CN110343847B

CN110343847B - 炉温控制方法和退火炉

Info

Publication number: CN110343847B
Application number: CN201910759464.3A
Authority: CN
Inventors: 黄磊磊; 高宁; 景万林; 李运城
Original assignee: Sunny Technologies Inc Ltd
Current assignee: Sunny Technologies Inc Ltd
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-08-16
Also published as: CN110343847A

Abstract

本发明提供一种炉温控制方法和退火炉，该方法包括：每预设时间间隔采集炉区的实际温度并输入温度调节器,以使温度调节器根据预设温度和实际温度计算输出功率；根据预设功率和输出功率及实际温度和预设温度控制炉温控制模式，其中，第一预设功率小于第二预设功率；若预设时间内输出功率大于第二预设功率且处于升温过程，控制为连续控制模式；若预设时间内输出功率小于第一预设功率且温度差值在预设温差范围内，控制为脉冲控制模式。根据本发明的技术方案，可以实现在低功率输出时自动切换为脉冲加热方式，而在大功率输出时切换到连续加热，从而提高局部及整体燃烧效率，还可在保证工艺生产的前提下达到节能减排目的等。

Description

炉温控制方法和退火炉

技术领域

本发明涉及退火炉技术领域，具体而言，涉及一种炉温控制方法和退火炉。

背景技术

现有板材退火炉主要通过炉温来间接控制板材温度，从而达到板材的退火指标，具体如板材的抗拉和屈服强度等。现有加热方式主要电加热方式和燃气加热方式，其中燃气加热方式主要有明火加热和辐射加热。现有的辐射加热控制方式常采用脉冲控制方式进行加热或者连续控制方式进行加热。然而，对于脉冲控制模式，尤其在大功率输出时，由于烧嘴的启闭状态频繁切换导致热效率低，从而造成较高的生产能耗；而对于连续控制模式，当炉区的控制输出较小时，各段支管的燃气和空气流量输出较小，而对应的调节阀在小流量调节时稳定性相对较差，容易造成烧嘴燃烧不稳定等问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种炉温控制方法和退火炉，通过自动判断并在不同功率输出时自动选择相应的炉温控制模式，可提高整个加热过程的燃烧效率，还可在保证工艺生产的前提下达到节能减排目的等。

本发明实施例提出一种炉温控制方法，包括：

每预设时间间隔采集炉区的实际温度并输入温度调节器，以使所述温度调节器根据预设温度和所述实际温度计算输出功率；

根据所述输出功率与预设功率的大小以及所述实际温度和预设温度的温度差值控制炉温控制模式，其中，所述预设功率包括第一预设功率和第二预设功率，所述第一预设功率小于所述第二预设功率；

若预设时间内所述输出功率大于所述第二预设功率且处于升温过程，控制所述炉温控制模式为连续控制模式以进行加热；

若预设时间内所述输出功率小于所述第一预设功率且所述温度差值在预设温差范围内，控制所述炉温控制模式为脉冲控制模式以进行加热。

进一步地，在上述的炉温控制方法，还包括：

若所述输出功率大于等于所述第一预设功率且小于等于所述第二预设功率，控制所述炉温控制模式不变。

进一步地，在上述的炉温控制方法，所述“控制所述炉温控制模式为连续控制模式以进行加热”包括：

在所述连续控制模式下，按照预设交叉限幅方式控制烧嘴的空燃比以进行加热。

进一步地，在上述的炉温控制方法，所述“控制所述炉温控制模式为脉冲控制模式以进行加热”包括：

在所述脉冲控制模式下，根据所述输出功率和烧嘴总个数计算点火烧嘴的个数；

按照预设扫描规则控制所述个数的点火烧嘴进行加热。

进一步地，在上述的炉温控制方法，所述预设交叉限幅方式为双交叉限幅方式，所述双交叉限幅方式包括：

根据所述预设温度和所述实际温度通过所述温度调节器分别计算燃气流量输出值和空气流量输出值；

在燃气流量调节回路中，将所述燃气流量输出值和实际测量的空气流量输入预设燃气运算模型中以输出得到燃气流量设定值，并根据所述燃气流量设定值控制燃气阀阀位输出对应流量的燃气；

在空气流量调节回路中，将所述空气流量输出值和实际测量的燃气流量输入预设空气运算模型中以输出得到空气流量设定值，并根据所述空气流量设定值控制空气阀阀位输出对应流量的空气。

进一步地，在上述的炉温控制方法，还包括：

在所述连续控制模式下，当所述输出功率下降至第一预设阈值时，熄灭预设个数的烧嘴并提高处于点火状态的烧嘴的空燃比。

进一步地，在上述的炉温控制方法，还包括：

当所述输出功率重新上升至第二预设阈值时，使所述预设个数的烧嘴恢复点火状态。

进一步地，在上述的炉温控制方法，若所述输出功率为P_L，所述烧嘴总个数为N，则有：

点火烧嘴的个数＝P_L*N/100。

进一步地，在上述的炉温控制方法，所述第一预设功率的取值范围为28-32；所述第二预设功率的取值范围为38-42。

本发明的另一实施例还提出一种退火炉，所述退火炉采用上述的炉温控制方法进行加热。

本发明的炉温控制方法根据输出功率和炉区状态自动判断是否调整炉温控制模式，并实现在低功率输出时自动切换为脉冲加热方式而在大功率输出时切换到连续加热，从而提高局部及整体燃烧效率，还可在保证工艺生产的前提下达到节能减排目的等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。

图1是本发明实施例的炉温控制方法的第一流程示意图；

图2是本发明实施例的炉温控制方法的连续控制模式的结构示意图；

图3是本发明实施例的一种炉温控制方法的双交叉限幅方式的应用结构示意图；

图4是本发明实施例的炉温控制方法的第二流程示意图；

图5是本发明实施例的炉温控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参照图1，本实施例提供的一种炉温控制方法，可应用于采用辐射加热方式的退火炉等，根据功率输出和炉区状态自动判断炉温控制模式，实现炉温控制模式在连续控制模式与脉冲控制模式之间进行智能自动切换，提高了燃气燃烧效率，还达到节能减排目的等。下面对该炉温控制方法进行说明。

如图1所示，该炉温控制方法主要包括如下步骤：

步骤S10，每预设时间间隔采集炉区的实际温度并输入温度调节器，以使温度调节器根据预设温度和所述实际温度计算输出功率。

在上述步骤S10中，可采用如热电阻、热电偶等温度传感器定时采集退火炉炉区的实际温度，然后送入温度调节器中以便进行相应的炉温控制。例如，该预设时间间隔可设为1s、3s或5s等，具体可根据实际需求来设定。

本实施例中，该温度调节器优选地采用PID控制器。该PID控制器，即比例-积分-微分控制器，主要采用PID控制算法精确控制工艺生产温度。本实施例中，该温度调节器将对采集到的炉区的实际温度和作为参考值的预设温度进行比较，然后把得到的差值用于计算退火炉的输出功率。

可以理解，本实施例中，该输出功率并不是一个真实的功率值，而是相对于额定功率或满负荷功率的比例数值，该比例数值可以在0-100之间任意变化。理想情况下，当温度调节器控制输出相应的输出功率时，可使炉温达到或者保持在相应的设定温度，即上述的预设温度。

步骤S20，根据所述输出功率与预设功率的大小以及所述实际温度和预设温度的温度差值控制炉温控制模式，其中，所述预设功率包括第一预设功率和第二预设功率，所述第一预设功率小于所述第二预设功率。

本实施例中，该炉温控制模式主要包括两种，分别是脉冲控制模式和连续控制模式。考虑到脉冲控制模式和连续控制模式在不同功率输出时具有不同的燃烧效果，本实施例将设定两个不同的功率切换点，即上述的第一预设功率和第二预设功率以实现系统的炉温控制模式的自动切换。

在工业控制中，通常将低于额定功率或满负荷功率的30％定义为低功率输出，如机组停机或者低速运行时等，对于燃烧系统而言，此时燃烧效率不太高。例如，该第一预设功率可设为30，该第二预设功率设为45等。

可选地，该第一预设功率可在满负荷功率的28％-32％之间取值，即取值范围为28-32。而该第二预设功率可在满负荷功率的38％-42％之间取值，即取值范围为38-42。可以理解，上述的取值范围举例是相对测试燃烧系统而言的，具体可根据实际情况来调整。在实际运用中，该第一预设功率和第二预设功率的取值可根据系统的燃烧状态决定，可包括但不限于为根据烟气中CO的含量和氮氧化物的含量，以及火焰温度等来决定。当然，还可以根据环保要求的环保指标等来分析取值。

步骤S30，若预设时间内所述输出功率大于所述第二预设功率且处于升温过程，控制所述炉温控制模式为连续控制模式以进行加热。

本实施例中，所述“控制所述炉温控制模式为连续控制模式”包括两种情况，一是若当前模式为脉冲控制模式，则将其切换到连续控制模式；二是若当前模式已为连续控制模式，则不需要切换，即保持为当前的连续控制模式。可以理解，该连续控制模式是指连续不间断加热。

本实施例中，是否为升温过程可根据采集的炉区的实际温度或加热时间的长短来判定，例如，当处于加热初期且连续采集到的多个实际温度呈增长趋势，即可判断为升温过程。

示范性地，该预设时间的取值可为10～15秒。其中，通过该预设时间的设置原因在于，减少切换的频率，尽可能让系统处于相对稳定的状态。由于退火炉的加热过程本身就是一个不断变化的过程，若是频繁切换，反而会降低燃烧效率等等。

在上述步骤S30中，示范性地，当温度调节器控制输出的输出功率大于该第二预设功率且持续预设时间时，并且系统处于升温过程，则将炉温控制模式控制为连续控制模式来进行加热。可以理解，当满足该切换条件时，表明系统需要较大的功率输出，而该连续控制模式在大负荷或大功率输出的情况下具有较高的燃烧效率，故及时切换到连续控制模式不仅可提高整体效率，还可达到节能减排目的等。

例如，若第二预设功率设为45，当前模式为脉冲控制模式，在升温过程中，当温度调节器控制输出的输出功率大于45且持续15秒时，系统将由脉冲控制模式自动切换至连续控制模式。

示范性地，在连续控制模式下，可按照预设交叉限幅方式控制各烧嘴的空燃比以进行加热。通常地，在连续控制模式下，所有烧嘴均将处于点火状态，以满足大功率输出或大负荷需求。

示范性地，该预设交叉限幅方式包括单交叉限幅方式或双交叉限幅方式，优选地，采用双交叉限幅方式，即根据输出功率来控制空气和燃气流量，然后根据控制流量和实际流量进行交叉计算以确定最终的空气和燃气流量。示范性地，如图2所示，该双交叉限幅方式进行加热的原理如下：

根据所述预设温度和采集的实际温度通过温度调节器分别计算燃气流量输出值和空气流量输出值。其中，该燃气流量输出值将输入到燃气流量调节回路中，而该空气流量输出值将输入到空气流量调节回路中。

具体地，在燃气流量调节回路中，将所述燃气流量输出值和实际测量的空气流量输入预设燃气运算模型中以输出得到燃气流量设定值，并根据所述燃气流量设定值控制燃气阀阀位输出对应流量的燃气。

示范性地，图3所示出一种预设燃气运算模型和预设空气运算模型。具体地，该预设燃气运算模型和预设空气运算模型均包括低选器、高选器、乘法器和除法器。例如，对于空气流量调节回路，燃气流量通过空燃比修正系数α折算成所需的空气流量，然后分别输入到空气运算模型中的两个乘法器作乘积运算，即分别与预设参数K3和K4进行乘积运算，并将空气流量输出值和两个乘积结果通过低选器和高选器进行选择，而最终选取的值即为上述的空气流量设定值。于是，将根据空气流量设定值来控制空气阀阀位，从而使得该空气阀阀位输出相应流量的空气。燃气流量调节回路同理，故在此不再重复描述。可以理解，该双交叉限幅模式通过上述的预设参数K1，K2，K3和K4，使得空气阀和燃气阀每一次的阀位变化量限制在某一值范围内，进而使炉温进行较平缓的变化。

步骤S40，若预设时间内所述输出功率小于所述第一预设功率且所述温度差值在预设温差范围内，控制所述炉温控制模式为脉冲控制模式以进行加热。

本实施例中，所述“控制所述炉温控制模式为脉冲控制模式”包括两种情况，一是若当前模式为连续控制模式，则将其切换到脉冲控制模式；二是若当前模式已为脉冲控制模式，则不需要切换，即保持为当前的脉冲控制模式。可以理解，该脉冲控制模式主要指脉冲式间断加热。

在上述步骤S40中，示范性地，温度调节器控制输出的输出功率小于所述第一预设功率且持续预设时间时，并且在该预设时间内实时采集的实际温度与预设温度的温度差值始终满足一预设温差范围，则将炉温控制模式控制为脉冲控制模式来进行加热。可以理解，当满足该切换条件时，表明系统此时的输出功率较低，此时切换到脉冲控制模式可极好地提高系统热效率等。这是由于若仍以连续控制模式进行加热，由于烧嘴及支路调节阀本身的特点将会大大降低系统燃烧效率，而脉冲控制模式在低功率输出的情况下具有功率调节方面更加方便而且调节范围更大等特点。

示范性地，在脉冲控制模式下，可根据所述输出功率和烧嘴总个数计算点火烧嘴的个数，然后按照预设扫描规则控制所述个数的点火烧嘴进行加热。可以理解，该点火烧嘴主要是指需要处于点火状态的工作烧嘴。

其中，在计算点火烧嘴的个数时，若所述输出功率为P_L，所述烧嘴总个数为N，则有点火烧嘴的个数为X的整数部分，其中，X＝P_L*N/100。例如，若X＝P_L*N/100计算的结果为3.2，则该点火烧嘴的个数即为3。

在计算得到点火烧嘴个数后，然后将点火烧嘴自动根据预设扫描规则进行加热。例如，若烧嘴总个数为8个，计算得到的点火烧嘴为3个，预设扫描规则包括多个扫描周期，若当前扫描周期为01001010，下一扫描周期为10010100，其中，1代表烧嘴处于开启状态，0为关闭状态。当然，还可以包括其他扫描周期。于是，对于当前扫描周期，将控制第2、5和7位的烧嘴进行加热，而在下一周期，则控制1、4和6位的烧嘴进行加热。可以理解，由于某一个烧嘴并非始终保持开启状态，即该脉冲控制模式可视为脉冲式的间断加热。

进一步可选地，在处于脉冲控制模式下，若输出功率发生相应变化时，还可以控制烧嘴的输出功率及点火烧嘴个数的增加或减少等。

可以理解，该脉冲控制模式在功率调节方面更加方便而且调节范围更大，还可控制每个烧嘴的独立工作，克服了在比例调节中互相干扰的问题，调节时只需一个一个单独调整，可大大节省调试时间等。

此外，该炉温控制方法还包括：若所述输出功率大于等于所述第一预设功率且小于等于所述第二预设功率，控制所述炉温控制模式不变。

可以理解，当输出功率处于两个模式切换点之间，即大于等于第一预设功率且小于等于第二预设功率时，此时，可控制炉温控制模式不变，即保护在当前的模式，该当前的模式可以是连续控制模式，也可以是脉冲控制模式。

进一步优选地，如图4所示，对于上述步骤S30，在连续控制模式下，该炉温控制方法还包括：

步骤S50，若所述输出功率下降至第一预设阈值且持续预设时间，熄灭预设个数的烧嘴并提高处于点火状态的烧嘴的空燃比。

由于连续控制模式依靠燃气与空气比例调节控制来改变火焰的大小从而控制功率输出，本身具有热效率高和节能减排的优点，所以在产线生产时尽可能在该模式下运行，但是在一些较低功率输出的情况下，烧嘴在较低功率输出时由于空燃比不稳定，可能导致对炉区的加热效果不好。

为此，在连续控制模式下，本实施例在输出功率下降至第一预设阈值且持续预设时间时，例如，满负荷功率的35％等，于是，在不改变总输出功率的情况下，将熄灭一定数量的烧嘴并同时一定范围上提高处于点火状态的烧嘴的空燃比，例如，可将1/4的烧嘴熄灭。而提高5％～10％的空燃比等。示范性地，上述的预设时间可设为5秒或10秒等。

进一步可选地，该方法还包括步骤S60，当所述输出功率重新上升至第二预设阈值时，使所述预设个数的烧嘴恢复点火状态并重新调整所述处于点火状态的烧嘴的空燃比。其中，该第二预设阈值大于第一预设阈值。

考虑到不同板材的加热曲线不同，本实施例中，若温度调节器控制输出的输出功率又重新上升到第二预设阈值时，例如，满负荷功率的43％或45％等等，可将之前熄灭的烧嘴恢复点火状态，同时适当降低之前处于点火状态的烧嘴的空燃比，以保证总输出功率不变。可以理解，在较低功率的情况下，适当熄灭部分烧嘴的同时，之所以提高空燃比是由于未点着的烧嘴的空气阀切断后仍可能有一定的空气泄露，这样可以避免仍处于工作状态的烧嘴的空燃比低而影响燃烧效率。

与现有的单一控制模式相比，本实施例的炉温控制方法可以使炉温控制更加智能化。由于脉冲控制模式的热效率相对较低，炉温控制响应比较迅速，同时温度控制精度较高，因此可以在各种工作模式下进行自由切换，这样可以保证退火炉在大部分情况下处于热效率较高的连续控制模式，而仅当在低温或者保温时进行自动切换，大大提高了燃烧效率。

而相对于连续控制模式，由于烧嘴及支路调节阀本身的特点，其工作必须在一定的功率输出的前提下才能正常工作，所以当低温或保温时，炉区保温所需要的功率小于该段烧嘴正常工作输出的功率，这就会造成炉温持续升高，从而导致炉温不可调。当炉区控制输出功率较小时，各段支管的燃气和空气流量输出较小，由于调节阀在小流量的调节稳定性相对较差，容易造成烧嘴燃烧不稳定。而本实施例的炉温控制方法则可以很好的判定在停机、低温、保温等低功率输出的情况下，自动切换到脉冲控制模式，使得炉温不至于大幅度超调和提高烧嘴燃烧效率，而在进入正常生产条件下，又将自动切换到连续控制模式，使得在双交叉限幅控制方式下，始终保证烧嘴处于最优空燃比条件下工作，提高了燃气燃烧效率，还在保证工艺生产前提下达到节能减排的目的等。此外，对于连续加热模式下的一些较低功率情况，通过适当熄灭部分烧嘴且一定程度上提高空燃比，可提高仍处于工作状态的烧嘴的燃烧效率等。

实施例2

请参照图5，基于上述实施例1的炉温控制方法，本实施例还提出一种炉温控制装置100，该炉温控制装置100包括：

温度采集及功率计算模块10，用于每预设时间间隔采集炉区的实际温度并输入温度调节器，以使所述温度调节器根据预设温度和所述实际温度计算输出功率；

炉温控制模式控制模块20，用于根据所述输出功率与预设功率的大小以及所述实际温度和预设温度的温度差值控制炉温控制模式，其中，所述预设功率包括第一预设功率和第二预设功率，所述第一预设功率小于所述第二预设功率；

连续控制模式模块30，用于若预设时间内所述输出功率大于所述第二预设功率且处于升温过程，控制所述炉温控制模式为连续控制模式以进行加热；

脉冲控制模式模块40，用于若预设时间内所述输出功率小于所述第一预设功率且所述温度差值在预设温差范围内，控制所述炉温控制模式为脉冲控制模式以进行加热。

可以理解，该炉温控制装置对应于实施例1的炉温控制方法。实施例1中的可选项也适用于本实施例，这里不再详述。

本发明的另一实施例还提出一种退火炉，该退火炉在进行加热时采用上述的炉温控制方法，使得具有较高的燃烧效率，还达到节能减排目的等。

本发明的又一实施例还提出一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，用于在所述计算机程序被执行时实施上述实施例的炉温控制方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种炉温控制方法，其特征在于，包括：

若预设时间内所述输出功率小于所述第一预设功率且所述温度差值在预设温差范围内，控制所述炉温控制模式为脉冲控制模式以进行加热；若所述输出功率大于等于所述第一预设功率且小于等于所述第二预设功率，控制所述炉温控制模式不变；

其中，所述“控制所述炉温控制模式为连续控制模式以进行加热”包括：

在所述连续控制模式下，按照预设交叉限幅方式控制各烧嘴的空燃比以进行加热；

所述炉温控制方法还包括：

若所述输出功率下降至第一预设阈值且持续预设时间，熄灭预设个数的烧嘴并提高处于点火状态的烧嘴的空燃比。

2.根据权利要求1所述的炉温控制方法，其特征在于，所述“控制所述炉温控制模式为脉冲控制模式以进行加热”包括：

按照预设扫描规则控制所述个数的点火烧嘴进行加热。

3.根据权利要求1所述的炉温控制方法，其特征在于，所述预设交叉限幅方式为双交叉限幅方式，所述双交叉限幅方式包括：

在燃气流量调节回路中，将所述燃气流量输出值和实际测量的空气流量输入预设燃气运算模型中以输出得到燃气流量设定值，并根据所述燃气流量设定值控制燃气阀阀门输出对应流量的燃气；

在空气流量调节回路中，将所述空气流量输出值和实际测量的燃气流量输入预设空气运算模型中以输出得到空气流量设定值，并根据所述空气流量设定值控制空气阀阀门输出对应流量的空气。

4.根据权利要求3所述的炉温控制方法，其特征在于，还包括：

当所述输出功率重新上升至第二预设阈值时，使所述预设个数的烧嘴恢复点火状态并重新调整所述处于点火状态的烧嘴的空燃比；其中，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值。

5.根据权利要求2所述的炉温控制方法，其特征在于，若所述输出功率为P_L，所述烧嘴总个数为N，则点火烧嘴的个数为X的整数部分，其中，

X＝P_L*N/100。

6.根据权利要求1所述的炉温控制方法，其特征在于，所述第一预设功率的取值范围为28-32；所述第二预设功率的取值范围为38-42。

7.一种退火炉，其特征在于，所述退火炉采用权利要求1-6任一项所述的炉温控制方法进行加热。