CN112666834B - 一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法 - Google Patents

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一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法，包括如下步骤：1、收集T1至Ti时刻炉温设定值的时间序列SP1，i，以及T1至Ti时刻炉温实际值的时间序列PV1，i；2、实时计算Ti时刻炉温设定值与炉温实际值的炉温偏差DS‑Pi，以及炉温偏差变化量ADS‑Pi，判断DS‑Pi和ADS‑Pi是否均大于0，若是则执行步骤3，否则重复执行步骤1和2；3、一一列举并统计分析影响燃烧效果的实际因素，判断热值的影响对于燃烧效果影响的权重，当确定热值波动对于燃烧效果产生显著影响时，则依据炉温偏差DS‑Pi以及炉温偏差变化量ADS‑Pi进行模糊控制，从而调整空燃比。本发明能够达到适应热值剧烈波动，稳定燃烧效果的目的，使得炉温的空燃比调控更加精准高效，有效地解决了现有技术存在的缺陷。

Description

一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法
技术领域
本发明涉及钢铁行业加热炉燃烧控制领域，特别涉及一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法。
背景技术
在坯料加料过程中，一方面要保证坯料的出炉温度，另一方面要保证燃气与助燃空气流量的合理比值，从而保证其可以充分燃烧，取得最高的燃烧效率。优秀的加热炉燃烧控制技术不但可以提高产品加热质量，同时对于节能减排具有重要意义。串级比值、双交叉限幅燃烧控制策略是目前加热炉燃烧控制中最常见的控制方案，该方案是建立在燃气热值恒定的基础上的。当混合煤气热值波动时，必然导致燃气流量和空气流量的不匹配，从而浪费能源。
但是目前国内使用的加热炉大多采用高炉煤气和焦炉煤气的混合燃气，其热值常常受到高炉和焦炉工作状况的影响而经常波动。因此需要采取相应的解决方法及时调整空燃比，从而使燃气热值保持稳定。常见的解决方法有以下三种：1、利用热值分析仪对实时燃气热值进行检测，加热炉通过检测的热值制定合适的空燃比；2、根据烟气氧含量闭环校正空燃比；3、操作人员依据火焰燃烧颜色进行燃烧状况的判断，进而调整空燃比。
上述方法中，方法1所需的热值分析仪价格昂贵，检测费用高，并且检测存在滞后与延时的问题；方法2只能在一定的热值波动范围内进行适应性调节，无法适用于热值波动剧烈的情况；方法3需依据人工的经验，若人工经验不足或者存在人员疲倦等情况下，极易造成空燃比失调。
因此，在实际应用中，对于热值波动，特别是剧烈波动的情况下，加热炉的燃烧状况总是不理想，这成为制约加热炉节能减排的重要因素。为此，我们提供一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法。
发明内容
本发明提供一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法，其主要目的在于解决现有钢铁行业在坯料加热过程中，由于热值剧烈波动，导致燃气燃烧不充分，炉压波动，进而影响坯料加热质量的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法，包括如下步骤：
1、收集T1至Ti时刻炉温设定值的时间序列SP1，i，以及T1至Ti时刻炉温实际值的时间序列PV1，i：
Figure 348461DEST_PATH_IMAGE001
Figure 419929DEST_PATH_IMAGE002
2、实时计算Ti时刻炉温设定值与炉温实际值的炉温偏差DS-Pi，以及炉温偏差变化量ADS-Pi，判断DS-Pi和ADS-Pi是否均大于0，若是则执行步骤3，否则重复执行步骤1和2；
3、一一列举并统计分析影响燃烧效果的实际因素，判断热值的影响对于燃烧效果影响的权重，当确定热值波动对于燃烧效果产生显著影响时，则依据炉温偏差DS-Pi以及炉温偏差变化量ADS-Pi进行模糊控制，从而调整空燃比，其包括如下子步骤：
3.1、收集T1至Ti时刻实时检测到的热值TV、轧制节奏RR、热负荷HL、炉温偏差DS-P和煤气流量GF五个影响因素的时间序列，并组成输入矩阵X1，1；
Figure 419240DEST_PATH_IMAGE003
3.2、采用最小二乘规则，建立温度状态转移关系式，并通过矩阵求逆算法求解出状态转移矩阵H1，i，温度状态转移关系式为：
Figure 302532DEST_PATH_IMAGE004
3.3、根据温度状态转移关系的性质求解出Ti+1时刻时的输入矩阵X2，i+1，其计算公式为：
Figure 539741DEST_PATH_IMAGE005
3.4、结合步骤3.1推导出Ti+1时刻输入矩阵X2，i+1与热值TV、轧制节奏RR、热负荷HL、炉温偏差DS-P和煤气流量GF的时间序列的关系为：
Figure 578848DEST_PATH_IMAGE006
由此得到Ti+1时刻的热值
Figure 689341DEST_PATH_IMAGE007
，从而判断热值波动情况，并及时调整空燃比。
进一步，在步骤3.1和3.2中，由于输入矩阵X1，1中五个影响因素的量纲均不统一，因此需要对五个影响因素的时间序列采用二范数进行归一化处理：
Figure 107815DEST_PATH_IMAGE008
Figure 993338DEST_PATH_IMAGE009
Figure 206276DEST_PATH_IMAGE010
Figure 183109DEST_PATH_IMAGE012
Figure 139695DEST_PATH_IMAGE013
。
进一步，在步骤2中，考虑到加热炉为大滞后，大惯性控制系统，在计算Ti时刻的炉温偏差DS-Pi以及炉温偏差变化量ADS-Pi时，应使炉温设定值与炉温实际值延时后一一对应，设延时因子为n，则
Figure 879724DEST_PATH_IMAGE014
Figure 263564DEST_PATH_IMAGE015
。
更进一步，考虑到验证热值变化的情况，应以炉温设定值不变为边界条件，即SP1=SP2 =SP3=…=SPi，因此，Ti时刻的炉温偏差变化量ADS-Pi的计算公式可简化为：
Figure 715974DEST_PATH_IMAGE016
。
和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：
本发明提供了一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法，该方法对炉温设定值与炉温实际值进行实时采集，并将影响燃烧效果的实际因素一一列举并统计分析，从而确定热值的影响对于燃烧效果影响的权重，当确定是热值波动对于燃烧效果具有显著影响时，则依据设定炉温与实际炉温的炉温偏差与炉温偏差变化量进行模糊控制，从而达到适应热值剧烈波动，稳定燃烧效果的目的，由此使得炉温的空燃比调控更加精准高效，有效地解决了现有技术存在的缺陷。
附图说明
图1为本发明的流程控制示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。
参照图1，一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法，包括如下步骤：
1、收集T1至Ti时刻炉温设定值的时间序列SP1，i，以及T1至Ti时刻炉温实际值的时间序列PV1，i：
Figure 207742DEST_PATH_IMAGE017
Figure 867524DEST_PATH_IMAGE018
。
2、实时计算Ti时刻炉温设定值与炉温实际值的炉温偏差DS-Pi，以及炉温偏差变化量ADS-Pi，判断DS-Pi和ADS-Pi是否均大于0，若是则执行步骤3，否则重复执行步骤1和2。
具体地，考虑到加热炉为大滞后，大惯性控制系统，因此在计算Ti时刻的炉温偏差DS-Pi以及炉温偏差变化量ADS-Pi时，应使炉温设定值与炉温实际值延时后一一对应，设延时因子为n，则
Figure 159615DEST_PATH_IMAGE019
Figure 904848DEST_PATH_IMAGE020
。
考虑到验证热值变化的情况，应以炉温设定值不变为边界条件，即SP1=SP2 =SP3=…=SPi，因此，Ti时刻的炉温偏差变化量ADS-Pi的计算公式可简化为：
Figure 200307DEST_PATH_IMAGE021
。
为了便于判断，可收集T1至Ti时刻计算炉温偏差的时间序列
Figure 652279DEST_PATH_IMAGE022
以及炉温偏差变化量的时间序列
Figure 454886DEST_PATH_IMAGE023
，并以这两个时间序列建立二维索引，即可依据Ti时刻的数据快速推断出Ti时刻的炉温响应情况，具体分以下四种情况：
a、若DS-Pi＞0且 ADS-Pi＞0，则说明系统要求升温时，炉温在下降；
b、若DS-Pi＞0且 ADS-Pi＜0，则说明系统要求升温时，炉温在上升；
c、若DS-Pi＜0且 ADS-Pi＞0，则说明系统要求降温时，炉温在上升；
d、若DS-Pi＜0且 ADS-Pii＜0，则说明系统要求降温时，炉温在下降。
上述四种情况中，由于系统降温的过程不涉及适应热值波动情况。因此，只有出现情况a时才需要考虑热值是否波动，是否需要调整空燃比，即在判断到DS-Pi和ADS-Pi均大于0时，则执行步骤3。
3、一一列举并统计分析影响燃烧效果的实际因素，判断热值的影响对于燃烧效果影响的权重，当确定热值波动对于燃烧效果产生显著影响时，则依据炉温偏差DS-Pi以及炉温偏差变化量ADS-Pi进行模糊控制，从而调整空燃比，其包括如下子步骤：
3.1、收集T1至Ti时刻实时检测到的热值TV、轧制节奏RR、热负荷HL、炉温偏差DS-P和煤气流量GF五个影响因素的时间序列，并组成输入矩阵X1，1：
Figure 359520DEST_PATH_IMAGE024
。
由于输入矩阵X1，1中五个影响因素的量纲均不统一，因此需要对五个影响因素的时间序列采用二范数进行归一化处理：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
Figure 474981DEST_PATH_IMAGE026
Figure DEST_PATH_IMAGE027
Figure 800701DEST_PATH_IMAGE028
Figure 959893DEST_PATH_IMAGE029
。
3.2、采用最小二乘规则，建立温度状态转移关系式，并通过矩阵求逆算法求解出状态转移矩阵H1，i，温度状态转移关系式为：
Figure 343034DEST_PATH_IMAGE030
则状态转移矩阵H1，i的计算公式为：
Figure 779962DEST_PATH_IMAGE031
。
3.3、根据温度状态转移关系的性质求解出Ti+1时刻时的输入矩阵X2，i+1，其计算公式为：
Figure 469176DEST_PATH_IMAGE032
。
3.4、结合步骤3.1推导出Ti+1时刻输入矩阵X2，i+1与热值TV、轧制节奏RR、热负荷HL、炉温偏差DS-P和煤气流量GF的时间序列的关系为：
Figure 802200DEST_PATH_IMAGE033
由此得到Ti+1时刻的热值：
Figure 684355DEST_PATH_IMAGE034
。
即TVi+1为X2，i+1第i行第1列的数据，由此预估Ti+1时刻的热值波动情况，进而依据热值及时调整空燃比。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (4)

1.一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）、收集T1至Ti时刻炉温设定值的时间序列SP1，i，以及T1至Ti时刻炉温实际值的时间序列PV1，i：
Figure 988375DEST_PATH_IMAGE001
Figure 331762DEST_PATH_IMAGE002
2）、实时计算Ti时刻炉温设定值与炉温实际值的炉温偏差DS-Pi，以及炉温偏差变化量ADS-Pi，判断DS-Pi和ADS-Pi是否均大于0，若是则执行步骤3） ，否则重复执行步骤1） 和2） ；
3）、一一列举并统计分析影响燃烧效果的实际因素，判断热值的影响对于燃烧效果影响的权重，当确定热值波动对于燃烧效果产生显著影响时，则依据炉温偏差DS-Pi以及炉温偏差变化量ADS-Pi进行模糊控制，从而调整空燃比，其包括如下子步骤：
3.1） 、收集T1至Ti时刻实时检测到的热值TV、轧制节奏RR、热负荷HL、炉温偏差DS-P和煤气流量GF五个影响因素的时间序列，并组成输入矩阵X1，1：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
3.2） 、采用最小二乘规则，建立温度状态转移关系式，并通过矩阵求逆算法求解出状态转移矩阵H1，i，温度状态转移关系式为：
Figure 645807DEST_PATH_IMAGE004
3.3） 、根据温度状态转移关系的性质求解出Ti+1时刻时的输入矩阵X2，i+1，其计算公式为：
Figure 136962DEST_PATH_IMAGE005
3.4） 、结合步骤3.1） 推导出Ti+1时刻输入矩阵X2，i+1与热值TV、轧制节奏RR、热负荷HL、炉温偏差DS-P和煤气流量GF的时间序列的关系为：
Figure 906904DEST_PATH_IMAGE006
由此得到Ti+1时刻的热值
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，从而判断热值波动情况，并及时调整空燃比。
2.如权利要求1所述的一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法，其特征在于：在步骤3.1） 和3.2） 中，由于输入矩阵X1，1中五个影响因素的量纲均不统一，因此需要对五个影响因素的时间序列采用二范数进行归一化处理：
Figure 118181DEST_PATH_IMAGE008
Figure 58586DEST_PATH_IMAGE009
Figure 446492DEST_PATH_IMAGE010
Figure 763335DEST_PATH_IMAGE012
Figure 343964DEST_PATH_IMAGE013
。
3.如权利要求1所述的一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法，其特征在于：在步骤2） 中，考虑到加热炉为大滞后，大惯性控制系统，在计算Ti时刻的炉温偏差DS-Pi以及炉温偏差变化量ADS-Pi时，应使炉温设定值与炉温实际值延时后一一对应，设延时因子为n，则
Figure 252009DEST_PATH_IMAGE014
Figure 607771DEST_PATH_IMAGE015
。
4.如权利要求3所述的一种适应燃气热值剧烈波动的加热炉炉温控制方法，其特征在于：考虑到验证热值变化的情况，应以炉温设定值不变为边界条件，即SP1=SP2 =SP3=…=SPi，因此，Ti时刻的炉温偏差变化量ADS-Pi的计算公式可简化为：
Figure 259463DEST_PATH_IMAGE016
。
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