專利名稱：脈沖爐的爐壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖爐的控制技術(shù)，尤其涉及一種脈沖爐的爐壓控制方法。
背景技術(shù)：
斯坦因(Stein公司于1997年11月，第一次將脈沖技術(shù)應(yīng)用在板坯加熱爐上。在中國國內(nèi)，全數(shù)字式脈沖爐在少數(shù)鋼廠得到了應(yīng)用。在實際應(yīng)用過程中脈沖爐在提高熱效率、降低能耗、改善爐內(nèi)溫度場的均勻性等方面發(fā)揮了積極的作用，但由于脈沖燃燒的不連續(xù)特性，導致爐內(nèi)氣流不穩(wěn)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(nèi)氣氛；2)板坯加熱爐的爐門設(shè)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)由于脈沖燃燒技術(shù)的特性，頻繁的脈沖切換對爐內(nèi)氣流形成很大沖擊；4)不同的燒嘴能力和分布位置對爐內(nèi)氣流的影響；5)掃描順序?qū)t壓的影響。脈沖爐爐壓控制是普遍認為比較棘手、難以解決的一個問題，現(xiàn)有的控制方案較少，還沒有很好的應(yīng)對措施，在當前應(yīng)用過程中大多數(shù)均基于常規(guī)爐的爐壓控制方法。常規(guī)爐和蓄熱式加熱爐采用連續(xù)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。但脈沖爐不同于上述加熱爐，它采用一種間斷燃燒的方式，基本原理是采用脈寬調(diào)制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)燃燒時間的占空比(通斷比)實現(xiàn)加熱爐的溫度控制。由于脈沖爐固有的特性，全爐脈沖燒嘴一直處于不連續(xù)的啟閉狀態(tài)，且由于燒嘴設(shè)計能力的不同，它們對爐膛氣流的沖擊大小不一，時長不一，區(qū)域不一，用傳統(tǒng)PID控制方法，爐壓波動劇烈，控制失效。針對上述常規(guī)控制方法中的缺陷及脈沖燃燒的特性，如何簡單有效的穩(wěn)定爐壓成為亟待解決的一個難題。目前較多采用的解決方案包括如下四種:方案一:單PID控制回路。爐膛壓力通過PID調(diào)節(jié)器來設(shè)定，PID調(diào)節(jié)器對爐壓設(shè)定值和壓力變送器回饋的爐膛實際壓力進行采樣，并按照增量型PID算法計算出偏差值，由偏差值的正、負控制執(zhí)行器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，由偏差值的大小控制執(zhí)行器轉(zhuǎn)動量的大小。單PID調(diào)節(jié)器通過合適的參數(shù)調(diào)整可以有效的控制常規(guī)爐的爐壓，但由于爐壓調(diào)節(jié)的滯后性較大、脈沖爐要求的實時性較強，而單PID控制回路不能快速響應(yīng)，因此單PID控制回路在控制脈沖爐爐壓方面具有一定的局限性。方案二:前饋-反饋控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)是為克服爐壓純滯后、調(diào)節(jié)不及時而提出的。爐壓變化的決定性因素是爐內(nèi)煙氣量的變化，而煙氣量與進入爐內(nèi)的燃料量和空氣量成正比，可以采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(tǒng)。這種系統(tǒng)可以有效的克服控制中的純滯后現(xiàn)象，但還是屬于定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)類型，對于定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)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(yīng)的特性，能及時抑制脈沖燃燒的不連續(xù)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)自學習功能占用大量的系統(tǒng)資源而且穩(wěn)定性不高；3)可移植性差。方案四:均熱段常規(guī)控制。取壓點一般都在均熱段，為了減小脈沖控制對爐壓的影響，在均熱段采用常規(guī)控制以穩(wěn)定爐壓。其缺點在于:I)均熱段采用常規(guī)控制，燒嘴類型和控制方法均不同于脈沖燃燒，額外增加了成本和工作量；2)均熱段采用常規(guī)控制，該段失去了脈沖燃燒的優(yōu)勢；3)均熱段采用常規(guī)控制，加大了爐壓調(diào)節(jié)的滯后特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種能夠簡單有效地穩(wěn)定脈沖爐爐壓的方法。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提出一種脈沖爐的爐壓控制方法，包括:在脈沖爐內(nèi)設(shè)置測試脈沖爐爐壓的測試機構(gòu)和調(diào)節(jié)脈沖爐爐壓的控制機構(gòu)，控制機構(gòu)包括可調(diào)節(jié)的閘板閥位；計算前饋量，包括計算空、煤燃燒產(chǎn)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后作為閘板閥位調(diào)節(jié)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(jù)修正后的閥門特性曲線調(diào)節(jié)閘板閥位；監(jiān)控爐門狀態(tài)，在爐門打開時將閘板閥位關(guān)閉預(yù)定的角度，在爐門關(guān)閉時將閘板閥位打開預(yù)定的角度；監(jiān)控燒嘴狀態(tài)，調(diào)節(jié)參與燃燒的燒嘴的數(shù)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，脈沖爐內(nèi)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于小燒嘴對爐壓的影響。在一個實施例中，監(jiān)控燒嘴狀態(tài)包括限制參與燃燒的最大的燒嘴的數(shù)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(fā)明的脈沖爐的爐壓控制方法能夠使得脈沖爐的爐壓基本維持在土 IOPa范圍內(nèi)，能耗指標比同類型加熱爐低7.55%。


圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的脈沖爐的爐壓控制方法的流程圖。圖2揭示了根據(jù)本發(fā)明的一個應(yīng)用實例的爐壓控制的邏輯框圖。
具體實施例方式根據(jù)對脈沖爐的工作過程的實際調(diào)研、分析、試驗，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)采取PID+前饋量控制+臨時補償?shù)臓t壓控制策略能夠比較有效的實現(xiàn)爐壓的穩(wěn)定控制。該組合控制策略的優(yōu)點在于既保留了 PID控制的精確性又體現(xiàn)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?？刂泼}沖爐爐壓的根本在于如何平衡爐內(nèi)煙氣變化量和閘板閥位開度變化的關(guān)系，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)影響爐壓的擾動因素主要有:燒嘴對數(shù)、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(shè)定等。本發(fā)明的脈沖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(jù)本發(fā)明的一實施例的脈沖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.在脈沖爐內(nèi)設(shè)置測試脈沖爐爐壓的測試機構(gòu)和調(diào)節(jié)脈沖爐爐壓的控制機構(gòu)，控制機構(gòu)包括可調(diào)節(jié)的閘板閥位。在一個實施例中，將測試機構(gòu)設(shè)置在在脈沖爐的出料端，而將控制機構(gòu)設(shè)置在脈沖爐的裝料側(cè)。102.計算前饋量，包括計算空、煤燃燒產(chǎn)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后作為閘板閥位調(diào)節(jié)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(jù)修正后的閥門特性曲線調(diào)節(jié)閘板閥位。104.監(jiān)控爐門狀態(tài)，在爐門打開時將閘板閥位關(guān)閉預(yù)定的角度，在爐門關(guān)閉時將閘板閥位打開預(yù)定的角度。105.監(jiān)控燒嘴狀態(tài)，調(diào)節(jié)參與燃燒的燒嘴的數(shù)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，脈沖爐內(nèi)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于小燒嘴對爐壓的影響。步驟105中，監(jiān)控燒嘴狀態(tài)包括限制參與燃燒的最大的燒嘴的數(shù)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(shù)、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(shè)定等。針對上述影響因素，在一個應(yīng)用實例中，采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控制回路201，PID控制回路201根據(jù)畫面爐壓設(shè)定值和現(xiàn)場反饋的實際測量值(濾波后)，按照增量型PID算法計算出偏差值，由偏差值的正、負控制執(zhí)行器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，由偏差值的大小控制執(zhí)行器轉(zhuǎn)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(jù)空、煤燃燒計算產(chǎn)生的煙氣量、稀釋風機對應(yīng)的煙氣量和暖保風機從其它加熱爐抽取的煙氣量，完整統(tǒng)計、精確計算后作為煙道閘板閥位調(diào)節(jié)的前饋量。臨時補償203，臨時補償203包括對爐門的開閉對應(yīng)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，爐門成了主要的泄壓通道。爐門打開后爐壓由微正壓變?yōu)槌掷m(xù)負壓，煙道閘板應(yīng)預(yù)關(guān)一定的開度來抑制負壓。裝出料結(jié)束后爐門關(guān)閉，泄壓通道被切斷瞬時產(chǎn)生反向氣流，造成爐壓暫時急劇升高，此時應(yīng)加一個臨時補償使煙道閘板預(yù)開一定開度，反向氣流擾動消失后去掉臨時補償值，時刻保證爐內(nèi)“收支平衡”。臨時補償202還包括特定燒嘴對應(yīng)的補償量，在爐內(nèi)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(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)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(diào)節(jié)閥具有非線性的工作特性，在不同的閥門區(qū)域閥門變化量與煙氣變化量不盡相同，所以需要結(jié)合現(xiàn)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(yīng)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(zhí)行機構(gòu)卻在裝料側(cè)，爐體的結(jié)構(gòu)決定了爐壓調(diào)節(jié)的大滯后性，只有采用超前控制讓煙氣調(diào)節(jié)閥提前動作才能有效的抑制爐壓波動。由于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。脈沖循環(huán)順序?qū)t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(shè)定燒嘴掃描順序時應(yīng)盡量保證它們錯開動作，避免對爐壓的連續(xù)影響。最大燒嘴對數(shù)的限制:根據(jù)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(shù)，減小燒嘴對數(shù)的變化率，從而減小對爐壓的影響。下面介紹使用本發(fā)明的脈沖爐的爐壓控制方法一個實例。根據(jù)該實例，控制的基本原理在于通過預(yù)測爐內(nèi)煙氣量的變化趨勢，提前調(diào)節(jié)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(xiàn)途徑如下:計算理論產(chǎn)生的煙氣量:該脈沖加熱爐采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(jù)化學燃燒平衡方程式和熱工理論可以根據(jù)進入爐內(nèi)的空氣量計算理論產(chǎn)生的氧氣量，本項目中通過計算，單位體積空氣大致對應(yīng)1.37體積的煙氣量，用X3表示并納入前饋量的計算。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于過高，在換熱器入口設(shè)置稀釋風機。根據(jù)稀釋風機出口調(diào)節(jié)閥的開度和風機的額定能力，得出調(diào)節(jié)閥開度和進入煙道的稀釋風流量的對應(yīng)關(guān)系，用Xl表示并納入前饋量的計算。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于過低，在換熱器入口設(shè)置暖保風機，抽取的爐煙氣保護風機。由于該風機為變頻風機，根據(jù)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(yīng)關(guān)系，用X2表示并納入前饋量的計算。大燒嘴開閉的臨時補償:現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)大燒嘴的啟閉對爐壓的影響較大，大燒嘴開閉命令發(fā)出的瞬間，在當前煙道閘板開度基礎(chǔ)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，爐門成了主要的泄壓通道。爐門打開后爐壓由微正壓變?yōu)槌掷m(xù)負壓，煙道閘板應(yīng)預(yù)關(guān)一定的開度來抑制負壓，該臨時補償值用ΛΚ2表示；裝出料結(jié)束后爐門關(guān)閉，泄壓通道被切斷瞬時產(chǎn)生反向氣流，造成爐壓暫時急劇升高，此時應(yīng)加一個臨時補償使煙道閘板預(yù)開一定開度，反向氣流擾動消失后去掉臨時補償值，時刻保證爐內(nèi)“收支平衡”，該臨時補償值用ΛΚ3表示。煙道閘板閥門修正:調(diào)節(jié)閥在工作區(qū)間(25% 65% )線性度較好，在閥門開度較小(< 25% )或較大時(> 65% )成非線性，所以需要結(jié)合現(xiàn)場實際對閥門曲線進行修正。其它相關(guān)因素:在設(shè)置燃燒順序時應(yīng)盡量避免4對大燒嘴被連續(xù)掃描，避免對爐壓的連續(xù)影響；設(shè)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(guān)(Λ Κ3)。本發(fā)明的脈沖爐的爐壓控制方法能夠使得脈沖爐的爐壓基本維持在土 IOPa范圍內(nèi)，能耗指標比同類型加熱爐低7.55%。
權(quán)利要求
1.一種脈沖爐的爐壓控制方法，其特征在于，包括: 在脈沖爐內(nèi)設(shè)置測試脈沖爐爐壓的測試機構(gòu)和調(diào)節(jié)脈沖爐爐壓的控制機構(gòu)，所述控制機構(gòu)包括可調(diào)節(jié)的閘板閥位； 計算前饋量，包括計算空、煤燃燒產(chǎn)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后作為閘板閥位調(diào)節(jié)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(jù)修正后的閥門特性曲線調(diào)節(jié)閘板閥位； 監(jiān)控爐門狀態(tài)，在爐門打開時將閘板閥位關(guān)閉預(yù)定的角度，在爐門關(guān)閉時將閘板閥位打開預(yù)定的角度； 監(jiān)控燒嘴狀態(tài)，調(diào)節(jié)參與燃燒的燒嘴的數(shù)量和順序，以及參與燃燒的燒嘴的啟閉動作。
2.按權(quán)利要求1所述的脈沖爐的爐壓控制方法，其特征在于， 所述脈沖爐內(nèi)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于小燒嘴對爐壓的影響。
3.按權(quán)利要求2所述的脈沖爐的爐壓控制方法，其特征在于，所述監(jiān)控燒嘴狀態(tài)包括限制參與燃燒的最大的燒嘴的數(shù)量以減小燒嘴的變化率。
4.按權(quán)利要求3所述的脈沖爐的爐壓控制方法，其特征在于，所述監(jiān)控燒嘴狀態(tài)包括使最大的燒嘴的啟閉動作錯開。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，揭示了一種脈沖爐的爐壓控制方法，包括在脈沖爐內(nèi)設(shè)置測試脈沖爐爐壓的測試機構(gòu)和調(diào)節(jié)脈沖爐爐壓的控制機構(gòu)，控制機構(gòu)包括可調(diào)節(jié)的閘板閥位；計算前饋量，包括計算空、煤燃燒產(chǎn)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后作為閘板閥位調(diào)節(jié)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(jù)修正后的閥門特性曲線調(diào)節(jié)閘板閥位；監(jiān)控爐門狀態(tài)，在爐門打開時將閘板閥位關(guān)閉預(yù)定的角度，在爐門關(guān)閉時將閘板閥位打開預(yù)定的角度；監(jiān)控燒嘴狀態(tài)，調(diào)節(jié)參與燃燒的燒嘴的數(shù)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(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者李鳳召, 張凌 申請人:上海寶信軟件股份有限公司