加热炉智能燃烧控制系统的优化.doc

加热炉智能燃烧控制系统的优化 　　摘要：加热炉智能燃烧模型优化项目完成后，可适应煤气热值及压力的大范围波动干扰，维持合理空燃比例，提高了燃烧的效率，减少了烟气带走的热量损失。同时，使加热炉燃烧控制和顺序控制的运行参数更优化、效率更高、生产成本更低，该加热炉燃烧控制系统运行更加安全稳定可靠，设备运转更安全。 　　关键词：加热炉 PID控制器 智能燃烧优化控制系统 　　一、加热炉燃烧控制系统的组成 　　加热炉燃烧控制系统主要包括蓄热式烧嘴，换向阀、换向程序及安全控制单元，空气供给系统，煤气供给系统，放散系统，排烟系统，点火系统等 7 部分。其中点火系统是整个燃烧系统的核心，能否稳定运行直接影响整个钢坯的质量以及后续产品的轧制质量。蓄热式烧嘴供热系统采用三段供热，三段炉温制度。每个供热段均设有上下加热，即均热段上下加热、第一加热段上下加热、第二加热段上下加热。空气供给系统由助燃风机、空气管道、空气换向阀等组成。空气压力应考虑蓄热室、换向阀、空气管道及其调节测量装置在内的整个系统阻力损失。同空气管道一样，煤气由炉前煤气总管（直径 DN1 200m m ）分成三段分别进入煤气换向阀，从换向阀出来后经蓄热式烧嘴完成热交换后喷入炉内燃烧。 在煤气总管上设有盲板阀、无泄露双偏心蝶阀和煤气低压快速切断阀。 　　二、加热炉存在的问题以及原因 　　1、存在的问题 　　目前，加热炉存在的主要问题是加热温度不均，加热能力不足。现在两座加热炉实际加热能力300 ～ 450t / h，低于设计能力 480 ～ 520t / h（冷坯～热坯）。加热温度不均，板坯炉间温差 25 ～ 35℃，同板温差 20 ～ 45℃。而国内同类生产线加热质量指标是，板坯炉间温差≤ 15℃，同板温差≤ 15℃。 　　2、原因 　　对于目前的斯坦因加热炉燃烧模型，当产量、加热钢种、尺寸、坯料入炉温度、待（停）轧时间、开轧温度变化时，均需一段时间使得加热炉温度缓慢提升， 以避免对整个煤气系统的强烈冲击，但由于现场节奏的提升，操作人员不能等到温度的缓慢上升，更不能及时准确地调整加热策略，同时受人为因素的影响，以及四班、个人操作不统一，空烧时间长，最终造成加热炉温、钢温波动，加热质量差，单位燃耗高，钢坯氧化烧损多，产品质量稳定性差。 　　三、加热炉加热系统改造方案 　　1、模型跟踪计算 　　需要对钢坯称重、长度、温度规格型号进行信息确认方可入炉， 一般钢坯温度大于 100℃ 时按照热坯处理，反之为冷坯，加热模型需要对钢坯温度进行修正处理。 根据加热炉各段的热电偶所测出的钢坯上下炉膛内的温度， 计算出长度和宽度方向的炉温曲线，同时确定钢坯所在区域的炉温，另外根据钢坯所在位置计算钢坯表面的热流密度，将热流密度作为差分方程的边界条件，可计算出钢坯入炉后一个计算周期内的温度。 　　2、改进方案 　　针对加热炉存在的问题，在传统的比例积分控制的基础上，引入模糊控制理论，实现加热炉的智能控制。 　　（1）实施目标 　　传统调节控制回路不能超越工艺过程复杂性与不确定性的限制，传统比例积分调控装置（PI）不能准确控制工艺过程的发展。 　　最严重的干扰来自生产变更：调步变化、产品变化（类型、尺寸、数量）、使用不同的生产方式（短延时、长延时、低火焰）。 这些因素都造成转换，这在传统调控中是没有进行周密考虑的。 　　调节的主要问题是工艺过程比例积分微分调控装置（ PID ）系数的正确调整。 通过了解工艺过程的传递函数，用标准调整算式计算调控装置的系数，使工艺过程数学模型的参数与调控装置的参数相结合，以找到可以兼顾调节回路控制的快速与精确的平衡点。模糊逻辑的目标是不仅要改善燃气流振荡减幅状况，还要按所测温度确定较好的设定值。 　　（2）实施方法 　　使用模糊管理程序，调控装置采用实际运行确定的传统 PI （比例积分）参数。 从系统观察、经验与过程认识中析取数据，形成模糊逻辑管理程序特殊数据库。模糊调控为监控级调控，调控时将联机计算比例积分微分调控装置的参数。 该调控装置是用于测定标准控制回路温度的，所考虑的变量：设定值；所测温度；所测定的、在规定时间步内的温度变量；瞬时区域负荷；实际定步值。模糊控制级仅用简单的开/关指令就可以连通或断开。 如果断开模糊控制级，比例积分微分参数就参照传统方式调定的缺值。 　　（3）总结 　　模糊控制器有两种模式：“稳态模式”与“瞬态模式”。当测定值与设定值差距不大时，认为系统处于稳定状态（模糊推理）。 在稳定状态时，K p与 K i的调整是根据温度误差进行的。当误差过大时，认为系统进入瞬态，有必要动态地控制所测定的温度。工作模式的转变由模糊断续器完成，确保从一种模式向另一种模式的平衡转变。 　　四、监控画面参数优化 　　加