CN114234635B - 一种蓄热式熔炼炉炉压自动控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄热式熔炼炉炉压自动控制装置及方法，属于炉压自动控制领域，本系统采用炉压控制器输出结果为控制中值，以烧嘴两侧排烟温度差值乘以系数后作为修正值，中值与修正值相加的结果作为两侧排烟调节阀的设定值，修正值有上限限制。实现在控制炉压的过程中，兼顾控制排烟温度差的减小，直至两侧排烟温度平衡。本系统通过两个排烟调节阀的开度控制将炉压稳定控制在0‑50Pa之间，减小了炉门冒火现象；同时，减小了左右两侧烧嘴的排烟温度差，排烟均衡，更加节能，增加经济效益。

Description

一种蓄热式熔炼炉炉压自动控制装置及方法

技术领域

本发明属于炉压自动控制领域，涉及一种蓄热式熔炼炉炉压自动控制装置及方法。

背景技术

蓄热式熔炼炉是将铝锭熔化成铝液的一种炉型，它一般由燃烧系统、蓄热体、换向系统、排烟系统组成。烧嘴成对工作，一侧烧嘴燃烧时，另一侧烧嘴排烟。蓄热式熔炼炉的优点是节能，单耗低。它利用蓄热体回收高温烟气，高温烟气预热空气，达到节能目的。更为重要的是在生产中要保证炉压平稳，过大的炉压导致炉气外溢，导致炉门冒火，炉门变形，对设备及人身安全不利。炉压负压过大也造成炉内吸入过多的冷风，降低炉温，不利于节能。理想的炉压应保持在微正压。炉压与排烟系统相关，排烟一般有两种途径，一是通过烧嘴、排烟调节阀、排烟风机排入除尘器，一般占比为烟气量的70-80％，二是通过烟道闸板阀、烟囱排入除尘器，一般占比为烟气量的20-30％，理论上通过烧嘴排出占比越大，蓄热体回收的热量越多，越节能。为了实现节能最大化，目前出现了取消烟囱的蓄热式炉型，全部烟气都通过烧嘴排出，但是，这种炉型带来的问题是排烟调节阀既需要调节炉压也需要调节排烟温度，而炉压和排烟温度本身存在耦合关系，调节炉压会影响排烟温度，调节排烟温度也会影响炉压。烟气经过蓄热体以后的排烟温度在150-200℃为宜，烧嘴两侧的排烟温度如果不平衡，说明烟气量不平衡，排烟温度高的排出的烟气量大，烟气量越大温度越高，超过250℃不仅不利于节能，而且影响排烟机设备使用寿命。而排烟温度低侧的蓄热体还未发挥出节能功效，目前在取消烟囱的蓄热式炉型上，排烟调节阀一控二的控制效果非常不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决在取消烟囱的蓄热式炉型上，排烟调节阀在调节炉压的同时调节烧嘴两侧的排烟温度平衡，提供一种蓄热式熔炼炉炉压自动控制装置及方法，采用炉压控制器输出与排烟温度差值系数修正结合的处理方法，保证在控制炉压的同时，减小烧嘴两侧排烟温度差值。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种蓄热式熔炼炉炉压自动控制装置，包括炉压测量装置、炉压控制器、四个蓄热式烧嘴、两根排烟管道、两个排烟风机和一个除尘器；在熔炼炉的两侧分别相对设置两个蓄热式烧嘴，每一侧的两个蓄热式烧嘴共同连接一根排烟管道，并连接至一个排烟风机，两个排烟风机共同连接至所述除尘器；两侧排烟管道上均设有一个排烟调节阀和一个排烟管道温度测量点；所述炉压测量装置设置在炉后墙的取压孔处；所述炉压控制器与炉压测量装置、蓄热式烧嘴、排烟风机、除尘器、排烟调节阀和排烟管道温度测量点控制连接，用于通过采集当前炉压、两侧排烟管道温度值进行计算，控制排烟调节阀的开度，自动控制炉压。

进一步，每个蓄热式烧嘴上均设有一个烧嘴排烟温度测量点和一个换向阀，均与炉压控制器控制连接，用于进行定时换向和超温换向。

进一步，所述炉压控制器还连接有燃气调节阀和空气调节阀。

进一步，所述炉压控制器通过空气调节阀的开度和流量关系及排烟调节阀开度和温度的关系，判断烧嘴蓄热体的堵塞状况，并给予是否更换的提示。

另一方面，本发明提供一种蓄热式熔炼炉炉压自动控制方法，包括以下步骤：

S1：炉气通过炉后墙的取压孔进入炉压测量装置，炉压测量装置将电信号输入到PLC模拟量通道，经滤波处理后，炉压信号送入炉压控制器；

S2：炉压控制器使用增强型PID控制器调节，输出值为M；

S3：取两侧排烟管道温度值做差后取绝对值，绝对值乘以系数K，结果存入临时变量L4，设定L4的上限值，将L4取相反数存入临时变量L8；

S4：比较两侧的排烟管道温度，当左侧排烟管道温度大于等于右侧排烟温度时，将L8存入变量a1，将L4存入变量b1；而当左侧排烟管道温度小于右侧排烟温度时，将L4存入变量a1，将L8存入变量b1；

S5：将PID输出值M作为中值，M+a1作为左侧排烟调节阀的设定值LSP；M+b1作为右侧排烟调节阀的设定值RLP；

S6：将LSP的0-100％数值转换成电信号给左侧排烟调节阀；将RSP的0-100％数值转换成电信号给右侧排烟调节阀；

S7：两个排烟调节阀在一定开度范围实时动作，实现炉压控制和两侧排烟温度的平衡控制。

进一步，超温换向：四个烧嘴工作模式是对向交叉燃烧，检测每个烧嘴的温度，当排烟工作的烧嘴排烟温度高于220℃，对烧嘴进行强制换向，令排烟的烧嘴转为燃烧，燃烧的烧嘴转为排烟；

定时换向：当不触发超温换向条件时，按定时逻辑对烧嘴进行换向，换向时间可调。

进一步，在炉温达到设定温度，关闭烧嘴后，将燃气调节阀和空气调节阀分别减小到点火位20％和25％，当需要升温时，调节阀从点火位开始增加。

进一步，根据空气调节阀的开度和流量关系及排烟调节阀开度和温度的关系，综合判断烧嘴蓄热体的堵塞状况，当出现堵塞，则提示更换。

进一步，炉门打开时，自动切断烧嘴燃烧，避免炉门冒火，炉压控制器暂停调节，关闭炉门后，炉压控制器恢复调节，延时3秒烧嘴自动燃烧，且燃烧前比较烧嘴的排烟温度，总是让排烟温度高的烧嘴先燃烧。

进一步，系数K取0.1。

本发明的有益效果在于：本系统通过两个排烟调节阀的开度控制将炉压稳定控制在0-50Pa之间，减小了炉门冒火现象；同时，减小了左右两侧烧嘴的排烟温度差，排烟均衡，更加节能，增加经济效益。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为控制结构图；

图2为控制流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，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。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图2，系统采用炉压控制器输出结果为控制中值，以烧嘴两侧排烟温度差值乘以系数后作为修正值，中值与修正值相加的结果作为两侧排烟调节阀的设定值，修正值有上限限制。实现在控制炉压的过程中，兼顾控制排烟温度差的减小，直至两侧排烟温度平衡。

本发明提供一种蓄热式熔炼炉炉压自动控制装置，包括炉压测量装置、炉压控制器、四个蓄热式烧嘴、两根排烟管道、两个排烟风机和一个除尘器；在熔炼炉的两侧分别相对设置两个蓄热式烧嘴，每一侧的两个蓄热式烧嘴共同连接一根排烟管道，并连接至一个排烟风机，两个排烟风机共同连接至所述除尘器；两侧排烟管道上均设有一个排烟调节阀和一个排烟管道温度测量点；所述炉压测量装置设置在炉后墙的取压孔处；所述炉压控制器与炉压测量装置、蓄热式烧嘴、排烟风机、除尘器、排烟调节阀和排烟管道温度测量点控制连接，用于通过采集当前炉压、两侧排烟管道温度值进行计算，控制排烟调节阀的开度，自动控制炉压。可选地，每个蓄热式烧嘴上均设有一个烧嘴排烟温度测量点和一个换向阀，均与炉压控制器控制连接，用于进行定时换向和超温换向。所述炉压控制器还连接有燃气调节阀和空气调节阀。

上述各器件的控制包括以下步骤：

步骤S1：炉气通过炉后墙的取压孔进入差压变送器，变送器将电信号输入到PLC模拟量通道，经滤波处理后，炉压信号送入炉压控制器。

步骤S2：炉压控制器使用增强型PID控制器调节，输出值为M。

步骤S3：取2个排烟管道温度值做差后取绝对值，绝对值乘以系数K，结果存入临时变量L4，设定L4的上限值，将L4取相反数存入临时变量L8。

步骤S4：比较左右两侧的排烟管道温度，当左侧排烟管道温度大于等于右侧排烟温度时，将L8存入变量a1，将L4存入变量b1；而当左侧排烟管道温度小于右侧排烟温度时，将L4存入变量a1，将L8存入变量b1。

步骤S5：将PID输出值M作为中值，M+a1作为左侧排烟调节阀的设定值LSP；M+b1作为右侧排烟调节阀的设定值RLP。

步骤S6：将LSP的0-100％数值通过PLC的AO模块转换成4-20mA电信号给左侧排烟调节阀；将RSP的0-100％数值通过PLC的AO模块转换成4-20mA电信号给右侧排烟调节阀。

步骤S7：两个排烟调节阀在28-45度的开度范围实时动作，实现炉压控制和两侧排烟温度的平衡控制。

换向系统具有定时换向和超温换向两种控制模式，超温换向优先级高于时序换向。超温换向根据一侧烧嘴的两个排烟温度来比较，当排烟工作的烧嘴排烟温度高于220℃，系统强制换向，排烟的烧嘴进行燃烧，燃烧的烧嘴转为排烟，降低排烟温度，以达到节能目的。在不触发超温换向条件时，换向系统按定时逻辑换向，换向时间为60-90秒，可人工设定，达到设定时间切换烧嘴燃烧与排烟状态。4个烧嘴工作模式是对向交叉燃烧。

所述系统中2个排烟管道温度点分别安装在一侧两个烧嘴的排烟管道的公共管道上，目的是监控左右两侧烧嘴的排烟温度，烧嘴工作模式是交叉燃烧，工作中两侧的排烟温度应该是相差不大的，两个排烟温度如果相差很小，代表烟气排出量从两侧排出均衡，炉压也会更加稳定。

为了保证炉压稳定，在炉温达到设定温度后，关闭烧嘴后，系统将燃气调节阀和空气调节阀分别减小到点火位20％和25％，当需要升温时，调节阀从点火位开始增加，这样避免了烧嘴大功率启动对炉内的冲击，有利于炉压稳定。

系统具有蓄热体堵塞提示更换功能。蓄热体的堵塞也是造成炉压大的原因之一。蓄热体工作一段时间后，由于精炼剂及杂质问题会导致蓄热体结垢，导致排烟不畅。系统根据空气调节阀的开度和流量关系及排烟调节阀开度和温度的关系，这两个条件综合判断烧嘴蓄热体的堵塞状况，给予提示。

为了确保在开关炉门时炉压稳定，所述系统在炉门打开时，自动切断烧嘴燃烧，避免炉门冒火，炉压控制器暂停调节，关闭炉门后，炉压控制器恢复调节，延时3秒烧嘴自动燃烧，且燃烧前比较烧嘴的排烟温度，总是让排烟温度高的烧嘴先燃烧。

在某铝加工企业熔铸厂新建蓄热式熔炼炉中，经过多次调整，实验，得到相对理想的系数K，在K取0.1时，系统调节效果比较理想，炉压控制在0-50Pa之间，两侧排烟温度差逐步减小至10℃以内，两侧蓄热体趋于最佳蓄热状态，炉子也达到最佳节能状态。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种蓄热式熔炼炉炉压自动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：炉气通过炉后墙的取压孔进入炉压测量装置，炉压测量装置将电信号输入到PLC模拟量通道，经滤波处理后，炉压信号送入炉压控制器；

S2：炉压控制器使用增强型PID控制器调节，输出值为M；

S3：取两侧排烟管道温度值做差后取绝对值，绝对值乘以系数K，结果存入临时变量L4，设定L4的上限值，将L4取相反数存入临时变量L8；

S4：比较两侧的排烟管道温度，当左侧排烟管道温度大于等于右侧排烟温度时，将L8存入变量a1，将L4存入变量b1；而当左侧排烟管道温度小于右侧排烟温度时，将L4存入变量a1，将L8存入变量b1；

S5：将PID输出值M作为中值，M+a1作为左侧排烟调节阀的设定值LSP；M+b1作为右侧排烟调节阀的设定值RLP；

S6：将LSP的0-100％数值转换成电信号给左侧排烟调节阀；将RSP的0-100％数值转换成电信号给右侧排烟调节阀；

S7：两个排烟调节阀在一定开度范围实时动作，实现炉压控制和两侧排烟温度的平衡控制。

2.根据权利要求1所述的蓄热式熔炼炉炉压自动控制方法，其特征在于：超温换向：四个烧嘴工作模式是对向交叉燃烧，检测每个烧嘴的温度，当排烟工作的烧嘴排烟温度高于220℃，对烧嘴进行强制换向，令排烟的烧嘴转为燃烧，燃烧的烧嘴转为排烟；

定时换向：当不触发超温换向条件时，按定时逻辑对烧嘴进行换向，换向时间可调。

3.根据权利要求1所述的蓄热式熔炼炉炉压自动控制方法，其特征在于：在炉温达到设定温度，关闭烧嘴后，将燃气调节阀和空气调节阀分别减小到点火位20％和25％，当需要升温时，调节阀从点火位开始增加。

4.根据权利要求1所述的蓄热式熔炼炉炉压自动控制方法，其特征在于：根据空气调节阀的开度和流量关系及排烟调节阀开度和温度的关系，综合判断烧嘴蓄热体的堵塞状况，当出现堵塞，则提示更换。

5.根据权利要求1所述的蓄热式熔炼炉炉压自动控制方法，其特征在于：炉门打开时，自动切断烧嘴燃烧，避免炉门冒火，炉压控制器暂停调节，关闭炉门后，炉压控制器恢复调节，延时3秒烧嘴自动燃烧，且燃烧前比较烧嘴的排烟温度，总是让排烟温度高的烧嘴先燃烧。

6.根据权利要求1所述的蓄热式熔炼炉炉压自动控制方法，其特征在于：系数K取0.1。