CN104178623A - 一种热处理炉的炉膛压力控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热处理炉的炉膛压力控制系统和方法，在热处理炉炉膛设置一套压力检测机构和两套排烟抽力调节系统，两套排烟抽力调节系统分别为烧嘴引射排烟系统和炉顶辅助旁通排烟系统。两套系统分别通过模糊控制和带补偿的PID控制相结合的复合控制方法进行控制。本发明可以实现炉膛压力稳定，有效提高炉内加热均匀性和烧嘴燃烧可靠性，避免了炉内热气损耗过多，炉壁温升过高等问题，为高精度炉温控制奠定了基础。

Description

一种热处理炉的炉膛压力控制系统和方法

技术领域

本发明涉及工业炉技术领域，特别是涉及一种热处理炉的炉膛压力控制系统和方法。

背景技术

炉膛压力控制是明火热处理炉热工控制中的重要问题。炉膛压力控制不当不仅影响对热处理炉安全，而且也会造成工业炉燃料浪费。采用脉冲燃烧方式的明火热处理炉炉膛压力受炉膛温度、排烟风机抽力、燃气燃烧充分性等多种因素影响，它与排烟温度和助燃空气流量等控制存在耦合关系，并且具有大滞后性，控制及其困难。与传统加热炉相比，由于脉冲燃烧的特性，脉冲燃烧式加热炉的燃烧时序对炉膛压力也有重要影响。在一个时序循环周期内，烧嘴燃烧的不连续会引起气流流动的不稳定，进而炉膛压力波动。此外，炉门的频繁开闭对炉膛压力影响也很大。

脉冲燃烧式明火热处理炉炉膛压力控制一直以来被认为是一个难以解决的问题，大多数热处理炉采用的是基于常规连续燃烧控制的加热炉炉膛压力控制方法，如单PID控制回路、反馈闭环调节等。但现有的控制方案效果不佳。

现有专利技术中，专利CN201010519941.8公开了一种连续退火炉炉压控制方法，通过煤气流量检测器和空气流量检测器检测各区的煤气流量和空气流量，相加得到煤气输入总量和空气输入总量，计算燃烧前炉内气体压力；通过成分检测器检测煤气成分以及煤气与空气的配比；通过热电偶检测燃烧前炉内气体温度；根据燃烧化学方程式、煤气输入总量、空气输入总量、煤气成分以及煤气与空气的配比预测燃烧后的气体成分和气体总量；通过热电偶检测燃烧后炉内气体温度；根据燃烧前炉内气体压力、燃烧前炉内气体温度和燃烧后炉内气体温度计算燃烧后炉内气体压力；根据燃烧前后炉内气体压力，基于气体的增量通过算法计算出废气风机开度，并使用该废弃风机开度控制废弃风机。该方法利用燃烧化学方程式等方法计算较为复杂,涉及热电偶检测仪表，延迟性大，方法实现困难。

专利CN103090683A公开了一种脉冲炉炉压控制方法，在炉内设置炉压调节控制机构，根据计算空、煤燃烧产生的第一烟气量、稀释风机抽取的稀释风折合的第二烟气量和暖保风机抽取的第三烟气量，将第一烟气量、第二烟气量和第三烟气量总和作为闸板阀调节的前馈量。结合炉门开关时的预定控制和参与燃烧的烧嘴数量控制来稳定炉压。该方法采用烟气理论计算作为前馈补偿，计算较为复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种热处理炉的炉膛压力控制装置和方法。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种热处理炉的炉膛压力控制系统，其特征在于，所述控制装置包括旁路排烟装置、引射排烟装置和自动控制装置；所述旁路排烟装置包括多个设置在炉膛长度方向上旁通烟道，所述旁通烟道上均设有旁路调节阀，对应每个烟道的位置设置有炉压检测传感器；所述引射排烟装置包括与每个烧嘴连接的主烟道，以及设置在该主烟道上的温度传感器、压力传感器、调节阀和排烟机；所述自动控制装置包括模式选择装置、旁路排烟控制装置和引射排烟控制装置，所述模式选择装置用于根据炉膛压力选择启动引射排烟控制装置或旁路排烟控制装置，所述引射排烟控制装置和旁路排烟控制装置用于控制所述主烟道和旁通烟道上调节阀的开启或关闭。

根据上述的炉膛压力控制系统，其特征在于，所述引射排烟控制装置包括炉压比较器和模糊控制器，所述炉压比较器用于比较炉压设定值和炉压检测值，所述模糊控制器用于根据比较结果控制所述主烟道上的调节阀。

根据上述的炉膛压力控制系统，其特征在于，所述旁路排烟控制装置包括炉压比较器、PID控制器和补偿控制器，所述炉压比较器用于比较炉压设定值和炉压检测值，所述PID控制器用于根据比较结果控制所述旁通烟道上的调节阀，所述补偿控制器用于根据炉压设定值与实际压力差                                                、燃烧的烧嘴个数和脉宽时间计算出一个补偿值，与PID的输出相加共同控制烟道旁通阀。

一种热处理炉的炉膛压力控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

（1）根据炉压检测值选择引射排烟或辅助旁路排烟；

（2）如果选择引射排烟，则采用模糊控制器控制与每个烧嘴连接的主烟道上的调节阀控制炉膛压力；

（3）如果选择辅助旁路排烟，则采用带补偿的PID控制器控制设置在炉膛长度方向上的旁通烟道上的调节阀控制炉膛压力。

根据上述的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，如果炉压检测值大于10Pa或小于-10Pa时，采用引射排烟控制炉膛压力在±10P以内；如果炉压检测值大于等于-10Pa且小于等于10Pa时，采用辅助旁路排烟控制炉膛压力在±5Pa以内。

根据上述的方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，通过补偿控制器，根据当前炉内设定压力与实际压力差、燃烧的烧嘴个数和脉宽时间计算出一个补偿值，调节压差5Pa以上的响应速度和精度。

本发明的有益效果：本发明的控制系统和方法可以实现炉膛压力稳定在-5Pa~5Pa范围内，有效提高炉内加热均匀性和烧嘴燃烧可靠性，避免了炉内热气损耗过多，炉壁温升过高等问题，为高精度炉温控制奠定了基础。

附图说明

图1本发明的炉顶辅助旁通排烟系统示意图；

图2是本发明的烧嘴引射排烟系统示意图；

图3是本发明的复合控制原理图；

图4是本发明的引射排烟控制原理图；

图5本发明的辅助旁通排烟控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本方面的实施例进行详细说明。

在热处理炉炉膛设置一套压力检测装置和两套排烟抽力调节装置。在本实施例中压力检测装置包括沿炉长方向设置的3个炉压检测传感器1，在该均匀设置在炉膛长度方向的检测点上将炉内热空气引出测量炉压。排烟调节装置分为两套：一套是炉顶辅助旁通排烟装置，在炉子入口、炉子出口、和炉子中部设有三处带有调节阀2的旁通烟道5，每个旁通烟道上均设置有风机3，烟道顶部分别设有烟囱4，如附图1所示。另一套是烧嘴引射排烟装置，沿炉长布置的每一个烧嘴6都与主烟道7连接，烧嘴6完全燃烧后的产物，通过压力引射进入主烟道7，主烟道上设有温度传感器8、压力传感器9、调节阀10、排烟风机11和烟囱12，如附图2所示。自动控制装置根据炉压检测传感器1测得的炉膛压力值选择不同的排烟装置控制炉膛压力，具体而言，炉顶辅助旁通排烟装置在炉压偏差较小时进行调节，烧嘴引射排烟装置在炉压偏差较大时起作用。 

参见图3，通过比较炉压设定值与炉压检测值，模式选择模块根据比较结果选择引射排烟控制或辅助旁通排烟控制，通过控制被控对象（即旁通烟道上的调节阀或主烟道上的调节阀）实现对热处理炉的压力控制。

两套机构通过模糊控制和带补偿PID控制相结合的复合控制方法进行控制，具体如下：

如图4所示，在炉膛压力绝对值大于10Pa时（即大于10Pa或小于-10Pa），检测到的炉压与排烟风机前的抽力调节阀形成闭环，采用模糊控制器直接控制风机调节阀，进而影响烧嘴引射排烟力，从而实现炉膛压力的大范围调整，。

炉膛压力在±10Pa以内波动时，通过调整炉顶辅助排烟通道电动调节阀开度实现炉压微控制，目标使炉压控制在±5Pa以内。在此范围内的炉压调节靠自整定PID控制器。为了调节压差5Pa以上（即大于5Pa且小于等于10Pa，或大于等于-10Pa且小于-5Pa）的响应速度和精度，设计补偿控制器，根据当前炉内设定压力与实际压力差、燃烧的烧嘴个数和脉宽时间计算出一个补偿值，如图5所示。脉冲燃烧过程中，开关炉门过程、烧嘴燃烧时间（即脉宽时间）和燃烧数量等对炉压波动有较大影响，补偿控制可以针对这些因素进行补偿。

在炉门没有动作的情况下,炉内压力受烧嘴脉冲燃烧数量和燃烧时间（即脉宽时间）影响。假设热处理炉共N个烧嘴，N个烧嘴全开、燃烧时间为脉冲周期T时的补偿开度为，则个烧嘴燃烧、燃烧时间时的补偿量为。

炉门开关过程中炉压平衡会被打破，炉门成为主要的泄压通道，炉内的微正压会变为微负压。为弥补炉门开造成的炉压波动，要减小旁通阀开度，此时的补偿值为 。炉门关闭时，泄压通道瞬间切断，会产生炉内压力突然升高的现象，应增大烟道旁通阀，减小炉压震荡，此时补偿值为。

引射排烟控制与辅助旁通排烟控制复合的控制策略，继承了烧嘴引射排烟控制的快速调整性和辅助旁通排烟控制良好稳态性的优点，提高了炉压自动控制水平。

Claims (6)

1.一种热处理炉的炉膛压力控制系统，其特征在于，所述控制装置包括旁路排烟装置、引射排烟装置和自动控制装置；所述旁路排烟装置包括多个设置在炉膛长度方向上旁通烟道，所述旁通烟道上均设有旁路调节阀，对应每个烟道的位置设置有炉压检测传感器；所述引射排烟装置包括与每个烧嘴连接的主烟道，以及设置在该主烟道上的温度传感器、压力传感器、调节阀和排烟机；所述自动控制装置包括模式选择装置、旁路排烟控制装置和引射排烟控制装置，所述模式选择装置用于根据炉膛压力选择启动引射排烟控制装置或旁路排烟控制装置，所述引射排烟控制装置和旁路排烟控制装置用于控制所述主烟道和旁通烟道上调节阀的开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的炉膛压力控制系统，其特征在于，所述引射排烟控制装置包括炉压比较器和模糊控制器，所述炉压比较器用于比较炉压设定值和炉压检测值，所述模糊控制器用于根据比较结果控制所述主烟道上的调节阀。

3.根据权利要求1所述的炉膛压力控制系统，其特征在于，所述旁路排烟控制装置包括炉压比较器、PID控制器和补偿控制器，所述炉压比较器用于比较炉压设定值和炉压检测值，所述PID控制器用于根据比较结果控制所述旁通烟道上的调节阀，所述补偿控制器用于根据炉压设定值与实际压力差                                                、燃烧的烧嘴个数和脉宽时间计算出一个补偿值，与PID的输出相加共同控制烟道旁通阀。

4.一种热处理炉的炉膛压力控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

（1）根据炉压检测值选择引射排烟或辅助旁路排烟；

（2）如果选择引射排烟，则采用模糊控制器控制与每个烧嘴连接的主烟道上的调节阀控制炉膛压力；

（3）如果选择辅助旁路排烟，则采用带补偿的PID控制器控制设置在炉膛长度方向上的旁通烟道上的调节阀控制炉膛压力。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，如果炉压检测值大于10Pa或小于-10Pa时，采用引射排烟控制炉膛压力在±10P以内；如果炉压检测值大于等于-10Pa且小于等于10Pa时，采用辅助旁路排烟控制炉膛压力在±5Pa以内。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，通过补偿控制器，根据当前炉内设定压力与实际压力差、燃烧的烧嘴个数和脉宽时间计算出一个补偿值，调节压差5Pa以上的响应速度和精度。