於過高，在換熱器入口設置稀釋風機。根據稀釋風機出口調節閥的開度和風機的額定能力，得出調節閥開度和進入煙道的稀釋風流量的對應關係，用Xl表示並納入前饋量的計算。計算暖保風機抽取的爐煙氣量:為了保護換熱器，控制換熱器溫度不至於過低，在換熱器入口設置暖保風機，抽取的爐煙氣保護風機。由於該風機為變頻風機，根據暖保風機的工作頻率和額定能力，實驗得出工作頻率和進入煙道的暖保風流量的對應關係，用X2表示並納入前饋量的計算。大燒嘴開閉的臨時補償:現場調試發現大燒嘴的啟閉對爐壓的影響較大，大燒嘴開閉命令發出的瞬間，在當前煙道閘板開度基礎上附加一個臨時補償量，用來消除該擾動，臨時補償量用AKl表
/Jn ο爐門開閉的臨時補償:
在裝出料過程中爐門打開，原有的「收支平衡」被打破，爐門成了主要的洩壓通道。爐門打開後爐壓由微正壓變為持續負壓，煙道閘板應預關一定的開度來抑制負壓，該臨時補償值用ΛΚ2表示；裝出料結束後爐門關閉，洩壓通道被切斷瞬時產生反向氣流，造成爐壓暫時急劇升高，此時應加一個臨時補償使煙道閘板預開一定開度，反向氣流擾動消失後去掉臨時補償值，時刻保證爐內「收支平衡」，該臨時補償值用ΛΚ3表示。煙道閘板閥門修正:調節閥在工作區間(25% 65% )線性度較好，在閥門開度較小( 65% )成非線性，所以需要結合現場實際對閥門曲線進行修正。其它相關因素:在設置燃燒順序時應儘量避免4對大燒嘴被連續掃描，避免對爐壓的連續影響；設置燒嘴最大投入上限16對等等。其中前饋量主要由三小部分組成: 稀釋風(Xl) +暖保風(X2) +理論燃燒(X3)；臨時補償Λ K主要由三小部分組成:大燒嘴開閉(ΛΚ1)+爐門開(ΛΚ2)+爐門關(Λ Κ3)。本發明的脈衝爐的爐壓控制方法能夠使得脈衝爐的爐壓基本維持在土 IOPa範圍內，能耗指標比同類型加熱爐低7.55%。
權利要求
1.一種脈衝爐的爐壓控制方法，其特徵在於，包括: 在脈衝爐內設置測試脈衝爐爐壓的測試機構和調節脈衝爐爐壓的控制機構，所述控制機構包括可調節的閘板閥位； 計算前饋量，包括計算空、煤燃燒產生的第一煙氣量、稀釋風機抽取的稀釋風折合的第二煙氣量和暖保風機抽取的第三煙氣量，將第一煙氣量、第二煙氣量和第三煙氣量總和後作為閘板閥位調節的前饋量； 對閘板閥位的閥門特性曲線進行修正以減小非線性因素的影響，依據修正後的閥門特性曲線調節閘板閥位； 監控爐門狀態，在爐門打開時將閘板閥位關閉預定的角度，在爐門關閉時將閘板閥位打開預定的角度； 監控燒嘴狀態，調節參與燃燒的燒嘴的數量和順序，以及參與燃燒的燒嘴的啟閉動作。
2.按權利要求1所述的脈衝爐的爐壓控制方法，其特徵在於， 所述脈衝爐內具有四種類型的燒嘴，其中最大的燒嘴的額定能力是最小的燒嘴的額定能力的兩倍，大燒嘴對爐壓的影響大於小燒嘴對爐壓的影響。
3.按權利要求2所述的脈衝爐的爐壓控制方法，其特徵在於，所述監控燒嘴狀態包括限制參與燃燒的最大的燒嘴的數量以減小燒嘴的變化率。
4.按權利要求3所述的脈衝爐的爐壓控制方法，其特徵在於，所述監控燒嘴狀態包括使最大的燒嘴的啟閉動作錯開。
全文摘要
根據本發明的一實施例，揭示了一種脈衝爐的爐壓控制方法，包括在脈衝爐內設置測試脈衝爐爐壓的測試機構和調節脈衝爐爐壓的控制機構，控制機構包括可調節的閘板閥位；計算前饋量，包括計算空、煤燃燒產生的第一煙氣量、稀釋風機抽取的稀釋風折合的第二煙氣量和暖保風機抽取的第三煙氣量，將第一煙氣量、第二煙氣量和第三煙氣量總和後作為閘板閥位調節的前饋量；對閘板閥位的閥門特性曲線進行修正以減小非線性因素的影響，依據修正後的閥門特性曲線調節閘板閥位；監控爐門狀態，在爐門打開時將閘板閥位關閉預定的角度，在爐門關閉時將閘板閥位打開預定的角度；監控燒嘴狀態，調節參與燃燒的燒嘴的數量和順序，以及參與燃燒的燒嘴的啟閉動作。
文檔編號F27D19/00GK103090683SQ20111034194
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者李鳳召, 張凌 申請人:上海寶信軟體股份有限公司