CN101943420B

CN101943420B - 换向燃烧系统间歇延时控制工艺

Info

Publication number: CN101943420B
Application number: CN2010102505873A
Authority: CN
Inventors: 周日韦; 王浩; 郑晗; 洪云川; 严云福; 曹强
Original assignee: Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Current assignee: Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2030-08-11
Also published as: CN101943420A

Abstract

本发明公开一种换向燃烧系统间歇延时控制工艺，主要是为了解决传统换向燃烧系统的控制方式控制参数不稳定，且无法实现全自动化控制的难题而设计。本发明利用了原传统控制方式所需的设备，在没有增加任何新设备的基础上，通过逻辑控制实现了换向燃烧系统的通断控制以及大小火控制。本发明空煤气流量稳定，换向阀的换向次数少，且能够精确的控制燃烧炉内的空燃比，真正实现了换向燃烧系统的全自动化控制。

Description

换向燃烧系统间歇延时控制工艺

技术领域

本发明涉及一种换向燃烧系统自动化控制工艺。

背景技术

仪控全自动控制技术长期以来是换向燃烧系统所面临的技术瓶颈，这与换向燃烧系统控制方式的复杂性、换向阀换向时对控制对象产生强干扰以及参数相关量太多等因素有很大关系；因此，传统的双交叉限幅与PID相结合的控制方式已不能满足换向燃烧技术在控制功能上的使用要求。目前国内的换向燃烧系统的仪控系统仍然处于手动远程操作状态，尚且不能实现全自动化控制。该种控制方式对操作人员的水平及现场经验要求较高，极大的制约了换向燃烧系统操作水平的发展以及影响了炉况的稳定性。

发明内容

为了克服上述的难题，本发明提供一种能够有效解决传统控制方式的控制参数多、相关量多，不稳定以及自动控制难以实现等技术难题的换向燃烧系统间歇延时控制工艺。

为达到上述目的，本发明换向燃烧系统间歇延时控制工艺，包括以下步骤：

(1)设定炉内温度T，煤气流量，换向周期以及断火时间；

(2)启动控制装置，测定炉内温度，判断炉内温度是否等于设定炉内温度T；否，进行以下一步骤，是，结束；

(3)一个测量周期后，测定炉内温度T’；

(4)计算炉内温度T’与设定炉内温度T的温差与时间差的比值(T’-T)/Δs，并判断

当(T’-T)/Δs≥0，且|(T’-T)/Δs|有变大趋势时，控制装置输出控制指令加长断火时间；

当(T’-T)/Δs≥0，且|(T’-T)/Δs|有变小趋势时，控制装置输出控制指令保持断火时间；

当(T’-T)/Δs≤0，且|(T’-T)/Δs|有变大趋势时，判断此时炉内的热负荷是否为设定的所述煤气流量的100％；是，控制装置输出控制指令调节煤气流量，否，控制装置输出控制指令减短断火时间；

当(T’-T)/Δs≈0，且|(T’-T)/Δs|没有变大趋势时，控制装置输出控制指令保持断火时间。

进一步地，步骤(4)中还应包括，判断所述断火时间加长后是否大于所述换向周期；若大于，控制装置输出控制指令调节煤气流量，若小于或等于，控制装置输出控制指令加长断火时间。

本发明具有以下几点有益的效果：

1)本发明利用了原传统控制方式所需的设备，在没有增加任何新设备的基础上，实现了对换向燃烧系统的大小火控制及通断控制，利用本发明的间歇延时控制工艺大大减少了控制参数的数量、降低了参数控制的难度、提高了控制参数的稳定性，真正实现了全自动控制技术。

2)空煤气流量稳定，在正常生产情况下，变化的节奏很慢，空-烟及煤-烟阀门调节好，炉压及蓄热式烧嘴排烟温度平衡后，只要生产情况不发生巨大改变，基本不再动作，对自动化系统的稳定有极大的好处。

3)换向阀的动作明显减少，比如常规控制的换向燃烧系统若换向周期为60sec，那么每段换向阀每小时动作60次，而本发明换向阀每小时只动作30～50次，有利于延长换向阀的寿命。

4)解决了常规控制小流量时空煤气流量无法观测(受节流装置测量低限的限制)的问题，当空煤气流量无法观测时，空燃比无法控制，这时燃烧产物的气氛无法控制，这对于某些被加热的物料是一个无法容忍的缺陷。而采用本发明的控制工艺可以放大空煤气流量，但输出的却是较小的热负荷。

5)由于空燃比可以通过控制装置进行严格控制，燃烧产物的气氛能稳定在一定的水平上，采用本发明的控制工艺可使控制水平远远优于人工操作的水平，被加热物料的加热质量也会相当稳定，这对于提高加热质量打下了基础。

6)由于换向阀动作次数减少，换向时所浪费的燃气比常规控制能减少15％以上，当热负荷越低时，该节能效果越显著。

7)本发明真正实现自动化，降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。

8)本发明对于换向燃烧系统的数字化控制打下了基础，只有换向燃烧系统真正能实现自动控制才有可能进行换向燃烧系统的数字化控制。

附图说明

图1为本发明换向燃烧系统间歇延时控制工艺的控制原理图；

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。

如图1所示，在A状态下鼓风机2的空气经空气换向阀进入左侧通道，而后通过左侧通道蓄热室蓄热体。被蓄热体预热后的空气从左侧通道喷出并与燃料混和燃烧。燃烧产物对物料或炉体进行加热后进入右侧通道，在右侧蓄热室内进行热交换将大部分热传给蓄热体后，以较低的温度进入空气换向阀，经空烟引风机4排入大气。

经过半个换向周期以后控制系统发出指令，空气换向阀动作，空气换向或空气、煤气同时换向。将系统变为B状态。此时空气从右侧通道喷口喷出并与燃料混合燃烧，这时左侧喷口作为烟道。在空烟引风机4的作用下，使高温烟气通过蓄热体后低温排出，一个换热周期完成。

同时还有一套煤气预热装置，其工作原理同上，在A状态下煤气从煤气总管1进入左通道，而后通过左侧通道蓄热室蓄热体。被蓄热体预热后的空气从左侧烧嘴喷出并与空气混和燃烧。燃烧产物对物料或炉体进行加热后进入右侧通道，在右侧蓄热室内进行热交换将大部分热传给蓄热体后，以较低的温度进入煤气换向阀，经煤烟引风机5排入大气。

经过半个换向周期以后控制系统发出指令，煤气换向阀动作，煤气换向。将系统变为B状态。此时煤气从右侧烧嘴喷出并与空气混合燃烧，这时左侧烧嘴作为烟道。在煤气风机5的作用下，使高温烟气通过蓄热体后低温排出。

从换向燃烧系统的燃烧方式上来看，本发明采用的是两侧蓄热式烧嘴蓄热/燃烧的切换来实现换向燃烧，从动作过程来看，只存在一个通/断(ON/OFF)过程，例如：左侧燃烧，右侧蓄热排烟，60秒后，左侧切断，右侧切断，而后，左侧蓄热排烟，右侧燃烧，60秒后，左侧切断，右侧切断，而后，左侧燃烧，右侧蓄热排烟，通过如上不停的循环，达到蓄热燃烧的过程。从以上过程中可以发现，每次换向，均有左侧、右侧同时切断的过程。

如果把左、右两侧简化为一个燃烧单元，就可以发现这个单元有通(左侧燃烧/右侧蓄热)断(左侧/右侧切断)，而后通(左侧蓄热/右侧燃烧)断(左侧/右侧切断)，不断循环进行工作。所以本发明换向燃烧系统在不改变原有设备的基础上可实现完全通断(ON/OFF)控制。

从换向燃烧系统的大小火控制上来看，本发明的换向燃烧系统均为段温控制，如图1中的燃烧控制段3，每段上均有空气流量调节阀，煤气流量调节阀及节流装置，通过调节空煤气流量调节蝶阀，并通过节流装置监控该段的空煤气流量，就可以实现一段大小火的控制。

本发明间隙延时控制工艺的具体实现：

(1)大小火控制实际上就是改变每段的煤气及空气流量。

本发明是先设定好一段的煤气流量，根据该段空燃比的设定，空气流量由控制装置自动算出，而后由控制装置根据该段节流装置的显示流量自动跟踪设定流量，并随其进行自动控制。

(2)通断控制的实现

当空煤气流量处于自动跟踪状态后，该段处于连续供热时所能输出的最大热负荷即已确定，此时就需要根据炉温来确定断火时间的长短。断火时间也可通过控制装置对其进行控制，控制精度甚至可以达到毫秒级。

本发明具体的逻辑判断过程如下：

1)当炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

有变大趋势时，说明炉温在上升，供热负荷偏大，应将供热负荷减少，对应控制输出是断火时间加长；

2)当炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且有变大趋势时，说明炉温在下降，供热负荷偏小，应将供热负荷增大，对应控制输出是断火时间减短；

3)当炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

没有变大趋势时，说明炉温在控制的范围之内比较恒定，供热负荷适当，对应控制输出是断火时间不变。

下面结合本发明的一具体实施例对本发明所述换热燃烧系统间歇延时控制工艺做进一步说明。

一座加热炉采用高炉煤气换向燃烧系统进行供热，其中均热段煤气流量设计上限为10000m³/h，煤气节流装置测量下限为3000m³/h(低于此流量节流装置测量的结果没有任何精确度)，空燃比设定为0.75。具体的控制过程如表1所示。

表1换向燃烧系统控制过程中数据列表

从表1可以看出：

情况1：

要求设定温度为1100℃，而此时炉温为1050℃，该段煤气流量设定为5000m³/h，换向周期为60sec，断火时间为0sec，则输出热负荷为该流量的100％。此时投入脉冲自动控制，计算机进行自动运算。

一个测量周期后，炉温变为1040℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

有变大趋势时，说明炉温在下降，供热负荷偏小，应将供热负荷增大。

控制装置输出控制指令：此时输出热负荷已为该煤气流量的100％，说明煤气流量偏小，调整煤气流量为7500m³/h，断火时间为0sec，此时炉压及排烟温度均发生变化，空烟及煤烟阀门根据排烟温度及炉压情况进行调整，经过一段时间稳定下来。

情况2：

要求设定温度为1100℃，而此时炉温为1040℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为0sec，则输出热负荷为该流量的100％。

一个测量周期后，炉温变为1070℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

有变小趋势时，说明炉温在上升，供热负荷适当。

控制装置输出控制指令：输出热负荷适当，燃烧系统不做调整。

情况3：

要求设定温度为1100℃，而此时炉温为1070℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为0sec，则输出热负荷为该流量的100％。

一个测量周期后，炉温变为1120℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

有变大趋势时，说明炉温在上升，供热负荷偏大。

控制装置输出控制指令：输出热负荷偏大，断火时间由0sec改为5sec，此时输出热负荷为7500m³/h的60/(60+5)＝92.3％。

情况4：

要求设定温度为1100℃，而此时炉温为1120℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为5sec，则输出热负荷为该流量的92.3％。

一个测量周期后，炉温变为1140℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且有变大趋势时，说明炉温在上升，供热负荷偏大。

控制装置输出控制指令：输出热负荷偏大，断火时间由5sec改为10sec，此时输出热负荷为7500m³/h的60/(60+10)＝85.7％。

情况5：

要求设定温度为1100℃，而此时炉温为1140℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为10sec，则输出热负荷为该流量的85.7％。

一个测量周期后，炉温变为1110℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

有变小趋势时，说明炉温在下降，供热负荷适当。

控制装置输出控制指令：输出热负荷不变，断火时间仍为10sec，此时输出热负荷为7500m³/h的60/(60+10)＝85.7％。

情况6：

要求设定温度为1100℃，而此时炉温为1110℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为10sec，则输出热负荷为该流量的85.7％。

一个测量周期后，炉温变为1085℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

有变大趋势时，说明炉温在下降，供热负荷偏小。

控制装置输出控制指令：输出热负荷增大，断火时间由10sec改为8sec，此时输出热负荷为7500m³/h的60/(60+8)＝88.2％。

情况7：

要求设定温度为1100℃，而此时炉温为1085℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为8sec，则输出热负荷为该流量的88.2％。

一个测量周期后，炉温变为1095℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

没有变大趋势时，说明炉温在控制范围内变化较小，供热负荷适当。

控制装置输出控制指令：输出热负荷不变，断火时间仍为8sec，此时输出热负荷为7500m³/h的60/(60+8)＝88.2％。

情况8：

此时轧机发信号待轧2小时，要求炉温降到1000℃保温，而此时炉温为1095℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为8sec，则输出热负荷为该流量的88.2％。

一个测量周期后，炉温变为1098℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

有变大趋势时，说明炉温在上升，供热负荷偏大。

控制装置输出控制指令：输出热负荷变小，断火时间由8sec改为15sec，此时输出热负荷为7500m³/h的60/(60+15)＝80.0％。

情况9：

待轧2小时，炉温设定为1000℃，而此时炉温为1098℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为15sec，则输出热负荷为该流量的80.0％。

一个测量周期后，炉温变为1095℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

基本没变，说明炉温基本没变，供热负荷偏大。

控制装置输出控制指令：输出热负荷变小，断火时间由15sec改为30sec，此时输出热负荷为7500m³/h的60/(60+30)＝66.6％。

情况10：

待轧2小时，炉温设定为1000℃，而此时炉温为1095℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为30sec，则输出热负荷为该流量的80.0％。

一个测量周期后，炉温变为1080℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差且

有变小趋势，说明炉温在下降，供热负荷适当。

控制装置输出控制指令：输出热负荷不变，断火时间仍为30sec，此时输出热负荷为7500m³/h的60/(60+30)＝66.6％。

情况11：

待轧2小时，炉温设定为1000℃，而此时炉温为1080℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为30sec，则输出热负荷为该流量的66.6％。

若干个测量周期后，炉温变为1050℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

基本不变，说明炉温仍偏高，供热负荷偏大。

控制装置输出控制指令：输出热负荷变小，断火时间由30sec改为60sec，此时输出热负荷为7500m³/h的60/(60+60)＝50.0％。

情况12：

待轧2小时，炉温设定为1000℃，而此时炉温为1050℃，该段煤气流量设定为7500m³/h，换向周期为60sec，断火时间为60sec，则输出热负荷为该流量的50.0％。

若干个测量周期后，炉温变为1020℃。

炉温与设定的温度之间的温差与时间差

且

基本不变，说明炉温仍偏高，供热负荷偏大。

控制装置输出控制指令：输出热负荷变小，若再延长断火时间则将超过60sec，对于加热炉稳定操作不利，此时改变煤气流量为5000m³/h，断火时间仍为60sec，此时输出热负荷为5000m³/h的60/(60+60)＝50.0％，因煤气流量改变，空气流量跟着自动改变，此时炉压及烧嘴排烟温度也随之变化，空烟阀门及煤烟阀门根据排烟温度及炉压的变化进行调整，经过一段时间稳定下来。整个过程如表1所示。

从上述的控制过程可以看出：

1)空、煤气流量改变及空、煤烟气阀门进行调节只在情况1及情况12中出现，从情况2至情况11，空、煤气流量及空、煤烟气阀门是不变的，也就是说加热炉只要供热负荷不出现巨大变化，空、煤气流量及空、煤烟气阀门基本是不变的，这就为换向燃烧系统自动化控制的稳定提供了条件。

2)在情况12中，输出热负荷为5000m³/h的60/(60+60)＝50.0％，相当于常规控制中2500m³/h的供热负荷，而在此流量时，煤气节流装置已处于盲区，此时的操作纯粹只能靠操作人员的经验进行操作了，空燃比无法控制，炉内气氛已经失控，而此时炉温仍在1000℃以上，物料的氧化脱碳等化学反应还在激烈进行，如果是品种钢对氧化脱碳有严格要求，则该炉钢的品质将下降，甚至加热出来的产品是废品。而采用本发明所述换向燃烧系统间歇延时控制工艺则不存在失控的问题，空煤气流量仍处于可监控的范围内，其炉内燃烧后的物料气氛也是可控的。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims

1.一种换向燃烧系统间歇延时控制工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设定炉内温度T，煤气流量，换向周期以及断火时间；

(3)一个测量周期后，测定炉内温度T’；

当(T’-T)/Δs≥0，且|(T’-T)/Δs|较前一测量周期炉内温度与设定炉内温度的温差与时间差的比值的绝对值有变大趋势时，控制装置输出控制指令加长断火时间；

当(T’-T)/Δs≥0，且|(T’-T)/Δs|较前一测量周期炉内温度与设定炉内温度的温差与时间差的比值的绝对值有变小趋势时，控制装置输出控制指令保持断火时间；

当(T’-T)/Δs≤0，且|(T’-T)/Δs|较前一测量周期炉内温度与设定炉内温度的温差与时间差的比值的绝对值有变大趋势时，判断此时炉内的热负荷是否为设定的所述煤气流量的100％；是，控制装置输出控制指令调节煤气流量，否，控制装置输出控制指令减短断火时间；

当(T’-T)/Δs≈0，且|(T’-T)/Δs|较前一测量周期炉内温度与设定炉内温度的温差与时间差的比值的绝对值没有变大趋势时，控制装置输出控制指令保持断火时间。

2.根据权利要求1所述换向燃烧系统间歇延时控制工艺，其特征在于，步骤(4)中还应包括，判断所述断火时间加长后是否大于所述换向周期；若大于，控制装置输出控制指令调节煤气流量，若小于或等于，控制装置输出控制指令加长断火时间。