專利名稱：：熱風(fēng)爐自動(dòng)尋優(yōu)燃燒智能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明用于冶金行業(yè)煉鐵高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)燃燒控制。
背景技術(shù)：
：熱風(fēng)爐是高爐煉鐵生產(chǎn)過程中的重要配套設(shè)備，其主要作用就是把鼓風(fēng)加熱到要求的溫度，向高爐提供高溫?zé)犸L(fēng)。高爐一般由34座熱風(fēng)爐交替送風(fēng)，每座熱風(fēng)爐的工作過程是燃燒、送風(fēng)的重復(fù)過程。煤氣和助燃空氣在燃燒器內(nèi)混合后，在燃燒室里燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔?。蓄熱室的格子磚是熱量傳遞的載體，它在燃燒期間吸收熱量，送風(fēng)期間又將熱量傳遞給冷空氣，從而加熱冷空氣。為了節(jié)約能源、實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐穩(wěn)定的最佳化操作，需要提高熱風(fēng)爐的燃燒控制水平。實(shí)現(xiàn)煤氣的合理燃燒，才能將其能量充分利用，熱風(fēng)爐才有可能在消耗同樣煤氣量情況下，蓄到更多的熱量，為提高送風(fēng)溫度創(chuàng)造條件。由于高爐的操作或爐況等種種原因，造成煤氣壓力不穩(wěn)定，煤氣熱值也往往存在波動(dòng)，因而熱風(fēng)爐燃燒控制是熱風(fēng)爐最難、最關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)之一，燃燒控制得好壞將直接影響到熱風(fēng)爐的拱頂溫度及燃燒的熱效率。傳統(tǒng)的熱風(fēng)爐燃燒控制方法有比例極值調(diào)節(jié)法、煙氣含氧量串級比例控制法等。比例極值調(diào)節(jié)法不能在煤氣熱值變化時(shí)及時(shí)改變空燃比，不容易實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐的最佳燃燒。煙氣氧含量串級比例控制法是以比例調(diào)節(jié)作為粗調(diào)，以煙氣中氧氣含量反饋控制作為細(xì)調(diào)，對空氣、煤氣量進(jìn)行控制，該法能夠?qū)崿F(xiàn)熱風(fēng)爐的較合理的燃燒，但由于測氧儀表壽命有限，加上管理及維護(hù)的不到位，很多企業(yè)的測氧儀表不能長期穩(wěn)定的工作，因此，這種方法應(yīng)用效果不太理想。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種熱風(fēng)爐自動(dòng)尋優(yōu)燃燒智能控制方法，本發(fā)明能提高熱風(fēng)爐的燃燒控制水平，燃燒效率高，能源利用充分，蓄熱能力強(qiáng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是基于總供熱量計(jì)算，通過設(shè)定燃燒拱頂溫度及廢氣溫度目標(biāo)值，空燃比模糊控制器在燃燒周期內(nèi)實(shí)時(shí)尋優(yōu)最佳空燃比系數(shù)，對助燃空氣流量及混合煤氣流量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；助燃空氣流量的控制由廢氣溫度調(diào)節(jié)器、供熱量調(diào)節(jié)器及助燃空氣調(diào)節(jié)器完成；混合煤氣流量的控制由拱頂溫度調(diào)節(jié)器和混合煤氣調(diào)節(jié)器完成；空燃比控制由空燃比模糊控制器完成；整個(gè)燃燒控制流程包括三個(gè)階段第一階段燃燒過程剛開始，總供熱量的計(jì)算值作為供熱量調(diào)節(jié)器(QX-102)的設(shè)定值，混合煤氣流量為一常數(shù)，助燃空氣流量根據(jù)空燃比系數(shù)確定；第二階段熱風(fēng)爐的廢氣溫度仍偏離設(shè)定值較遠(yuǎn)，總供熱量的設(shè)定值也保持不變；隨著拱頂溫度的不斷上升，混合煤氣流量需逐漸減少，但為了使廢氣溫度不斷升高，必須保持一定的供熱量；第三階段熱風(fēng)爐的廢氣溫度已上升至設(shè)定置，應(yīng)使供熱量的設(shè)定值逐漸減少，助7燃空氣流量和混合煤氣流量均減少。本發(fā)明具有以下主要的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明能提高熱風(fēng)爐的燃燒控制水平，燃燒效率高，能源利用充分，蓄熱能力強(qiáng)。圖1是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是燃燒初期最佳空燃比模糊控制器示意圖。圖3是拱頂溫度管理期最佳空燃比模糊控制器。控制系統(tǒng)主要包括以下五個(gè)調(diào)節(jié)器及一個(gè)模糊控制器，如圖1所示供熱量調(diào)節(jié)器QX-102混合煤氣流量調(diào)節(jié)器FIC-101助燃空氣流量調(diào)節(jié)器FIC-102拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-lOl廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102空燃比模糊控制器具體實(shí)施例方式助燃空氣與混合煤氣之比(即空燃比)是熱風(fēng)爐燃燒過程中的重要參數(shù)。如果混合煤氣過量，則燃燒不充分，多余的煤氣隨燃燒廢氣排放到大氣中，既是一種浪費(fèi)，也是對大氣的一種污染；如果混合煤氣不足，又無法保證熱風(fēng)爐爐頂溫度達(dá)到設(shè)定值，即熱風(fēng)爐儲蓄的熱量不足，無法滿足高爐正常生產(chǎn)。因此，如何在保證高爐正常生產(chǎn)的前提下，最大限度地提高煤氣的燃燒率有著巨大的意義，這就要求最佳空燃比控制。但無論什么情況下都不能使煤氣過量。換言之，達(dá)到最佳空燃比時(shí)的空氣仍然是過量的。初期拱頂溫度的上升速率和進(jìn)入拱頂溫度管理期廢氣溫度的上升速率，主要取決于燃燒過程的空燃比和煤氣流量，同時(shí)還受煤氣、空氣質(zhì)量波動(dòng)和壓力波動(dòng)的影響。所以，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐燃燒過程自動(dòng)控制的關(guān)鍵是隨著煤氣、空氣壓力和質(zhì)量的波動(dòng)，并根據(jù)熱風(fēng)爐不同的燃燒狀態(tài)進(jìn)行煤氣流量和空氣流量的實(shí)時(shí)調(diào)整，即對空燃比的調(diào)整。因此，在燃燒初期，我們以最大煤氣量進(jìn)行加熱，并調(diào)整合適的空燃比，迅速提高拱頂溫度；到達(dá)拱頂溫度管理期，適當(dāng)減小煤氣流量，并調(diào)整合適的空燃比，保證拱頂溫度不變的情況下，提高廢氣的升溫速率。燃燒終點(diǎn)由廢氣溫度確定，當(dāng)廢氣溫度上升到上限時(shí)，停止加熱。燃燒過程就是蓄熱室的蓄熱過程，它分為兩個(gè)基本階段。燃燒初期，蓄熱室拱頂?shù)臏囟群艿?，廢氣的熱量大部分被拱頂吸收，拱頂?shù)臏囟壬仙^快，蓄熱室中、下部的溫度則上升很慢；隨著拱頂溫度的升高，拱頂與廢氣的溫差逐漸減小。當(dāng)拱頂溫度上升到一定值后，其溫度幾乎不再上升，廢氣所帶的熱量主要被蓄熱室中、下部吸收，使蓄熱室中、下部格子磚的溫度迅速上升。在整個(gè)燃燒期，蓄熱室上部格子磚的傳熱方式是以一種不穩(wěn)定的熱流進(jìn)行傳熱，熱流速率隨時(shí)間的增加而降低。中、下部格子磚幾乎以一種穩(wěn)定的熱流傳熱，溫差幾乎不變化。因此，要強(qiáng)化中、下部的熱交換，就需要盡快提高上部的溫度。只有通過熱交換，使中、下部轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的熱流傳熱時(shí)，經(jīng)過中、下部的廢氣溫度才能提高，從而相應(yīng)提高這部分的溫差，強(qiáng)化與格子磚的傳熱。排放的蓄熱室廢氣(煙氣)的溫度隨時(shí)間的延長而增加。廢氣溫度低時(shí)說明爐內(nèi)熱交換的能力強(qiáng)，廢氣溫度超過規(guī)定溫度時(shí)，說明爐內(nèi)熱交換能力減弱。因此，為保證熱交換的效率，廢氣溫度不能長期保持在380°C以上，否則將造成熱量的浪費(fèi)；該溫度值亦不可超過40(TC，否則會燒壞耐火磚。故拱頂溫度達(dá)到一定范圍后，廢氣的升溫速率是個(gè)很重要的因素。本控制系統(tǒng)基于熱風(fēng)爐燃燒控制模型及模糊控制理論?？刂颇Ｐ驮谌珷t熱平衡計(jì)算基礎(chǔ)上建立，符合生產(chǎn)實(shí)際，能夠?qū)θ紵俾蔬M(jìn)行控制，大大地提高了熱風(fēng)爐燃燒效率。熱風(fēng)爐是一個(gè)具有本質(zhì)非線性、大滯后、慢時(shí)變特性的復(fù)雜被控對象，隨著燃燒工作環(huán)境的變化其特性也在不斷發(fā)生變化，要準(zhǔn)確地掌握熱風(fēng)爐的運(yùn)行狀態(tài)是很困難的。模糊控制的優(yōu)點(diǎn)是不必建立被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，它能將操作者或?qū)＜业目刂平?jīng)驗(yàn)和知識表示成語言變量描述的控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)，給出短期的控制信號，具有較強(qiáng)的魯棒性。兩者結(jié)合，能夠有效的提高熱風(fēng)爐燃燒效率，穩(wěn)定熱風(fēng)爐燃燒過程。下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明，但不限定本發(fā)明。如圖l所示，基于熱風(fēng)爐熱平衡燃燒控制模型及模糊控制理論，本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括混合煤氣流量調(diào)節(jié)器FIC-101、拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-101、助燃空氣流量調(diào)節(jié)器FIC-102、供熱量調(diào)節(jié)器QX-102、廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102和空燃比模糊控制器；它們之間的連接關(guān)系是熱風(fēng)爐上設(shè)置有煤氣調(diào)節(jié)閥和空氣調(diào)節(jié)閥，煤氣調(diào)節(jié)閥通過混合煤氣流量調(diào)節(jié)器FIC-101進(jìn)行控制，混合煤氣流量調(diào)節(jié)器FIC-101接收煤氣流量的反饋信號和計(jì)算器一的控制信號，計(jì)算器一接收拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-lOl的控制信號、空燃比模糊控制器的控制信號和空氣流量的反饋信號，拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-101接收拱頂溫度的設(shè)定值和反饋信號；空氣調(diào)節(jié)閥由助燃空氣流量調(diào)節(jié)器FIC-102進(jìn)行控制，助燃空氣流量調(diào)節(jié)器FIC-102接收供熱量調(diào)節(jié)器QX-102的控制信號和空氣流量的反饋信號，供熱量調(diào)節(jié)器QX-102接收計(jì)算器二、三的控制信號，計(jì)算器二接收拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-101控制信號和總供熱量的計(jì)算值，計(jì)算器三接收煤氣流量的反饋信號和煤氣熱值，廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102接收廢氣溫度的設(shè)定值和反饋信號?？杖急饶：刂破髟谌紵芷诟麟A段自動(dòng)尋優(yōu)修正空燃比系數(shù)，實(shí)時(shí)空燃比系數(shù)與拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-101及助燃空氣流量運(yùn)算后，所得值作為混合煤氣流量調(diào)節(jié)器FIC-101輸入設(shè)定值，調(diào)節(jié)煤氣流量；廢氣溫度調(diào)節(jié)器輸出與燃燒所需總供熱量計(jì)算所得值作為供熱量調(diào)節(jié)器輸入設(shè)定值，與煤氣實(shí)時(shí)熱值通過供熱量調(diào)節(jié)器，所得輸出作為助燃空氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定輸入值，調(diào)節(jié)助燃空氣流量。本發(fā)明的控制方法是基于總供熱量計(jì)算，通過設(shè)定燃燒拱頂溫度及廢氣溫度目標(biāo)值，空燃比模糊控制器在燃燒周期內(nèi)實(shí)時(shí)尋優(yōu)最佳空燃比系數(shù)，對助燃空氣流量及混合煤氣流量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；助燃空氣流量的控制由廢氣溫度調(diào)節(jié)器、供熱量調(diào)節(jié)器及助燃空氣調(diào)節(jié)器完成；混合煤氣流量的控制由拱頂溫度調(diào)節(jié)器和混合煤氣調(diào)節(jié)器完成；空燃比控制由空燃比模糊控制器完成。根據(jù)熱風(fēng)爐的燃燒特性，熱風(fēng)爐的燃燒過程大致可分為三個(gè)階段第一階段燃燒過程剛開始，熱風(fēng)爐的拱頂溫度與廢氣溫度都比較低，供熱量的計(jì)算值可作為供熱量調(diào)節(jié)器QX-102的設(shè)定置，混合煤氣流量基本為一常數(shù)，助燃空氣流量根據(jù)空燃比系數(shù)確定。第二階段熱風(fēng)爐的廢氣溫度仍偏離設(shè)定值較遠(yuǎn)，供熱量的設(shè)定值也保持不變。隨著拱頂溫度的不斷上升，混合煤氣流量需逐漸減少，但為了使廢氣溫度不斷升高，必須保持一定的供熱量。第三階段熱風(fēng)爐的廢氣溫度已上升至設(shè)定置，應(yīng)使供熱量的設(shè)定值逐漸減少，從而使助燃空氣流量和混合煤氣流量均減少至零，結(jié)束燃燒過程。其中第一階段也稱為燃燒前期(也就是在拱頂溫度及煙道廢氣溫度沒有達(dá)到管理溫度之前的這一期間)，后兩個(gè)階段稱為控制管理期(也就是當(dāng)拱頂溫度達(dá)到管理溫度時(shí)到這個(gè)燃燒周期結(jié)束為止)。本燃燒控制系統(tǒng)基于全爐熱平衡計(jì)算基礎(chǔ)建立數(shù)學(xué)模型，以供熱量為主調(diào)參數(shù)，是一套完整的復(fù)雜的供熱量_溫度_流量多回路的串級調(diào)節(jié)回路，根據(jù)前一次送風(fēng)周期和燃燒周期的工況計(jì)算出本次燃燒周期所需的供熱量，然后先確定助燃空氣流量，混合煤氣流量根據(jù)助燃空氣流量確定。燃燒過程中空燃比系數(shù)的確定基于模糊控制理論，將操作者或?qū)＜业目刂平?jīng)驗(yàn)和知識表示成語言變量描述的控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)，給出短期的控制信號。1.總供熱量計(jì)算為了有效利用熱風(fēng)爐的蓄熱量，應(yīng)該使送風(fēng)時(shí)從熱風(fēng)爐帶走的熱量正好等于燒爐時(shí)的蓄熱量，而蓄熱量大小由所設(shè)定的供熱量值決定。總供熱量值是通過計(jì)算整個(gè)送風(fēng)期間所耗去的熱量、燃燒時(shí)間及其他一些參數(shù)得出的。其目的是使燃燒周期的蓄熱量和送風(fēng)周期的耗熱量達(dá)到基本平衡，以實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐的高效節(jié)能。總供熱量計(jì)算的步驟如下1)計(jì)算單位體積的熱風(fēng)(混風(fēng))所需要的熱量q，由下式進(jìn)行計(jì)算q=cmtm_cctcKcal/Nm3(1)式中Cm，C。分別為混風(fēng)溫度和冷風(fēng)溫度對應(yīng)的比熱；tm，t。分別為混風(fēng)溫度和冷風(fēng)溫度；2)計(jì)算送風(fēng)期間單位時(shí)間所消耗的熱量Q丄=qFcKcal/min(2)式中F。為冷風(fēng)流量；3)計(jì)算在整個(gè)送風(fēng)期間所消耗的熱量Q2:込=尺.;/￡21^《ca/(3)K為熱風(fēng)爐常數(shù)；n為熱風(fēng)爐工作制度效率；kn對于單爐循環(huán)送風(fēng)制度時(shí)為0.79;T0、T1分別為送風(fēng)起始時(shí)間及完成時(shí)間。4)計(jì)算在整個(gè)燃燒周期的供熱量Q:Q=Q2/TGKcal/min(4)式中Te為燃燒周期的總時(shí)間；由于供熱量無法直接測量，上述所計(jì)算值為一個(gè)粗糙值，供操作者在確定供熱量時(shí)參考，可以用送風(fēng)期間混風(fēng)調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行評價(jià)。由于爐熱(即蓄熱量)不足時(shí)，在送風(fēng)結(jié)束前閥門即已開到下限值而無法再控制溫度，故在送風(fēng)終了前閥門開度就可表示爐熱水準(zhǔn)，如果閥門未全關(guān)，可適當(dāng)減少所設(shè)定的供熱量，反之，應(yīng)增加。2.空燃比模糊控制器空燃比模糊控制器的設(shè)計(jì)分為快速加熱期最佳空燃比模糊控制器和拱頂溫度管理期最佳空燃比模糊控制器。2.1第一階段快速加熱期最佳空燃比模糊控制器的設(shè)計(jì)St印l:確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量模糊控制器的輸入是模糊控制器的輸入是拱頂溫度當(dāng)前時(shí)間段和上一時(shí)間段上升速率的差值e和空燃比變化的方向a，模糊控制器的輸出是空燃比增量u，快速加熱期最佳空燃比模糊控制器示意圖如圖2所示。St印2:設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則溫度上升速率差值e具體劃分為7個(gè)等級高速上升(PB)、中速上升(PM)、低速上升(PS)、零(Z0)、低速下降(NS)、中速下降(NM)、高速下降(NB);空燃比變化方向分為兩個(gè)方向變大(P)、變小(N)，空燃比調(diào)節(jié)增量劃分為7級快速加大(PB)、中速加大(PM)、低速加大(PS)、不變(ZO)、低速減小(NS)、中速減小(NM)、高速減小(NB)。溫度上升速率差值e的模糊變量詞集選擇為7個(gè){NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其論域E為:{-6，-5，-4，-3，-2，-l，O，1，2，3，4，5，6}?？杖急茸兓较騛的模糊變量的詞集選擇為2個(gè)(N，Ph其論域A為{-1，1}?？杖急仍隽縐的模糊變量的詞集選擇為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其論域U為{-5，-4，-3，-2，-l，O，1，2，3，4，5}。由控制經(jīng)驗(yàn)可總結(jié)出模糊控制規(guī)則，如表2-1所示。這些控制規(guī)則可用14條模糊語句來描述(1)IFE=NBandA=PTHENU=NB(2)IFE=NMandA=NTHENU=NM......(14)IFE=PBandA=PTHENU=NB表2-1快速加熱期最佳空燃比尋優(yōu)模糊控制規(guī)則表NBNSZOPSPMPBpNB醒NSZOPSPMPBNPBPMPSZONSNMNBSt印3:模糊控制器參數(shù)設(shè)定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試結(jié)果，快速加熱器最佳空燃比模糊控制器的各項(xiàng)參數(shù)如下所示。拱頂溫升速度差范圍[A，eH]為[-6，6]，拱頂溫升速度差e到其論域E的映射式為五=6x(5)空燃比變化的范圍[iY，rH]為[-l，l]，空燃比變化方向a到其論域A的映射式為(6)(~-^)/2St印4:模糊推理、解模糊并計(jì)算模糊控制查詢表在模糊控制中，對建立的模糊規(guī)則要經(jīng)過模糊推理才能決策出控制變量，本系統(tǒng)11采用了Mamdani推理法，其實(shí)質(zhì)就是加權(quán)平均法。表2-2快速加熱期最佳空燃比尋優(yōu)控制查詢表<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>通過模糊控制器，將拱頂溫度當(dāng)前時(shí)間段和上一時(shí)間段上升速率的差值差值e和空燃比變化的方向a模糊化后根據(jù)(5)、(6)式求得E、A，通過查詢表2-2，得到控制輸出u，并將此值經(jīng)過清晰化接口，求得空燃比的增量Auk。將Auk加上當(dāng)前空燃比的實(shí)際值u^，即可得到空燃比優(yōu)化設(shè)定值％設(shè)定=Uk實(shí)+Auk。2.2第二、第三階段拱頂溫度管理期最佳空燃比模糊控制器的設(shè)計(jì)與初期最佳空燃比模糊控制器相同，這里的控制器也采用雙輸入單輸出的控制結(jié)構(gòu)，但是輸入量和控制規(guī)則是不同的，將拱頂溫度偏差和溫升速率作為控制輸入，空燃比的調(diào)節(jié)增量u作為控制輸出，拱頂溫度管理期最佳空燃比模糊控制器示意圖如圖3所示。拱頂溫度偏差分為5個(gè)等級的模糊量級，溫度上升速率分為5個(gè)等級，空燃比調(diào)節(jié)增量分為5個(gè)等級。St印l:確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量模糊控制器的輸入是模糊控制器的輸入是拱頂溫度的偏差e和偏差變化率ec，模糊控制器的輸出是空燃比增量u。St印2:設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則e'和ec的模糊變量的詞集選擇為5個(gè){NB，NM，Z0，PM，PB}，分別表示負(fù)大、負(fù)中、零、正中、正大，其論域E'為{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}。u的模糊變量的詞集選擇為:{NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB}，分別表示負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大，其論域?yàn)?{-6，-5，-4，-3，-2，-l，O，1，2，3，4，5，6}。由控制經(jīng)驗(yàn)可總結(jié)出模糊控制規(guī)則，如表2-3所示。這些控制規(guī)則可用25條模糊語句來描述(1)IFE，=NBandEC=NBTHENU=NB(2)IFE'=NMandEC=NBTHENU=NB......(25)IFE'=PBandEC=PBTHENU=PB表2-3拱頂溫度管理期最佳空燃比尋優(yōu)模糊控制規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>下所示:為St印3:模糊控制器參數(shù)設(shè)定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試結(jié)果，拱頂溫度管理期最佳空燃比模糊控制器的各項(xiàng)參數(shù)如拱頂溫度偏差范圍[e'^，e'H]為[-5，5]，拱頂溫度偏差e到其論域E的映射式E=5xe'—(eL+eH)/2(7)五C=5X:(eH-eL)/2拱頂溫度變化率范圍[ecyecH]為[_5，5]，拱頂溫度偏差變化率ec到其論域EC的映射式為e-(eq+ecw)/2(-ec丄)/2(8)St印4:模糊推理、解模糊并計(jì)算模糊控制查詢表采用在控制技術(shù)中常用的面積重心法進(jìn)行解模糊運(yùn)算。首先用MATLAB編制程序根據(jù)模糊邏輯運(yùn)算規(guī)則離線算出模糊查詢表，同時(shí)結(jié)合實(shí)際調(diào)試，在線修改該模糊查詢表，得出拱頂溫度管理期最佳空燃比控制器的模糊查詢?nèi)绫?-4所示。表2-4拱頂溫度管理期最佳空燃比尋優(yōu)模糊控制查詢表<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>通過模糊控制器，將拱頂拱頂溫度的偏差e'和偏差變化率ec模糊化后根據(jù)(7)、(8)式求得E'、EC，通過查詢表2-4，得到控制輸出u，并將此值經(jīng)過清晰化接口，求得空燃比的增量Auk，將Auk加上當(dāng)前空燃比的實(shí)際值u^，即可得到空燃比優(yōu)化設(shè)定值u^g二u^+Auk。3.助燃空氣流量控制回路助燃空氣流量控制回路由廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102、供熱量調(diào)節(jié)器QX-102及助燃空氣調(diào)節(jié)器FIC-102組成。廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102的設(shè)定值，由操作者從上位機(jī)操作站輸入，調(diào)節(jié)器的輸出是一個(gè)0.01.0的實(shí)數(shù)值，當(dāng)廢氣溫度較低時(shí)，輸出為1，隨著溫度逐漸臨近或超過設(shè)定值，輸出值緩慢減小；總供熱量值與廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102的輸出兩者相乘后，作為供熱量調(diào)節(jié)器QX-102的設(shè)定值；供熱量調(diào)節(jié)器QX-102的測量值是煤氣實(shí)時(shí)流量與煤氣實(shí)時(shí)熱值相乘的計(jì)算值，即混合煤氣的實(shí)時(shí)熱量。供熱量調(diào)節(jié)器QX-102輸出范圍根據(jù)供熱量計(jì)算值及空燃比系數(shù)變化調(diào)整，輸出值作為助燃空氣流量調(diào)節(jié)器FIC-102的設(shè)定值，經(jīng)溫度、壓力補(bǔ)正計(jì)算后的助燃空氣實(shí)時(shí)流量值作為助燃空氣流量調(diào)節(jié)器FIC-102的過程值，助燃空氣調(diào)節(jié)器FIC-102的輸出信號則控制助燃空氣調(diào)節(jié)閥的開度。所以廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102、供熱量調(diào)節(jié)器QX-102和助燃空氣調(diào)節(jié)器FIC-102構(gòu)成了一個(gè)串級調(diào)節(jié)回路，控制燃燒過程中助燃空氣的流量值。助燃空氣流量的控制步驟包括1)當(dāng)熱風(fēng)爐處于第一階段燃燒初期時(shí)，廢氣溫度較低，廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102的輸出近似等于l，因此供熱量調(diào)節(jié)器QX-102的輸出即是總供熱量設(shè)定值，供熱量調(diào)節(jié)器QX-102的輸出值，作為助燃空氣調(diào)節(jié)器的FIC-102的設(shè)定值；在燃燒初期，助燃空氣調(diào)節(jié)器器FIC-102的設(shè)定值計(jì)算如下Fair—SP=KlXK2XQ/WgasNm3/minKl:為燃燒前期空燃比值。K2:為空氣過剩系數(shù)。Q為總共熱量。Wgas為混合煤氣的熱值，單位為Kcal/Nm3。若煤氣熱值改變，相應(yīng)的空氣、煤氣流量也隨之改變，以保證燒爐所需的合適的蓄熱量。在燃燒管理期，廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102的輸出逐漸減少(<1)，從而使供熱量調(diào)節(jié)器QX-102的設(shè)定值小于操作者輸入的設(shè)定值。供熱量調(diào)節(jié)器QX-102的測量值是燃燒實(shí)時(shí)過程中混合煤氣的發(fā)熱量。廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102的設(shè)定值，操作者可以從上位機(jī)操作站輸入。燃燒管理器的具體見步驟2)和3)。2)在第二階段的燃燒管理期，拱頂溫度趨近設(shè)定值，廢氣溫度尚未達(dá)到要求，根據(jù)工藝要求，應(yīng)減少煤氣量，但仍需保持一定供熱量保證廢氣溫度上升，同時(shí)適當(dāng)增大空氣量；在此階段，煤氣流量減少，供熱量調(diào)節(jié)器QX-102的輸出增大，相應(yīng)助燃空氣流量增加。3)當(dāng)燃燒第三階段拱頂溫度和廢氣溫度均達(dá)到設(shè)定值時(shí)，廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102的輸出減為零，在沒有送風(fēng)命令的條件下，熱風(fēng)爐進(jìn)入保溫期，空氣流量和煤氣流量值均為零；一旦廢氣溫度降至設(shè)定值以下，廢氣溫度調(diào)節(jié)器TIC-102輸出大于零，熱風(fēng)爐自動(dòng)進(jìn)行小供熱量燃燒，以保持爐體溫度恒定。4.混合煤氣流量控制回路混合煤氣流量控制回路由拱頂溫度調(diào)節(jié)器和混合煤氣調(diào)節(jié)器組成。拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-101的設(shè)定值由操作者從上位機(jī)操作站輸入；當(dāng)拱頂溫度較低時(shí)，拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-101輸出為1.0，隨著溫度逐漸臨近或超過設(shè)定值，輸出值緩慢減小至O.0;混合煤氣流量調(diào)節(jié)器FIC-lOl的設(shè)定值由助燃空氣流量信號與調(diào)節(jié)器TIC-lOl輸出信號及空燃比系數(shù)計(jì)算得出，煤氣流量設(shè)定值受助燃空氣實(shí)際流量控制，保證熱風(fēng)爐燃燒過程中空氣相對煤氣始終充足；混合煤氣流量檢測值經(jīng)溫度、壓力補(bǔ)正作為混合煤氣流量調(diào)節(jié)器FIC-lOl的過程值；混合煤氣調(diào)節(jié)器FIC-lOl的輸出信號控制混合煤氣調(diào)節(jié)閥的開度；混合煤氣流量的控制步驟包括1)當(dāng)?shù)谝浑A段燃燒過程剛開始時(shí)，拱頂溫度較低，與拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-lOl的設(shè)定值的偏差較大，使拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-lOl輸出信號約等于l，此時(shí)混合煤氣流量調(diào)節(jié)器FIC-101的設(shè)定值即為與助燃空氣流量信號的配比值，即按熱風(fēng)爐所需要的供熱量進(jìn)行燃燒；2)進(jìn)入第二階段后，隨著燃燒過程的進(jìn)行，拱頂溫度不斷地升高，已接近或達(dá)到設(shè)定值，拱頂溫度調(diào)節(jié)器TIC-lOl輸出信號逐漸減少，即按需要適當(dāng)?shù)販p少一些混合煤氣量；3)進(jìn)入第三階段后，煤氣流量同時(shí)隨助燃空氣配比量的減少而減少，并在廢氣溫度達(dá)到設(shè)定值后，隨空氣流量同時(shí)減為零，結(jié)束燃燒過程。權(quán)利要求熱風(fēng)爐自動(dòng)尋優(yōu)燃燒智能控制方法，其特征在于基于總供熱量計(jì)算，通過設(shè)定燃燒拱頂溫度及廢氣溫度目標(biāo)值，空燃比模糊控制器在燃燒周期內(nèi)實(shí)時(shí)尋優(yōu)最佳空燃比系數(shù)，對助燃空氣流量及混合煤氣流量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；助燃空氣流量的控制由廢氣溫度調(diào)節(jié)器、供熱量調(diào)節(jié)器及助燃空氣調(diào)節(jié)器完成；混合煤氣流量的控制由拱頂溫度調(diào)節(jié)器和混合煤氣調(diào)節(jié)器完成；空燃比控制由空燃比模糊控制器完成；整個(gè)燃燒控制流程包括三個(gè)階段第一階段燃燒過程剛開始，總供熱量的計(jì)算值作為供熱量調(diào)節(jié)器(QX-102)的設(shè)定值，混合煤氣流量為一常數(shù)，助燃空氣流量根據(jù)空燃比系數(shù)確定；第二階段熱風(fēng)爐的廢氣溫度仍偏離設(shè)定值較遠(yuǎn)，總供熱量的設(shè)定值也保持不變；隨著拱頂溫度的不斷上升，混合煤氣流量需逐漸減少，但為了使廢氣溫度不斷升高，必須保持一定的供熱量；第三階段熱風(fēng)爐的廢氣溫度已上升至設(shè)定置，應(yīng)使供熱量的設(shè)定值逐漸減少，助燃空氣流量和混合煤氣流量均減少。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于按照以下步驟計(jì)算總供熱量1)計(jì)算單位體積的熱風(fēng)所需要的熱量q，由下式進(jìn)行計(jì)算q=cmtm_cctcKcal/Nm3(1)式中cm，c。分別為混風(fēng)溫度和冷風(fēng)溫度對應(yīng)的比熱；tm，t。分別為混風(fēng)溫度和冷風(fēng)溫度；2)計(jì)算送風(fēng)期間單位時(shí)間所消耗的熱量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中F。為冷風(fēng)流量；3)計(jì)算在整個(gè)送風(fēng)期間所消耗的熱量92:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>K為熱風(fēng)爐常數(shù)；n為熱風(fēng)爐工作制度效率；kn對于單爐循環(huán)送風(fēng)制度時(shí)為0.79;T0、T1分別為送風(fēng)起始時(shí)間及完成時(shí)間。4)計(jì)算在整個(gè)燃燒周期單位時(shí)間的供熱量Q:Q=Q2/TcKcal/min(4)式中L為燃燒周期的總時(shí)間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于空燃比模糊控制器的使用方法為1)燃燒第一階段最佳空燃比模糊控制器St印l:確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量模糊控制器的輸入是拱頂溫度當(dāng)前時(shí)間段和上一時(shí)間段上升速率的差值e和空燃比變化的方向a，模糊控制器的輸出是空燃比增量u;St印2:設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則設(shè)定溫度上升速率差值具體劃分為7個(gè)等級高速上升PB、中速上升PM、低速上升PS、零ZO、低速下降NS、中速下降NM、高速下降NB;空燃比變化方向分為兩個(gè)方向變大P、變小N;空燃比調(diào)節(jié)增量劃分為7級快速加大PB、中速加大PM、低速加大PS、不變Z0、低速減小NS、中速減小NM、高速減小NB;溫度上升速率差值e的模糊變量的詞集選擇為7個(gè){NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB}，其論域E為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6};空燃比變化方向a的模糊變量的詞集選擇為2個(gè){N，P}，其論域A為{-1，1};空燃比增量u的模糊變量的詞集選擇為{NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB}，其論域U為{-5，-4，-3，-2，-l，O，1，2，3，4，5};模糊控制規(guī)則，如表4-1所示表4-l<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>通過模糊控制器，將拱頂溫度當(dāng)前時(shí)間段和上一時(shí)間段上升速率的差值差值e和空燃比變化的方向a模糊化后根據(jù)(5)、(6)式求得E、A，通過查詢表4-2，得到控制輸出u，并將此值經(jīng)過清晰化接口，求得空燃比的增量AUk，將AUk加上當(dāng)前空燃比的實(shí)際值Uk《，即可得到空燃比優(yōu)化設(shè)定值Uk設(shè)定二Uw+AUk;2)燃燒第二和第三階段最佳空燃比模糊控制器St印l:確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量模糊控制器的輸入是模糊控制器的輸入是拱頂溫度的偏差e'和偏差變化率ec，模糊控制器的輸出是空燃比增量u;St印2:設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則e'和ec的模糊變量的詞集選擇為5個(gè){NB，NM，ZO，PM，PB}，分別表示負(fù)大、負(fù)中、零、正中、正大，其論域E'為{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5};u的模糊變量的詞集選擇為:{NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB}，分別表示負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大，其論域U為:<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>St印3:模糊控制器參數(shù)設(shè)定拱頂溫度偏差范圍[e'H]為[-5，5]，拱頂溫度偏差e'到其論域E'的映射式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>拱頂溫度變化率范圍[ecyecH]為[-5，5]，拱頂溫度偏差變化率ec到其論域EC的映射式為EC=5xe'-(ecL+ecH)/2(8)(ecH-ecL)/2St印4:模糊推理、解模糊并計(jì)算模糊控制查詢表如表4-4所示表4-4<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>通過模糊控制器，將拱頂拱頂溫度的偏差e'和偏差變化率ec模糊化后根據(jù)(7)、(8)式求得E'、EC，通過查詢表4-4，得到控制輸出u，并將此值經(jīng)過清晰化接口，求得空燃比的增量AUk，將AUk加上當(dāng)前空燃比的實(shí)際值Uk實(shí)，即可得到空燃比優(yōu)化設(shè)定值Uk設(shè)定二Uk實(shí)+AUk。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于助燃空氣流量的控制方法包括廢氣溫度調(diào)節(jié)器(TIC-102)的設(shè)定值，由操作者從上位機(jī)操作站輸入，調(diào)節(jié)器的輸出是一個(gè)0.01.0的實(shí)數(shù)值，當(dāng)廢氣溫度較低時(shí)，輸出為1，隨著溫度逐漸臨近或超過設(shè)定值，輸出值緩慢減?。豢偣崃恐蹬c廢氣溫度調(diào)節(jié)器(TIC-102)的輸出兩者相乘后，作為供熱量調(diào)節(jié)器(QX-102)的設(shè)定值；供熱量調(diào)節(jié)器(QX-102)的測量值是煤氣實(shí)時(shí)流量與煤氣實(shí)時(shí)熱值相乘的計(jì)算值，即混合煤氣的實(shí)時(shí)熱量；供熱量調(diào)節(jié)器(QX-102)輸出范圍根據(jù)供熱量計(jì)算值及空燃比系數(shù)變化調(diào)整，輸出值作為助燃空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC-102)的設(shè)定值，經(jīng)溫度、壓力補(bǔ)正計(jì)算后的助燃空氣實(shí)時(shí)流量值作為助燃空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC-102)的過程值，助燃空氣調(diào)節(jié)器(FIC-102)的輸出信號則控制助燃空氣調(diào)節(jié)閥的開度；助燃空氣流量的控制步驟包括1)當(dāng)熱風(fēng)爐處于第一階段燃燒初期時(shí)，廢氣溫度較低，廢氣溫度調(diào)節(jié)器(TIC-102)的輸出等于l，供熱量調(diào)節(jié)器(QX-102)的輸出即是總供熱量設(shè)定值，供熱量調(diào)節(jié)器(QX-102)的輸出值，作為助燃空氣調(diào)節(jié)器的(FIC-102)的設(shè)定值；在燃燒初期，F(xiàn)IC-102的設(shè)定值計(jì)算如下Fair-sp=KlXXQ/WgasNmVminKl:為燃燒前期空燃比值。K2:為空氣過剩系數(shù)，Q為總共熱量，W^為混合煤氣的熱值，若煤氣熱值改變，相應(yīng)的空氣、煤氣流量也隨之改變，以保證燒爐所需的合適的蓄熱量；2)在第二階段的燃燒管理期，拱頂溫度趨近設(shè)定值，廢氣溫度尚未達(dá)到要求，應(yīng)減少煤氣量，但仍需保持一定供熱量保證廢氣溫度上升，同時(shí)適當(dāng)增大空氣量；在此階段，煤氣流量減少，供熱量調(diào)節(jié)器(QX-102)的輸出增大，相應(yīng)助燃空氣流量增加；3)當(dāng)燃燒第三階段拱頂溫度和廢氣溫度均達(dá)到設(shè)定值時(shí)，廢氣溫度調(diào)節(jié)器(TIC-102)的輸出減為零，在沒有送風(fēng)命令的條件下，熱風(fēng)爐進(jìn)入保溫期，空氣流量和煤氣流量值均為零；一旦廢氣溫度降至設(shè)定值以下，廢氣溫度調(diào)節(jié)器(TIC-102)輸出大于零，熱風(fēng)爐自動(dòng)進(jìn)行小供熱量燃燒，以保持爐體溫度恒定。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于煤氣流量控制的方法包括拱頂溫度調(diào)節(jié)器(TIC-101)的設(shè)定值由操作者從上位機(jī)操作站輸入；當(dāng)拱頂溫度較低時(shí)，拱頂溫度調(diào)節(jié)器輸出為l.O，隨著溫度逐漸臨近或超過設(shè)定值，輸出值緩慢減小至O.O;混合煤氣流量調(diào)節(jié)器(FIC-101)的設(shè)定值由助燃空氣流量信號與調(diào)節(jié)器(TIC-101)輸出信號及空燃比系數(shù)計(jì)算得出；混合煤氣流量檢測值經(jīng)溫度、壓力補(bǔ)正作為混合煤氣流量調(diào)節(jié)器(FIC-101)的過程值；混合煤氣調(diào)節(jié)器(FIC-101)的輸出信號控制混合煤氣調(diào)節(jié)閥的開度；混合煤氣流量的控制步驟包括1)當(dāng)?shù)谝浑A段燃燒過程剛開始時(shí)，拱頂溫度較低，拱頂溫度調(diào)節(jié)器(TIC-101)輸出信號等于l，此時(shí)混合煤氣流量調(diào)節(jié)器(FIC-101)的設(shè)定值即為與助燃空氣流量信號的配比值，即按熱風(fēng)爐所需要的供熱量進(jìn)行燃燒；2)進(jìn)入第二階段后，隨著燃燒過程的進(jìn)行，拱頂溫度不斷地升高，已接近或達(dá)到設(shè)定值，拱頂溫度調(diào)節(jié)器(TIC-101)輸出信號逐漸減少，即按需要適當(dāng)?shù)販p少一些混合煤氣量；3)進(jìn)入第三階段后，煤氣流量同時(shí)隨助燃空氣配比量的減少而減少，并在廢氣溫度達(dá)到設(shè)定值后，隨空氣流量同時(shí)減為零，結(jié)束燃燒過程。全文摘要本發(fā)明提供了一種熱風(fēng)爐自動(dòng)尋優(yōu)燃燒智能控制方法，它基于總供熱量計(jì)算，通過設(shè)定燃燒拱頂溫度及廢氣溫度目標(biāo)值，空燃比模糊控制器在燃燒周期內(nèi)實(shí)時(shí)尋優(yōu)最佳空燃比系數(shù)，對助燃空氣流量及混合煤氣流量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；助燃空氣流量的控制由廢氣溫度調(diào)節(jié)器、供熱量調(diào)節(jié)器及助燃空氣調(diào)節(jié)器完成；混合煤氣流量的控制由拱頂溫度調(diào)節(jié)器和混合煤氣調(diào)節(jié)器完成；空燃比控制由空燃比模糊控制器完成。本發(fā)明能提高熱風(fēng)爐的燃燒控制水平，燃燒效率高，能源利用充分，蓄熱能力強(qiáng)。文檔編號F23N5/00GK101736111SQ20091027342公開日2010年6月16日申請日期2009年12月28日優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日發(fā)明者周磊,馬智慧申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司