CN113295016A

CN113295016A - 一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法

Info

Publication number: CN113295016A
Application number: CN202110622993.6A
Authority: CN
Inventors: 唐磊; 张永军; 郜朋飞
Original assignee: Anhui Huaiguang Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Anhui Huaiguang Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2021-08-24

Abstract

本发明公开了一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，包括红外温度测量系统、加热炉二级运算模型、燃烧优化控制系统、燃烧控制PLC和燃烧调节执行机构，所述红外温度测量系统包括红外测温探头、信号采集运算模块、信号输出接口。本发明所述的一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，采用测量温度曲线和温差分布确立钢坯加热制度和修正方法，从而减少由于理论计算脱离钢坯加热实际所造成的过烧现象，从而可以降低钢坯加热过程中氧化烧损率，实现节能、降耗、减排。

Description

一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法

技术领域

本发明涉及热炉燃烧控制方法领域，特别涉及一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法。

背景技术

加热炉钢坯表面温度的在线检测和燃烧优化控制一直是国内外钢铁行业研究的焦点问题。钢坯表面温度测量与控制是生产过程中的关键环节，不仅关系到产品质量、生产安全，还涉及到节能降耗、生产成本控制及减少污染物排放等。目前，国内外通常采用的方法是采用热电偶测量炉膛温度，并以此为依据，根据热交换机理推知钢坯温度，建立燃烧控制模型。可见，建立模型的关键数据是加热过程中钢坯的实际温度，因此如何在线获取炉内钢坯表面温度是实现加热炉优化控制的关键。

在炉内钢坯温度测量方面，钢铁行业较多采用将像“黑匣子”一样的温度记录仪贴附于钢坯表面，与钢坯一同完成加热过程后再取出数据，分析加热情况，建立加热模型。由于加热炉的燃烧过程受多种因素影响，为时变非线性过程，“黑匣子”所检测的只是工件上贴附了温度传感器的几个点，单次不连续，数据量稀少，而生产过程连续几个月甚至是几年，因此，并不能全面反映钢坯表面的温度时序变化情况。因此，实际控制过程中为了解决温度时序变化和保障生产安全等问题，通常采用较明显的过度燃烧、过氧控制的操作方法，这种方法会导致加热时钢坯表面温度过高，从而导致钢坯加热过程中氧化烧损率高、燃料消耗多、污染物排放多等后果。

为此，我们提出一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，能够实时测量钢坯温度、板坯实测温度曲线及温差分布控制加热温度，并根据测量结果控制炉温，能够实时检测加热炉燃烧控制过程中钢坯表面的温度时序变化情况，避免加热过程中出现钢坯加热温度过高或加热不均匀的情况，防止理论计算脱离钢坯加热实际所造成的过烧现象。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，包括红外温度测量系统、加热炉二级运算模型、燃烧优化控制系统、燃烧控制PLC和燃烧调节执行机构，所述红外温度测量系统包括红外测温探头、信号采集运算模块、信号输出接口，包括以下步骤：

步骤一：红外测温探头安装在炉壁侧上方，获取钢坯表面自发辐射传输至

信号采集运算模块，信号采集运算模块对钢坯表面温度进行提取，所述信号输出接口和燃烧优化控制系统相连，将钢坯表面温度输出至燃烧优化控制系统；

步骤二：加热炉二级运算模型对炉内坯料温度、坯料的具体位置和坯料的信息数据进行读取，根据加热炉的热工条件和生产状况计算坯料温度和各个燃烧控制段的最佳温度设定值；

步骤三：将红外温度测量系统测量的钢坯表面温度与二级运算模型计算的坯料温度输入燃烧优化控制系统，燃烧优化控制系统结合轧线反馈信号运用专家模型进行优化计算并最终确定坯料加热温度；

步骤四：燃烧控制PLC接收燃烧优化控制系统接收坯料加热温度信息和加热炉每个燃烧控制段的合适的温度设定值，并驱动所述燃烧调节执行机构，在满足轧线产量和加热质量的条件下，使坯料出炉温度最准，截面温差最小，氧化烧损最小，燃耗最低。

进一步的，所述红外温度测量系统测量钢坯在加热炉内不同位置的表面温度，提取钢坯长度方向上不同位置处的温度点，形成钢坯在加热炉长度和宽度方向的温度分布，拟合出钢坯加热温度曲线和温差分布特征，根据各段加热温度和燃料热值计算燃料供给控制燃烧过程，根据温差分布特征进行局部加热微调。

进一步的，所述红外温度测量系统采用近红外比色面温度测量技术，所述加热炉一加段、二加段和均热段分别安装有一套红外测温系统。

进一步的，所述加热炉长度方向上的各段加热曲线通过温度拟合得到，根据加热曲线得到加热炉各段加热温度，计算燃料供给，控制加热强度，拟合方法采用非线性二次回归。

进一步的，所述燃烧调节执行机构在满足轧线产量和加热质量的条件下，根据所述测量的温度和拟合曲面得到加热炉宽度方向上的温差分布，根据温差大小调节加热炉两侧不同位置烧嘴燃烧强度，达到加热炉加热温度的一致性和均匀性要求。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）利用红外温度测量系统测量钢坯表面温度，形成钢坯实际加热温度曲线和温差分布情况；利用二级运算模型计算钢坯表面加热温度，测量和计算结果同时输入加热炉燃烧控制系统，同时读取轧线反馈温度信息，运用专家模型计算各参量控制权重，最终输出加热炉各段钢坯加热温度至燃烧控制PLC，燃烧控制PLC驱动燃烧控制执行机构进行加热炉燃烧控制，并根据温差分布特征进行加热炉各区域加热温度微调，保证钢坯加热温度的一致性和均匀性要求。

2）采用测量温度曲线和温差分布确立钢坯加热制度和修正方法，从而减少由于理论计算脱离钢坯加热实际所造成的过烧现象，从而可以降低钢坯加热过程中氧化烧损率，实现节能、降耗、减排。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法的控制系统图；

图2为本发明一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法的红外测量系统安装方式图；

图3为本发明一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法的根据热工模型计算的目标加热曲线图；

图4为本发明一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法的加热各段标准升温曲面图；

图5为本发明一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法的实际测量各段加热曲面图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-5所示，一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，包括红外温度测量系统、加热炉二级运算模型、燃烧优化控制系统、燃烧控制PLC和燃烧调节执行机构，红外温度测量系统包括红外测温探头、信号采集运算模块、信号输出接口，包括以下步骤：

信号采集运算模块，信号采集运算模块对钢坯表面温度进行提取，信号输出接口和燃烧优化控制系统相连，将钢坯表面温度输出至燃烧优化控制系统；

步骤四：燃烧控制PLC接收燃烧优化控制系统接收坯料加热温度信息和加热炉每个燃烧控制段的合适的温度设定值，并驱动燃烧调节执行机构，在满足轧线产量和加热质量的条件下，使坯料出炉温度最准，截面温差最小，氧化烧损最小，燃耗最低。

红外温度测量系统测量钢坯在加热炉内不同位置的表面温度，提取钢坯长度方向上不同位置处的温度点，形成钢坯在加热炉长度和宽度方向的温度分布，拟合出钢坯加热温度曲线和温差分布特征，根据各段加热温度和燃料热值计算燃料供给控制燃烧过程，根据温差分布特征进行局部加热微调，保障钢坯加热过程的温度一致性和均匀性要求。

红外温度测量系统采用近红外比色面温度测量技术，加热炉一加段、二加段和均热段分别安装有一套红外测温系统，以提取钢坯在加热炉长度和宽度方向上各位置处的温度；

红外温度测量系统采用近红外比色面温度测量技术，比色测温法又称为双波段测温法或双色温度法，是根据热辐射物体在两个波长下的光谱辐射亮度之比与温度之间的函数关系来测量温度的方法。比色测温法是非接触测温，该技术采用双色信号对比的办法可较好地消除环境及发射率的影响，有效地提高了测温精度，比色测温法受被测物体比辐射率的影响小，针对被测物体的辐射特性，合理的选择两个工作波段可以大大减小因被测物体比辐射率变化而引起的测量误差。比色温度要比亮度温度和辐射温度更接近于这类物体的真实温度，比色测温法应用较为广泛。

加热炉长度方向上的各段加热曲线通过温度拟合得到，根据加热曲线得到加热炉各段加热温度，计算燃料供给，控制加热强度，拟合方法采用非线性二次回归。

燃烧调节执行机构在满足轧线产量和加热质量的条件下，根据测量的温度和拟合曲面得到加热炉宽度方向上的温差分布，根据温差大小调节加热炉两侧不同位置烧嘴燃烧强度，达到加热炉加热温度的一致性和均匀性要求。

实施例2

如图1-5所示，一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，包括红外温度测量系统、加热炉二级运算模型、燃烧优化控制系统、燃烧控制PLC、燃烧调节执行机构。

红外温度测量系统包括红外测温探头、信号采集运算模块、信号输出接口等，红外测温探头安装于加热炉的一加段、二加段、均热段的炉壁侧上方，用于获取钢坯表面长度和宽度方向上各位置的自发辐射，传输至信号采集运算模块，由信号采集运算模块计算钢坯表面温度形成钢胚在加热炉长度和宽度方向的温度分布，最终成拟合成出钢胚加热温度曲线和温差分布，根据各段加热温度和燃料热值计算燃料供给控制燃烧过程，根据温差分布特征进行局部加热微调，可保障钢坯加热过程的温度一致性和均匀性；

红外测温系统得到的温度数据再由信号输出接口输出到燃烧优化控制系统，加热炉二级运算模型读取炉内坯料温度、坯料的具体位置和坯料的信息数据，根据加热炉的热工条件和生产状况计算坯料温度和各个燃烧控制段的最佳温度设定值，由加热炉二级计算模型计算得到的最佳设定温度也会传送到燃烧优化控制系统，红外温度测量系统测量的钢坯表面温度与二级运算模型计算的坯料温度输入燃烧优化控制系统，燃烧优化控制系统结合轧线反馈信号运用专家模型进行优化计算并最终确定坯料加热温度，燃烧控制PLC接收燃烧优化控制系统接收坯料加热温度信息和加热炉每个燃烧控制段的合适的温度设定值，并驱动燃烧调节执行机构，在满足轧线产量和加热质量的条件下，调节加热炉两侧不同位置烧嘴燃烧强度，达到加热炉加热温度的一致性和均匀性，尽量使坯料出炉温度最准，截面温差最小，氧化烧损最小，燃耗最低，达到节能、降耗、减排的目的。

采用红外辐射温度计测量加热炉内钢坯温度，必须克服炉内高温背景温度产生的干扰、红外辐射的影响和炉内燃烧气氛对红外辐射吸收使得红外辐射衰减问题。准确测量加热炉钢坯温度的最佳方案是采用双测温探头的测试系统，并且系统的红外测试温度计使用3.9μm波长。由于加热炉均热段环境温度与钢坯温度接近，环境红外辐射干扰较小，采用调整温度计的辐射率设定值，补偿修正红外辐射，也可以比较准确的测量出钢坯温度。

本发明根据红外测温系统测量钢坯在加热炉内不同位置的表面温度，在实际生产中，钢坯在加热过程中其表面温度是变化的。因为钢坯在加热炉内沿着一定方向运动，经过加热段和均热段其表面温度有所变化。在生产某些产品的过程中，炉子生产率小于轧机的产量时，常常为了赶上轧机的产量而造成加热不均，内外温差大，甚至有时为了提高出炉温度而将钢表面烧化，而其中间温度尚很低，造成加热质量很差。若炉子生产率大于轧机的产量时，则钢在炉内的停留时间大于所需要的加热时间，造成较大的氧化烧损量，这些情况均不符合加热要求。如遇到上述情况，应对炉子结构及操作方式作合理的改造或调整，使炉子产量和轧机产量相适应。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，包括红外温度测量系统、加热炉二级运算模型、燃烧优化控制系统、燃烧控制PLC和燃烧调节执行机构，所述红外温度测量系统包括红外测温探头、信号采集运算模块、信号输出接口，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，其特征在于：所述红外温度测量系统测量钢坯在加热炉内不同位置的表面温度，提取钢坯长度方向上不同位置处的温度点，形成钢坯在加热炉长度和宽度方向的温度分布，拟合出钢坯加热温度曲线和温差分布特征，根据各段加热温度和燃料热值计算燃料供给控制燃烧过程，根据温差分布特征进行局部加热微调。

3.根据权利要求1所述的一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，其特征在于：所述红外温度测量系统采用近红外比色面温度测量技术，所述加热炉一加段、二加段和均热段分别安装有一套红外测温系统。

4.根据权利要求2所述的一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，其特征在于：所述加热炉长度方向上的各段加热曲线通过温度拟合得到，根据加热曲线得到加热炉各段加热温度，计算燃料供给，控制加热强度，拟合方法采用非线性二次回归。

5.根据权利要求1所述的一种基于温度测量曲线的加热炉燃烧控制方法，其特征在于：所述燃烧调节执行机构在满足轧线产量和加热质量的条件下，根据所述测量的温度和拟合曲面得到加热炉宽度方向上的温差分布，根据温差大小调节加热炉两侧不同位置烧嘴燃烧强度，达到加热炉加热温度的一致性和均匀性要求。