CN105648130B - 一种热风炉烧炉自动点火控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种热风炉烧炉自动点火控制系统及方法，系统至少包括空气斜坡给定器、空气流量信号选择器、空气流量调节器、煤气斜坡给定器、煤气流量信号选择器和煤气流量调节器。方法是收到燃烧信号后，空气斜坡给定器输出到空气流量调节器的空气流量给定值逐渐增大，控制助燃空气调节阀逐渐增加空气流量；煤气斜坡给定器输入端口上的煤气流量设定值跟踪空气流量实测值逐渐增加，输出到煤气流量调节器控制煤气调节阀增加煤气量，实现点火；直到空气和煤气流量实测值分别等于空气和煤气斜坡给定器的设定值时完成点火任务；最后通过空气、煤气流量调节器进入正常烧炉过程。本发明有效实现流量平稳控制；煤气流量跟踪空气流量实测值比例调节，实现自动安全点火。

Description

一种热风炉烧炉自动点火控制系统及方法

技术领域

本发明应用于高炉炼铁自动控制技术领域，具体涉及一种热风炉烧炉自动点火控制系统及方法。

背景技术

热风炉在高炉炼铁工艺中占有重要地位，它通过燃烧煤气，将炉内的格子砖蓄热体加热，然后将通过热风炉蓄热体的冷风加热到1200℃左右送至高炉，为高炉焦炭和喷煤提供燃烧的温度和氧气；一般一座高炉设有3座或4座热风炉，采用2烧1送、3烧1送、2烧2送、交叉并联等换炉制度，每座热风炉因为工作过程不同，分为送风、焖炉、燃烧三种状态，通过操作换炉阀门，实现各热风炉状态的转换，每座热风炉一般送风40～60分钟，烧炉70～100分钟左右，整个热风炉系统每40分钟～60分钟就需要经历一次热风炉的煤气点火过程。

点火过程煤气流量和空气流量的配合，决定了点火过程是否安全，如果先煤气，后空气，就很容易出现爆燃，对热风炉燃烧室结构造成破坏；如果空气的提前量和过剩量太多，也会造成热风炉过多的热量损失。所以实现热风炉的安全、节能、平稳的点火，是实现热风炉自动控制的一个问题，目前大部分高炉热风炉点火，采用人工直接控制煤气、空气调节阀的阀位进行点火，点火完成后，切换到煤气流量和空气流量的自动或半自动控制，加大了操作人员的劳动强度，并且有可能因为调节阀、线路、助燃风机等问题，出现空气严重不足的爆燃情况发生。

发明内容

本发明要解决的问题是，针对现有热风炉点火存在的上述不足，提供一种热风炉烧炉自动点火控制系统及方法，有效避免煤气和空气调节阀的大范围波动，实现流量平稳控制；同时实现安全、节能、平稳的自动点火控制。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

热风炉烧炉自动点火控制系统，至少包括空气斜坡给定器、空气流量信号选择器、空气流量调节器、煤气斜坡给定器、煤气流量信号选择器和煤气流量调节器，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器均包括6个输入端口和1个输出端口，6个输入端口分别为：启动信号(布尔量)输入端、秒脉冲信号输入端、流量设定值输入端、斜坡时间输入端、流量上限设定值输入端、复位信号输入端(布尔量)，1个输出端口为流量给定值输出端；

空气斜坡给定器的启动信号输入端、流量给定值输出端与空气流量信号选择器的输入端连接，空气流量信号选择器的输出端与空气流量调节器连接；煤气斜坡给定器的启动信号输入端、流量给定值输出端与煤气流量信号选择器的输入端连接，煤气流量信号选择器的输出端与煤气流量调节器连接；空气流量调节器、煤气流量调节器的输出分别与助燃空气调节阀和煤气调节阀连接，助燃空气调节阀经空气流量测量模块接入热风炉燃烧室，同时，助燃空气调节阀还经空气流量测量模块以及空燃比除法模块与煤气斜坡给定器的流量设定值输入端连接，煤气调节阀经煤气测量模块接入热风炉燃烧室。

按上述方案，所述空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的启动信号输入端用于接收点火过程的点火状态，当点火状态位置1时，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器启动；复位信号输入端用于使斜坡时间端口计时清零和流量给定值输出端清零(点火过程完成后复位)。

按上述方案，所述空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器均包括0和1两个选择信号，当选择信号为1时，对应选择空气斜坡给定器或煤气斜坡给定器的输出值，作为空气流量调节器或煤气流量调节器的输入；当选择信号为0时，直接选择空气或煤气的流量设定值作为空气流量调节器或煤气流量调节器的输入。

按上述方案，所述空气流量调节器、煤气流量调节器均为PID调节器。

本发明还提供了一种上述热风炉烧炉自动点火控制系统的控制方法，具体包括如下步骤：

1)当热风炉换炉到燃烧状态时，将点火状态位置1，启动空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器，空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器分别选择空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的输出值作为输入；

2)空气斜坡给定器开始输出空气流量给定值到空气流量调节器中，空气流量调节器控制助燃空气调节阀逐渐增加空气流量；

3)煤气斜坡给定器的流量设定值输入端的煤气流量设定值跟踪步骤2)中空气流量实测值变化，因为点火开始时的空气流量值为0(流量小信号切除)，煤气斜坡给定器的流量给定值输出端的输出值即煤气流量给定值仍然为0，直到空气流量实测值大于0后煤气流量设定值才逐渐增加，煤气斜坡给定器输出的煤气流量给定值也逐渐增加，通过煤气流量信号选择器输出到煤气流量调节器，煤气流量调节器控制煤气调节阀增加煤气量，实现点火；

4)随着时间的推移，空气斜坡给定器逐渐增加空气流量给定值，直到空气流量给定值等于空气斜坡给定器的流量设定值输入端设定的空气流量设定值，空气斜坡给定器完成任务；

5)随着空气流量的逐渐增加，煤气斜坡给定器的输出也逐渐增加，当空气斜坡给定器完成任务后，煤气斜坡给定器输出的煤气流量给定值，与通过空气流量实测值计算的煤气流量设定值相等(在一定的偏差范围内)后，点火过程完成，将点火状态位置0，空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器直接选择各自的空气流量设定值、煤气流量设定值分别作为空气流量调节器、煤气流量调节器的设定值，进入正常烧炉过程。

按上述方案，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的工作过程为：当启动信号为1时，流量给定值从0开始输出，根据秒脉冲信号输入端的每个秒脉冲增加一定量，输出的流量给定值随斜坡时间逐渐增加，直到等于流量设定值，输出的流量给定值计算方法为：

上式中i为斜坡时间输入端开始计时的点火时间(秒)，n为流量给定值大于等于流量设定值的那个时刻的时间(秒)，即当输出的流量给定值大于等于流量设定值时，将流量设定值输出到流量给定值端口，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器输出的流量给定值不再累加。

按上述方案，步骤5)中，点火过程中，煤气斜坡给定器的煤气流量设定值，是跟踪空气流量实测值变化的，其计算方法为：

煤气流量设定值＝空气流量测量值/空燃比

上式中空燃比按上次烧炉的最佳空燃比给定。

按上述方案，点火过程定义为：当该热风炉进入燃烧状态时，点火开始，点火过程位置1，当空气流量和煤气流量都达到要求的设定流量时，点火过程结束，点火过程位置0。

本发明具有如下有益效果：

1、通过空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器设置空气流量给定值和煤气流量给定值，有效避免了煤气和空气流量调节器因为流量给定值从0～给定值的大范围阶跃跳动，而引起的调节阀的大范围波动，实现了流量的平稳控制，保证了煤气流量和空气流量合理的比例，避免了热量的浪费；

2、同时因为在点火过程中使用了煤气流量跟踪空气流量的比例调节方式，杜绝了爆燃情况的发生，能在一级PLC控制系统中实现安全、节能、平稳的自动点火控制，并有效降低操作人员的劳动强度。

附图说明

图1为本发明热风炉烧炉自动点火控制方法原理图；图中，“———”为控制信号。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参照图1所示，本发明所述的热风炉烧炉自动点火控制系统，包括空气斜坡给定器、空气流量信号选择器、空气流量调节器、煤气斜坡给定器、煤气流量信号选择器、煤气流量调节器，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器均包括6个输入端口和1个输出端口(空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的各个端口均通过PLC控制器编写程序实现)，6个输入端口分别为：启动信号(布尔量)输入端、秒脉冲信号输入端、流量设定值输入端、斜坡时间输入端、流量上限设定值输入端、复位信号输入端(布尔量)，1个输出端口为流量给定值输出端；

空气斜坡给定器的启动信号输入端、流量给定值输出端与空气流量信号选择器的输入端连接，空气流量信号选择器的输出端与空气流量调节器连接；煤气斜坡给定器的启动信号输入端、流量给定值输出端与煤气流量信号选择器的输入端连接，煤气流量信号选择器的输出端与煤气流量调节器连接；空气流量调节器、煤气流量调节器的输出分别与助燃空气调节阀和煤气调节阀连接(空气流量调节器、煤气流量调节器作为空气流量和煤气流量的调节器，分别去控制助燃空气调节阀和煤气调节阀)，助燃空气调节阀经空气流量测量模块接入热风炉燃烧室，同时，助燃空气调节阀还经空气流量测量模块以及空燃比除法模块与煤气斜坡给定器的流量设定值输入端连接，煤气调节阀经煤气测量模块接入热风炉燃烧室。

空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的启动信号输入端用于接收点火过程的点火状态，当点火状态位置1时，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器启动；复位信号输入端用于使斜坡时间端口计时清零和流量给定值输出端清零(点火过程完成后复位)。

空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器均包括0和1两个选择信号，当选择信号(本控制该信号为点火状态)为1时，对应选择空气斜坡给定器或煤气斜坡给定器的输出值，作为空气流量调节器或煤气流量调节器的流量给定值；当选择信号为0时，直接选择空气或煤气的流量设定值作为空气流量调节器或煤气流量调节器的流量给定值。

空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器均包括0和1两个选择信号，当选择信号(本发明控制方法中该选择信号即为点火状态)为1时，对应选择空气斜坡给定器或煤气斜坡给定器的输出值，作为空气流量调节器或煤气流量调节器的输入；当选择信号为0时，直接选择空气或煤气的流量设定值作为空气流量调节器或煤气流量调节器的输入。

空气流量调节器、煤气流量调节器均为PID调节器。

本发明热风炉烧炉自动点火控制系统的控制方法，收到燃烧信号后，空气斜坡给定器输出到空气流量调节器的空气流量给定值逐渐增大，控制助燃空气调节阀逐渐增加空气流量；煤气斜坡给定器输入端口上的煤气流量设定值跟踪空气流量实测值逐渐增加，输出到煤气流量调节器控制煤气调节阀增加煤气量，实现点火；直到空气和煤气流量实测值分别等于空气和煤气斜坡给定器的设定值时，完成点火任务；最后通过空气流量调节器、煤气流量调节器进入正常烧炉过程，具体包括如下步骤：

1)当热风炉换炉到燃烧状态时，将点火状态位置1，启动空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器，空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器分别选择空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的输出值(流量给定值)作为输入；

2)因为空气点火流量已经设置到了空气斜坡给定器的流量设定值端口，空气斜坡给定器开始输出空气流量给定值到空气流量调节器中，空气流量调节器控制助燃空气调节阀逐渐增加空气流量；

3)煤气斜坡给定器的流量设定值输入端的煤气流量设定值跟踪步骤2)中空气流量实测值变化，因为点火开始时的空气流量值为0(流量小信号切除)，煤气斜坡给定器的流量给定值输出端的输出值即煤气流量给定值仍然为0，直到空气流量实测值大于0后煤气流量设定值才逐渐增加，煤气斜坡给定器输出的煤气流量给定值才逐渐增加，通过煤气流量信号选择器输出到煤气流量调节器，煤气流量调节器控制煤气调节阀增加煤气量(输出煤气)，实现点火；

4)随着时间的推移，空气斜坡给定器逐渐增加空气流量给定值，直到空气流量给定值等于空气斜坡给定器的流量设定值输入端设定的空气流量设定值，空气斜坡给定器完成任务；

5)随着空气流量的逐渐增加，煤气斜坡给定器的输出也逐渐增加，当空气斜坡给定器完成任务后，煤气斜坡给定器输出的煤气流量给定值，与通过空气流量实测值计算的煤气流量设定值相等(在一定的偏差范围内，具体偏差范围不超过一个秒脉冲增加的输出的定量值)后，点火过程完成，将点火状态位置0，空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器直接选择各自的空气流量设定值、煤气流量设定值分别作为空气流量调节器、煤气流量调节器的设定值，进入正常烧炉过程。

空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的工作过程为：当启动信号为1时，流量给定值从0开始输出，根据秒脉冲信号输入端的每个秒脉冲增加一定量，输出的流量给定值随斜坡时间逐渐增加，直到等于流量设定值，输出的流量给定值计算方法为：

上式中i为斜坡时间输入端开始计时的点火时间(秒)，n为流量给定值大于等于流量设定值的那个时刻的时间(秒)，即当输出的流量给定值大于等于流量设定值时，将流量设定值输出到流量给定值端口，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器输出的流量给定值不再累加。

点火过程中，煤气斜坡给定器的煤气流量设定值，是跟踪空气流量实测值变化的，其计算方法为：

煤气流量设定值＝空气流量测量值/空燃比

上式中空燃比按上次烧炉的最佳空燃比给定。

点火过程定义为：当该热风炉进入燃烧状态时，点火开始，点火过程位置1，当空气流量和煤气流量都达到要求的设定流量时，点火过程结束，点火过程位置0。

应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种热风炉烧炉自动点火控制系统的控制方法，热风炉烧炉自动点火控制系统至少包括空气斜坡给定器、空气流量信号选择器、空气流量调节器、煤气斜坡给定器、煤气流量信号选择器和煤气流量调节器，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器均包括6个输入端口和1个输出端口，6个输入端口分别为：启动信号输入端、秒脉冲信号输入端、流量设定值输入端、斜坡时间输入端、流量上限设定值输入端、复位信号输入端，1个输出端口为流量给定值输出端；

空气斜坡给定器的启动信号输入端、流量给定值输出端与空气流量信号选择器的输入端连接，空气流量信号选择器的输出端与空气流量调节器连接；煤气斜坡给定器的启动信号输入端、流量给定值输出端与煤气流量信号选择器的输入端连接，煤气流量信号选择器的输出端与煤气流量调节器连接；空气流量调节器、煤气流量调节器的输出分别与助燃空气调节阀和煤气调节阀连接，助燃空气调节阀经空气流量测量模块接入热风炉燃烧室，同时，助燃空气调节阀还经空气流量测量模块以及空燃比除法模块与煤气斜坡给定器的流量设定值输入端连接，煤气调节阀经煤气测量模块接入热风炉燃烧室，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)当热风炉换炉到燃烧状态时，将点火状态位置1，启动空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器，空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器分别选择空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的输出值作为输入；

2)空气斜坡给定器开始输出空气流量给定值到空气流量调节器中，空气流量调节器控制助燃空气调节阀逐渐增加空气流量；

3)煤气斜坡给定器的流量设定值输入端的煤气流量设定值跟踪步骤2)中空气流量实测值变化，因为点火开始时的空气流量值为0，煤气斜坡给定器的流量给定值输出端的输出值即煤气流量给定值仍然为0，直到空气流量实测值大于0后煤气流量设定值才逐渐增加，煤气斜坡给定器输出的煤气流量给定值也逐渐增加，通过煤气流量信号选择器输出到煤气流量调节器，煤气流量调节器控制煤气调节阀增加煤气量，实现点火；

4)随着时间的推移，空气斜坡给定器逐渐增加空气流量给定值，直到空气流量给定值等于空气斜坡给定器的流量设定值输入端设定的空气流量设定值，空气斜坡给定器完成任务；

5)随着空气流量的逐渐增加，煤气斜坡给定器的输出也逐渐增加，当空气斜坡给定器完成任务后，煤气斜坡给定器输出的煤气流量给定值，与通过空气流量实测值计算的煤气流量设定值相等后，点火过程完成，将点火状态位置0，空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器直接选择各自的空气流量设定值、煤气流量设定值分别作为空气流量调节器、煤气流量调节器的设定值，进入正常烧炉过程。

2.根据权利要求1所述的热风炉烧炉自动点火控制系统的控制方法，其特征在于，所述空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的启动信号输入端用于接收点火过程的点火状态，当点火状态位置1时，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器启动；复位信号输入端用于使斜坡时间端口计时清零和流量给定值输出端清零。

3.根据权利要求1所述的热风炉烧炉自动点火控制系统的控制方法，其特征在于，所述空气流量信号选择器、煤气流量信号选择器均包括0和1两个选择信号，当选择信号为1时，对应选择空气斜坡给定器或煤气斜坡给定器的输出值，作为空气流量调节器或煤气流量调节器的输入；当选择信号为0时，直接选择空气或煤气的流量设定值作为空气流量调节器或煤气流量调节器的输入。

4.根据权利要求1所述的热风炉烧炉自动点火控制系统的控制方法，其特征在于，所述空气流量调节器、煤气流量调节器均为PID调节器。

5.根据权利要求1所述的热风炉烧炉自动点火控制系统的控制方法，其特征在于，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器的工作过程为：当启动信号为1时，流量给定值从0开始输出，根据秒脉冲信号输入端的每个秒脉冲增加一定量，输出的流量给定值随斜坡时间逐渐增加，直到等于流量设定值，输出的流量给定值计算方法为：

上式中i为斜坡时间输入端开始计时的点火时间，n为流量给定值大于等于流量设定值的那个时刻的时间，即当输出的流量给定值大于等于流量设定值时，将流量设定值输出到流量给定值端口，空气斜坡给定器和煤气斜坡给定器输出的流量给定值不再累加。

6.根据权利要求1所述的热风炉烧炉自动点火控制系统的控制方法，其特征在于，步骤5)中，点火过程中，煤气斜坡给定器的煤气流量设定值，是跟踪空气流量实测值变化的，其计算方法为：

煤气流量设定值＝空气流量实测值/空燃比

上式中空燃比按上次烧炉的最佳空燃比给定。

7.根据权利要求1所述的热风炉烧炉自动点火控制系统的控制方法，其特征在于，点火过程定义为：当该热风炉进入燃烧状态时，点火开始，点火过程位置1，当空气流量和煤气流量都达到要求的设定流量时，点火过程结束，点火过程位置0。