CN114265313A - 一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法,属于热风炉燃烧控制方法技术领域。本发明的技术方案是:根据废气温度和空气阀位的历史数据拟合废温上升曲线和空气阀位下降曲线,并根据四个时间节点的理论温度计算值与温度实际值对比,对空气阀位进行调整,预计在该炉燃烧周期结束时,实际废气温度正好上升到目标废气温度。本发明的有益效果是:保证在准确的规定时间内使烟温达标,控制效果好,且所需设备简单,经济效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法,属于热风炉燃烧控制方法技术领域。
背景技术
国际上通用的热风炉全自动化系统是以完善的基础自动化加上数学模型或智能控制组成的,但基础自动化所设置的仪表和控制回路较多,特别是要在3、4个热风炉中设置,故投资相当大。此外,目前由于耐火材料的进步,耐温增高,热风炉拱顶不会烧坏,故拱顶没有限温必要,所以这种基础自动化系统大都不好用,许多工厂大型高炉大都使用较简单的系统,即只有煤气总管压力控制和煤气及空气调节阀位或流量自动控制,然后人工控制阀位或流量的设定值或开度。至于设定的数学模型,除了相当复杂外,更需设置自动分析加热煤气各种成分的分析器,这种仪器除了昂贵以外,还需良好的维护,很多工厂难以实现。要使数学模型有效,还要求良好的完善基础自动化。因此数学模型虽然有效但在国内除宝钢以外,很少有工厂设置并得到应用的。
人工控制不但需要专人操作,且难以在热风炉整个燃烧时期各个阶段及时设定煤气和助燃空气流量,也难以在预热煤气和空气温度变化时、高炉所需鼓风温度和流量变化时、助燃空气压力变化时、热风炉蓄热量尚有富裕时,一一及时修正热风炉加热的煤气和空气量,因而达不到节能和优化热风炉操作的目的。故要面对我国的操作和自动化以及维护水平的实况,而需要开发适合于我国的实际情况的、且需低成本和便于推广的热风炉全自动化专家系统。
发明内容
本发明目的是提供一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法,根据废气温度的历史数据拟合处升温控制曲线,并在四个时间节点对空气阀进行调整,预计在该炉燃烧周期结束时,实际废气温度正好上升到目标废气温度;设计系统时不需要建立被控对象的数学模型,只要求掌握现场操作人员或者有关专家的经验、知识或者操作者在操作过程中的操作数据及被控对象的运行数据;被控对象参数的变化具有较强的鲁棒性,适用于对难以建立被控对象的数学模型的复杂系统进行控制,如非线性、时变、滞后系统;控制效果好,且所需设备简单,经济效益显著,有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是:一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法,包含以下步骤:
步骤一,收集烟道温度历史升温曲线数据,拟合出相应的数学曲线,选择四个时间点的理论温度值与实际温度值进行比较,调整空气阀位,预计在该炉燃烧周期结束时,实际废气温度正好上升到目标废气温度;
根据历史数据拟合出升温曲线,初始的废气温度CSfqwd=220℃计算:
其中,JSfqwd为四个调整点处理论废气温度计算值;SPfqwd为废气温度目标值,需要根据当前需求的送风温度进行调整;SPfrssj为预设的燃烧时长,同样需要根据当前需求的送风温度进行调整;ti代表调整点对应的时间,目前i=1、2、3、4、…、n,2000秒、3000秒、4000秒以及4800秒;
步骤二,控制废气温度燃烧时,空气阀开度会随时间逐渐的降低,在四个调整点,会调节阀门降低的频率,其公式如下:
其中,f为阀门开度下降的斜率;DQfqwd为当前的废气温度;a为经验公式的修正参数,默认为200;
经斜率更新之后,除了四个调整点外,每秒的空气阀开度计算公式如下:
其中,c为燃烧到一半的温度统计为320℃,kd为空气阀每秒开度设定值;b为经验公式的修正参数,默认为200,若当前的废气温度离废气温度上限还差20℃及以下,则进入控温状态,每秒的空气阀开度计算公式如:
其中,d为经验公式的修正参数,默认为30。
所述空气阀开度每秒降低大小和四个时间调整点的控制关系为,设默认燃烧时长7200秒,目标废温380℃,起始废温220℃,一共四个时间点进行调节,分别是2000秒、3000秒、4000秒和4800秒,按照当前设置的四个比例系数均为1.1进行计算,当前这四个时间点的废温分别是290.4℃、314.6℃、338.8℃和358.2℃
所述空气阀开度每秒降低大小和四个时间调整点的控制关系为,设默认燃烧时长7200秒,目标废温380℃,起始废温220℃,2000秒的比例系数设置为1.00,废温为264℃;3000秒的比例系数设置为1.02,废温为291.7℃;4000秒处的比例系数设置为1.02,废温为314.2℃,4800秒的比例系数为设置为1.03,调废温为335.4℃;当废温上升到360℃后,进行控温操作,直至燃烧结束。
本发明的有益效果是:根据废气温度的历史数据拟合处升温控制曲线,并在四个时间节点对空气阀进行调整,预计在该炉燃烧周期结束时,实际废气温度正好上升到目标废气温度;设计系统时不需要建立被控对象的数学模型,只要求掌握现场操作人员或者有关专家的经验、知识或者操作者在操作过程中的操作数据及被控对象的运行数据;被控对象参数的变化具有较强的鲁棒性,适用于对难以建立被控对象的数学模型的复杂系统进行控制,如非线性、时变、滞后系统;控制效果好,且所需设备简单,经济效益显著。
附图说明
图1是本发明的废气温度与空气阀位曲线图;
图1注:由于二者的数量级的原因,一些较小的变化情况难以观察,需要将其数量级进行修改,做法是将废气温度的原始数据减去200;
图2是本发明的现场应用图。
图3是本发明的控制架构图。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合实施案例中的附图,对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述,显然,所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例,而不是全部的实施案例,基于本发明中的实施案例,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实施案例,都属于本发明保护范围。
一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法,包含以下步骤:
步骤一,收集烟道温度历史升温曲线数据,拟合出相应的数学曲线,选择四个时间点的理论温度值与实际温度值进行比较,调整空气阀位,预计在该炉燃烧周期结束时,实际废气温度正好上升到目标废气温度;
根据历史数据拟合出升温曲线,初始的废气温度CSfqwd=220℃计算:
其中,JSfqwd为四个调整点处理论废气温度计算值;SPfqwd为废气温度目标值,需要根据当前需求的送风温度进行调整;SPfrssj为预设的燃烧时长,同样需要根据当前需求的送风温度进行调整;ti代表调整点对应的时间,目前i=1、2、3、4、…、n,2000秒、3000秒、4000秒以及4800秒;
步骤二,控制废气温度燃烧时,空气阀开度会随时间逐渐的降低,在四个调整点,会调节阀门降低的频率,其公式如下:
其中,f为阀门开度下降的斜率;DQfqwd为当前的废气温度;a为经验公式的修正参数,默认为200;
经斜率更新之后,除了四个调整点外,每秒的空气阀开度计算公式如下:
其中,c为燃烧到一半的温度统计为320℃,kd为空气阀每秒开度设定值;b为经验公式的修正参数,默认为200,若当前的废气温度离废气温度上限还差20℃及以下,则进入控温状态,每秒的空气阀开度计算公式如:
其中,d为经验公式的修正参数,默认为30。
所述空气阀开度每秒降低大小和四个时间调整点的控制关系为,设默认燃烧时长7200秒,目标废温380℃,起始废温220℃,一共四个时间点进行调节,分别是2000秒、3000秒、4000秒和4800秒,按照当前设置的四个比例系数均为1.1进行计算,当前这四个时间点的废温分别是290.4℃、314.6℃、338.8℃和358.2℃
所述空气阀开度每秒降低大小和四个时间调整点的控制关系为,设默认燃烧时长7200秒,目标废温380℃,起始废温220℃,2000秒的比例系数设置为1.00,废温为264℃;3000秒的比例系数设置为1.02,废温为291.7℃;4000秒处的比例系数设置为1.02,废温为314.2℃,4800秒的比例系数为设置为1.03,调废温为335.4℃;当废温上升到360℃后,进行控温操作,直至燃烧结束。
在实际应用中,空气阀每秒降低大小和四个时间调整点的控制计算过程如下:最理想的状态下是让废温在规定的时间内匀速上升到预设的温度,可以理解为一个线性过程,根据这个思路,目标废温和起始废温的温差为160℃,规定的时间为两个小时(7200秒),根据线性变化,废温每秒应该升高160/7200=0.022℃,在第一个调整点2000秒时,废温应该上升到220+0.022*2000=264℃,但实际废温升高过程是一个先快后慢的过程,如果按照纯线性计算,会导致前期废温升速过慢而最终影响烧炉的质量,所以需要乘以一个比例系数,将该点的废温扩大,按照系数1.1进行计算,最终第一个调整点的废温理论计算值为264*1.1=290.4℃,其余三个调整点的计算过程相同,在此不做赘述。
但是根据系数1.1目标温度进行燃烧,会导致前期煤气消耗量过大,造成浪费,也会导致后期控温阶段时阀门开度下降过快,造成空燃比失调,也会导致部分煤气浪费。
通过多个炉次分析发现,这四个调整点的比例系数设置不算太合理,尤其是2000秒时的比例系数设置偏大,实际废温距离计算值相差较大,按照当前的规则会导致空气阀在该调整点时的调整幅度过大,当调整到较大开度时,根据空燃比进行调节的煤气量就会偏大,造成一定量的浪费,实际上废温并不需要这么快的升速。将2000秒的比例系数降为1,调整后的理论计算值为264℃。
通过分析数据曲线可知,3000秒的比例系数也稍微偏大,在2000秒大幅度调整后也无法在3000秒时使实际温度追上预设的温度,会导致阀门进一步往上调整,这种操作会对后面的控温阶段产生较大影响。经过计算认为3000秒的比例系数降为1.02,调整后计算值为291.7℃。将4000秒处的系数设置为1.02,调整后计算值为314.2℃,4800秒设置为1.03,调整后计算值为335.4℃。当废温上升到360℃后,进行控温操作,直至燃烧结束。理论上这样操作可以避免煤气流量长时间居高不下,在温度达到要求的基础上尽可能节约煤气的使用量,以此达到节能的目的。
实施例:
如图1,由于废气温度与空气阀位的数量级的原因,一些较小的变化情况难以观察,需要将其数量级进行修改。做法是将废气温度的原始数据减去200。根据图1曲线可构建为二元一次方程,选择两个标志点,一是空气阀80%、废气温度220℃时,二是空气阀40%、废气温度360时,从而可以计算出参数f、b。将f、b带入中,便可计算出每秒的空气阀开度。废温每秒升高(380-220)/7200=0.022℃,四个时间点调整处的理想温度分别为:2000秒时对应【0.022*2000+220】*1.00=264℃、3000秒时对应【0.022*3000+220】*1.02=292℃、4000秒时对应【0.022*4000+220】*1.02=314℃、4800秒时对应【0.022*4800+220】*1.03=335℃;
当达到上述四个调整点的任意一个时,预先计算出废气到达该调整点时的理论温度,计算方法是以预设的废气目标温度和启动燃烧的起始废温的差值为废温的目标增量,以该增量除以预设的燃烧时长,再乘以该调整点的时间,就会得出如果按照完全线性的关系来计算废温时,理论上废温能够达到的温度,以这个理论废温目标值和实时废温的差值的50%作为空气阀的调整量。比如在2000秒时实时废温达到了256℃,但根据计算得出的理论废温目标是264℃,由于温差相差8℃,且实时废温是低于理论目标值,则在2000秒调整点将空气阀在上一秒的基础上增大4%,以求在到达3000秒调整点时的实时废温能够追上理论温度,其余几个调整点的原理相同。
为了实现智能控制控制,该发明主要优点是:
(1)设计系统时不需要建立被控对象的数学模型,只要求掌握现场操作人员或者有关专家的经验、知识或者操作者在操作过程中的操作数据及被控对象的运行数据等。
(2)被控对象参数的变化具有较强的鲁棒性,适用于对难以建立被控对象的数学模型的复杂系统进行控制,如非线性、时变、滞后系统。
(3)控制效果好,且所需设备简单,经济效益显著。
本发明创新之处如下:
总体思想包括两部分内容,一是通过实现烟温的自动运行,保障稳定经济燃烧、节约燃料,降低工人劳动强度;二是通过四个时间点调整空气阀,对阀位开度在线校正。现场运行如图2。
Claims (3)
1.一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法,其特征在于包含以下步骤:
步骤一,收集烟道温度历史升温曲线数据,拟合出相应的数学曲线,选择四个时间点的理论温度值与实际温度值进行比较,调整空气阀位,预计在该炉燃烧周期结束时,实际废气温度正好上升到目标废气温度;
根据历史数据拟合出升温曲线,初始的废气温度CSfqwd=220℃计算:
其中,JSfqwd为四个调整点处理论废气温度计算值;SPfqwd为废气温度目标值,需要根据当前需求的送风温度进行调整;SPfrssj为预设的燃烧时长,同样需要根据当前需求的送风温度进行调整;ti代表调整点对应的时间,目前i=1、2、3、4、…、n,2000秒、3000秒、4000秒以及4800秒;
步骤二,控制废气温度燃烧时,空气阀开度会随时间逐渐的降低,在四个调整点,会调节阀门降低的频率,其公式如下:
其中,f为阀门开度下降的斜率;DQfqwd为当前的废气温度;a为经验公式的修正参数,默认为200;
经斜率更新之后,除了四个调整点外,每秒的空气阀开度计算公式如下:
其中,c为燃烧到一半的温度统计为320℃,kd为空气阀每秒开度设定值;b为经验公式的修正参数,默认为200,若当前的废气温度离废气温度上限还差20℃及以下,则进入控温状态,每秒的空气阀开度计算公式如:
其中,d为经验公式的修正参数,默认为30。
2.根据权利要求1所述的一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法,其特征在于:所述空气阀开度每秒降低大小和四个时间调整点的控制关系为,设默认燃烧时长7200秒,目标废温380℃,起始废温220℃,一共四个时间点进行调节,分别是2000秒、3000秒、4000秒和4800秒,按照当前设置的四个比例系数均为1.1进行计算,当前这四个时间点的废温分别是290.4℃、314.6℃、338.8℃和358.2℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法,其特征在于:所述空气阀开度每秒降低大小和四个时间调整点的控制关系为,设默认燃烧时长7200秒,目标废温380℃,起始废温220℃,2000秒的比例系数设置为1.00,废温为264℃;3000秒的比例系数设置为1.02,废温为291.7℃;4000秒处的比例系数设置为1.02,废温为314.2℃,4800秒的比例系数为设置为1.03,调废温为335.4℃;当废温上升到360℃后,进行控温操作,直至燃烧结束。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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