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(shí)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(chǎng)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(dǎo)致爐內(nèi)氣流不穩(wěn)定、爐壓波動(dòng)較大。爐壓的主要擾動(dòng)因素有:I)步進(jìn)梁的周期移動(dòng)嚴(yán)重影響爐內(nèi)氣氛；2)板坯加熱爐的爐門設(shè)計(jì)比棒線材等加熱爐要大的多，頻繁的開閉對(duì)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(duì)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(duì)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(rèn)為比較棘手、難以解決的一個(gè)問題，現(xiàn)有的控制方案較少，還沒有很好的應(yīng)對(duì)措施，在當(dāng)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(shí)間的占空比(通斷比)實(shí)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(jì)能力的不同，它們對(duì)爐膛氣流的沖擊大小不一，時(shí)長不一，區(qū)域不一，用傳統(tǒng)PID控制方法，爐壓波動(dòng)劇烈，控制失效。針對(duì)上述常規(guī)控制方法中的缺陷及脈沖燃燒的特性，如何簡(jiǎn)單有效的穩(wěn)定爐壓成為亟待解決的一個(gè)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(duì)爐壓設(shè)定值和壓力變送器回饋的爐膛實(shí)際壓力進(jìn)行采樣，并按照增量型PID算法計(jì)算出偏差值，由偏差值的正、負(fù)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(dòng)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(shí)時(shí)性較強(qiáng)，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(shí)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(jìn)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(cè)信號(hào)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(duì)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(shí)抑制脈沖燃燒的不連續(xù)性帶來的影響，但它同時(shí)具有如下不可克服的缺點(diǎn):I)模糊查詢表的建立比較困難；2)自學(xué)習(xí)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(diǎn)一般都在均熱段，為了減小脈沖控制對(duì)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(diǎn)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(shì)；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(jiǎn)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(shí)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(cè)試脈沖爐爐壓的測(cè)試機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)脈沖爐爐壓的控制機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)包括可調(diào)節(jié)的閘板閥位；計(jì)算前饋量，包括計(jì)算空、煤燃燒產(chǎn)生的第一煙氣量、稀釋風(fēng)機(jī)抽取的稀釋風(fēng)折合的第二煙氣量和暖保風(fēng)機(jī)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(duì)閘板閥位的閥門特性曲線進(jìn)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(shí)將閘板閥位關(guān)閉預(yù)定的角度，在爐門關(guān)閉時(shí)將閘板閥位打開預(yù)定的角度；監(jiān)控?zé)鞝顟B(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(dòng)作。在一個(gè)實(shí)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(duì)爐壓的影響大于小燒嘴對(duì)爐壓的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)控?zé)鞝顟B(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(dòng)作錯(cuò)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(biāo)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(shí)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(gè)應(yīng)用實(shí)例的爐壓控制的邏輯框圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)對(duì)脈沖爐的工作過程的實(shí)際調(diào)研、分析、試驗(yàn)，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)采取PID+前饋量控制+臨時(shí)補(bǔ)償?shù)臓t壓控制策略能夠比較有效的實(shí)現(xiàn)爐壓的穩(wěn)定控制。該組合控制策略的優(yōu)點(diǎn)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(shí)補(bǔ)償使閥門提前動(dòng)作減小擾動(dòng)因素對(duì)爐壓的影響。控制脈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(dòng)因素主要有:燒嘴對(duì)數(shù)、燃燒能力、閘板閥位特性、取壓點(diǎn)的位置、爐門的開閉、風(fēng)機(jī)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(shí)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(cè)試脈沖爐爐壓的測(cè)試機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)脈沖爐爐壓的控制機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)包括可調(diào)節(jié)的閘板閥位。在一個(gè)實(shí)施例中，將測(cè)試機(jī)構(gòu)設(shè)置在在脈沖爐的出料端，而將控制機(jī)構(gòu)設(shè)置在脈沖爐的裝料側(cè)。102.計(jì)算前饋量，包括計(jì)算空、煤燃燒產(chǎn)生的第一煙氣量、稀釋風(fēng)機(jī)抽取的稀釋風(fēng)折合的第二煙氣量和暖保風(fēng)機(jī)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(duì)閘板閥位的閥門特性曲線進(jìn)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(shí)將閘板閥位關(guān)閉預(yù)定的角度，在爐門關(guān)閉時(shí)將閘板閥位打開預(yù)定的角度。105.監(jiān)控?zé)鞝顟B(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(dòng)作。在一個(gè)實(shí)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(duì)爐壓的影響大于小燒嘴對(duì)爐壓的影響。步驟105中，監(jiān)控?zé)鞝顟B(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(dòng)作錯(cuò)開。如上面所述影響爐壓的因素主要有:燒嘴對(duì)數(shù)、燒嘴能力、閥門特性、取壓點(diǎn)的位置、爐門的開閉、風(fēng)機(jī)的啟停、燃燒順序的設(shè)定等。針對(duì)上述影響因素，在一個(gè)應(yīng)用實(shí)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(chǎng)反饋的實(shí)際測(cè)量值(濾波后)，按照增量型PID算法計(jì)算出偏差值，由偏差值的正、負(fù)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(dòng)量的大小。前饋量的完整計(jì)算202，前饋量的完整計(jì)算202根據(jù)空、煤燃燒計(jì)算產(chǎn)生的煙氣量、稀釋風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的煙氣量和暖保風(fēng)機(jī)從其它加熱爐抽取的煙氣量，完整統(tǒng)計(jì)、精確計(jì)算后作為煙道閘板閥位調(diào)節(jié)的前饋量。臨時(shí)補(bǔ)償203，臨時(shí)補(bǔ)償203包括對(duì)爐門的開閉對(duì)應(yīng)的補(bǔ)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(fù)壓，煙道閘板應(yīng)預(yù)關(guān)一定的開度來抑制負(fù)壓。裝出料結(jié)束后爐門關(guān)閉，泄壓通道被切斷瞬時(shí)產(chǎn)生反向氣流，造成爐壓暫時(shí)急劇升高，此時(shí)應(yīng)加一個(gè)臨時(shí)補(bǔ)償使煙道閘板預(yù)開一定開度，反向氣流擾動(dòng)消失后去掉臨時(shí)補(bǔ)償值，時(shí)刻保證爐內(nèi)“收支平衡”。臨時(shí)補(bǔ)償202還包括特定燒嘴對(duì)應(yīng)的補(bǔ)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(dá)2倍以上。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)大燒嘴的啟閉對(duì)爐壓的影響較大，閥門的開閉瞬間需附加臨時(shí)補(bǔ)償值以抵消對(duì)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(chǎng)實(shí)際對(duì)閥門曲線進(jìn)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(shí)例中，還考慮了如下的因素:超前控制的思想:測(cè)壓點(diǎn)的安裝位置靠近出料端而執(zhí)行機(jī)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(dòng)作才能有效的抑制爐壓波動(dòng)。由于燃燒順序遵循空氣先行的原則，在前饋量的計(jì)算過程中，用空氣閥門的開命令比開反饋信號(hào)控制更及時(shí)。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(duì)爐壓的影響很大，在設(shè)定燒嘴掃描順序時(shí)應(yīng)盡量保證它們錯(cuò)開動(dòng)作，避免對(duì)爐壓的連續(xù)影響。最大燒嘴對(duì)數(shù)的限制:根據(jù)空氣總管、燃料總管的額定能力適當(dāng)限制允許參與燃燒的最大燒嘴對(duì)數(shù)，減小燒嘴對(duì)數(shù)的變化率，從而減小對(duì)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(gè)實(shí)例。根據(jù)該實(shí)例，控制的基本原理在于通過預(yù)測(cè)爐內(nèi)煙氣量的變化趨勢(shì)，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(duì)爐壓的影響。具體實(shí)現(xiàn)途徑如下:計(jì)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(xué)燃燒平衡方程式和熱工理論可以根據(jù)進(jìn)入爐內(nèi)的空氣量計(jì)算理論產(chǎn)生的氧氣量，本項(xiàng)目中通過計(jì)算，單位體積空氣大致對(duì)應(yīng)1.37體積的煙氣量，用X3表示并納入前饋量的計(jì)算。計(jì)算稀釋風(fēng)機(jī)抽取的空氣量:為了保護(hù)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(fēng)機(jī)。根據(jù)稀釋風(fēng)機(jī)出口調(diào)節(jié)閥的開度和風(fēng)機(jī)的額定能力，得出調(diào)節(jié)閥開度和進(jìn)入煙道的稀釋風(fēng)流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用Xl表示并納入前饋量的計(jì)算。計(jì)算暖保風(fēng)機(jī)抽取的爐煙氣量:為了保護(hù)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(fēng)機(jī)，抽取的爐煙氣保護(hù)風(fēng)機(jī)。由于該風(fēng)機(jī)為變頻風(fēng)機(jī)，根據(jù)暖保風(fēng)機(jī)的工作頻率和額定能力，實(shí)驗(yàn)得出工作頻率和進(jìn)入煙道的暖保風(fēng)流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用X2表示并納入前饋量的計(jì)算。大燒嘴開閉的臨時(shí)補(bǔ)償:現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)大燒嘴的啟閉對(duì)爐壓的影響較大，大燒嘴開閉命令發(fā)出的瞬間，在當(dāng)前煙道閘板開度基礎(chǔ)上附加一個(gè)臨時(shí)補(bǔ)償量，用來消除該擾動(dòng)，臨時(shí)補(bǔ)償量用AKl表
/Jn ο爐門開閉的臨時(shí)補(bǔ)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(fù)壓，煙道閘板應(yīng)預(yù)關(guān)一定的開度來抑制負(fù)壓，該臨時(shí)補(bǔ)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(shí)產(chǎn)生反向氣流，造成爐壓暫時(shí)急劇升高，此時(shí)應(yīng)加一個(gè)臨時(shí)補(bǔ)償使煙道閘板預(yù)開一定開度，反向氣流擾動(dòng)消失后去掉臨時(shí)補(bǔ)償值，時(shí)刻保證爐內(nèi)“收支平衡”，該臨時(shí)補(bǔ)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(shí)(> 65% )成非線性，所以需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)閥門曲線進(jìn)行修正。其它相關(guān)因素:在設(shè)置燃燒順序時(shí)應(yīng)盡量避免4對(duì)大燒嘴被連續(xù)掃描，避免對(duì)爐壓的連續(xù)影響；設(shè)置燒嘴最大投入上限16對(duì)等等。其中前饋量主要由三小部分組成: 稀釋風(fēng)(Xl) +暖保風(fēng)(X2) +理論燃燒(X3)；臨時(shí)補(bǔ)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(biāo)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(cè)試脈沖爐爐壓的測(cè)試機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)脈沖爐爐壓的控制機(jī)構(gòu)，所述控制機(jī)構(gòu)包括可調(diào)節(jié)的閘板閥位； 計(jì)算前饋量，包括計(jì)算空、煤燃燒產(chǎn)生的第一煙氣量、稀釋風(fēng)機(jī)抽取的稀釋風(fēng)折合的第二煙氣量和暖保風(fēng)機(jī)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(duì)閘板閥位的閥門特性曲線進(jìn)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(shí)將閘板閥位關(guān)閉預(yù)定的角度，在爐門關(guān)閉時(shí)將閘板閥位打開預(yù)定的角度； 監(jiān)控?zé)鞝顟B(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(dòng)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(duì)爐壓的影響大于小燒嘴對(duì)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?zé)鞝顟B(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?zé)鞝顟B(tài)包括使最大的燒嘴的啟閉動(dòng)作錯(cuò)開。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)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(cè)試脈沖爐爐壓的測(cè)試機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)脈沖爐爐壓的控制機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)包括可調(diào)節(jié)的閘板閥位；計(jì)算前饋量，包括計(jì)算空、煤燃燒產(chǎn)生的第一煙氣量、稀釋風(fēng)機(jī)抽取的稀釋風(fēng)折合的第二煙氣量和暖保風(fēng)機(jī)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(duì)閘板閥位的閥門特性曲線進(jìn)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(shí)將閘板閥位關(guān)閉預(yù)定的角度，在爐門關(guān)閉時(shí)將閘板閥位打開預(yù)定的角度；監(jiān)控?zé)鞝顟B(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(dòng)作。
文檔編號(hào)F27D19/00GK103090683SQ20111034194
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海寶信軟件股份有限公司