CN204665950U

CN204665950U - 一种智能精确燃烧控制装置

Info

Publication number: CN204665950U
Application number: CN201520142047.1U
Authority: CN
Inventors: 刘智深; 丁智学
Original assignee: Beijing Guanke Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Cheng Cheng Intelligent Technology Co., Ltd.
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2025-03-13

Abstract

本实用新型公开了一种智能精确燃烧控制装置，包括设置的与加热炉相匹配的加热炉原控制柜、执行装置和检测装置，执行装置和加热炉原控制柜均通过切换装置与中央控制系统相连接，中央控制系统包括中央控制器，中央控制器通过操作盘连接有远程控制器和上位机，并且中央控制器控制连接有燃烧平衡处理装置、安全切换保障装置和信号交叉反馈装置，燃烧平衡处理装置通过执行机构驱动装置与执行装置相连接。本实用新型的有益效果为：可对窑炉内各个区域的燃烧气氛实时监测，从根本上杜绝“欠氧燃烧”和“富氧燃烧”两种状况的发生，从而有效减少氧化烧损和降低煤气消耗，同时也可大幅度减少有害气体NO_x的产生和排放，有利于市场的推广与应用。

Description

一种智能精确燃烧控制装置

技术领域

本实用新型涉及炉窑控制技术，具体来说，涉及一种智能精确燃烧控制装置。

背景技术

由于早期自动化控制技术能力相对较低，并且成本控制要求不高，所以导致先期轧钢生产线所用窑炉的燃烧控制系统大都工作在很低的控制水平上，燃烧状况只能通过人工控制，属于低精度型控制。这样的控制方式燃料消耗大，氧化烧损率高。

通过对承德钢铁、马钢、首钢迁钢、首钢京唐、大连特钢等钢厂现场调研统计结果得知，钢材在加热窑炉加热过程中所产生的氧化烧损率处于1.1％-1.8％左右的水平，因此，对于早期“PLC控制系统”控制下的加热窑炉，在减少氧化烧损和降低煤气消耗方面存在较大改善空间。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种智能精确燃烧控制装置，可以有效的使燃烧气氛更加均匀、平稳，在工艺调整或调试方面更加具有可操作性，有效的克服了目前现有技术存在的上述不足。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

根据本实用新型的一方面，提供了一种智能精确燃烧控制装置，包括设置的与加热炉相匹配的加热炉原控制柜、执行装置和检测装置，所述执行装置和加热炉原控制柜均通过切换装置与中央控制系统相连接，所述中央控制系统包括中央控制器，所述中央控制器通过操作盘连接有远程控制器和上位机，并且所述中央控制器控制连接有燃烧平衡处理装置、安全切换保障装置和信号交叉反馈装置，所述燃烧平衡处理装置通过执行机构驱动装置与所述执行装置相连接。

进一步的，所述检测装置包括温度传感器、压力传感器、氧电势传感器以及流量传感器。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种智能精确燃烧控制系统，该智能精确燃烧控制系统包括设置的与加热炉相匹配的加热炉原控制柜、执行模块和检测模块，所述执行模块和加热炉原控制柜均通过切换模块与中央控制系统相连接，所述中央控制系统包括中央控制模块，所述中央控制模块通过操作盘连接有远程控制器和上位机，并且所述中央控制模块控制连接有燃烧平衡处理模块、安全切换保障模块和信号交叉反馈模块，所述燃烧平衡处理模块通过执行机构驱动模块与所述执行模块相连接，其中，

中央控制模块，用于根据预先设置的控制信息对预先设置的加热炉的控制发送相对应的控制指令，并接收和分析信号交叉反馈模块发送的检测信息和此较结果信息，根据所述检测信息和比较结果信息发送与检测信息和比较结果相匹配且预先设置的控制指令；

操作盘，用于接收并发送所述中央控制模块发送的指令信息，并接收并发送预先设置的远程控制器和/或上位机发送的控制信息；

远程控制器和/或上位机，用于接收操作盘的指令信息，并根据所述指令信息反馈预先设置的与指令信息相匹配的控制信息，发送所述控制信息；

燃烧平衡处理模块，用于接收中央控制模块的指令信息，并分析所述指令信息，根据所述指令信息发送预先存储的与指令信息相匹配的操作指令，并通过执行机构驱动模块将所述操作指令信息发送至切换模块；

安全切换保障模块，用于接收中央控制模块的指令信息，并分析所述指令信息，根据所述指令信息向切换模块发送预先存储的与指令信息相匹配的操作指令；

切换模块，用于接收执行机构驱动模块和/或安全切换保障模块发送的指令信息，并根据所述指令信息切换至预先设置的与指合信息相匹配的控制系统；

加热炉原控制柜，用于接收切换模块的指令信息，并利用预先设置的控制系统控制加热炉；

执行模块，用于接收切换模块的指令信息，并根据所述指令信息执行预先存储的与指令信息相匹配的操作；

检测模块，用于接收切换模块的指令信息，并根据所述指令信息执行预先设置的与所述指令信息相匹配的对加热炉进行检测的操作，并发送所述检测信息；

信号交叉反馈模块，用于接收并分析所述检测模块的检测信息，将所述检测信息与预先设置的标准信息进行此较，并将检测信息和此较结果信息反馈至中央控制模块。

进一步的，还包括：

报告生成模块，用于接收所述信号交叉反馈模块发送的检测信息和此较结果信息，根据此较结果信息生成相匹配的报告。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种智能精确燃烧控制方法，该智能精确燃烧控制方法包括设置的与加热炉相匹配的加热炉原控制柜、执行模块和检测模块，所述执行模块和加热炉原控制柜均通过切换模块与中央控制系统相连接，所述中央控制系统包括中央控制模块，所述中央控制模块通过操作盘连接有远程控制器和上位机，并且所述中央控制模块控制连接有燃烧平衡处理模块、安全切换保障模块和信号交叉反馈模块，所述燃烧平衡处理模块通过执行机构驱动模块与所述执行模块相连接，其中，包括以下步骤：

利用中央控制模块来根据预先设置的控制信息对预先设置的加热炉的控制发送相对应的控制指令，并接收和分析信号交叉反馈模块发送的检测信息和比较结果信息，根据所述检测信息和比较结果信息发送与检测信息和比较结果相匹配且预先设置的控制指令；

通过操作盘接收并发送所述中央控制模块发送的指令信息，并接收并发送预先设置的远程控制器和/或上位机发送的控制信息；

通过远程控制器和/或上位机接收操作盘的指令信息，并根据所述指令信息反馈预先设置的与指令信息相匹配的控制信息，发送所述控制信息；

通过燃烧平衡处理模块接收中央控制模块的指令信息，并分析所述指令信息，根据所述指令信息发送预先存储的与指令信息相匹配的操作指令，并通过执行机构驱动模块将所述操作指令信息发送至切换模块；

通过安全切换保障模块接收中央控制模块的指令信息，并分析所述指令信息，根据所述指令信息向切换模块发送预先存储的与指令信息相匹配的操作指令；

通过切换模块接收执行机构驱动模块和/或安全切换保障模块发送的指令信息，并根据所述指令信息切换至预先设置的与指令信息相匹配的控制系统；

通过加热炉原控制柜接收切换模块的指令信息，并利用预先设置的控制系统控制加热炉；

通过执行模块接收切换模块的指令信息，并根据所述指令信息执行预先存储的与指令信息相匹配的操作；

通过检测模块接收切换模块的指令信息，并根据所述指令信息执行预先设置的与所述指令信息相匹配的对加热炉进行检测的操作，并发送所述检测信息；

通过信号交叉反馈模块接收并分析所述检测模块的检测信息，将所述检测信息与预先设置的标准信息进行比较，并将检测信息和此较结果信息反馈至中央控制模块。

进一步的，还包括：

通过预先设置的报告生成模块接收所述信号交叉反馈模块发送的检测信息和比较结果信息，根据此较结果信息生成相匹配的报告。

本实用新型的有益效果为：本系统可对窑炉内各个区域的燃烧气氛实时监测，并根据监测结果自动调整燃烧模式，使窑炉持续在“最优燃烧状态”下燃烧，从根本上杜绝“欠氧燃烧”和“富氧燃烧”两种状况的发生，从而有效减少氧化烧损和降低煤气消耗，同时也可大幅度减少有害气体NO_x的产生和排放；本系统的控制能力足以应对多变的现场因素，“智能精确系统控制”将完全取代“人工控制”，有效的杜绝了人为因素所致的对窑炉内燃烧气氛控制的随意性和不确定性，使燃烧气氛更加均匀、平稳，在工艺调整或调试方面更加具有可操作性，有效的提高了本系统的实用性，有利于市场的推广与应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的一种智能精确燃烧控制装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例所述的一种智能精确燃烧控制方法的流程示意图。

图中：

1、中央控制系统；2、中央控制器；3、操作盘；4、远程控制器；5、上位机；6、燃烧平衡处理装置；7、执行机构驱动装置；8、信号交叉反馈装置；9、安全切换保障装置；10、切换装置；11、执行装置；12、加热炉原控制柜；13、检测装置；14、温度传感器；15、压力传感器；16、氧电势能传感器；17、流量传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，根据本实用新型实施例所述的根据本实用新型的一方面，提供了一种智能精确燃烧控制装置，包括设置的与加热炉相匹配的加热炉原控制柜12、执行装置11和检测装置13，所述执行装置11和加热炉原控制柜12均通过切换装置10与中央控制系统1相连接，所述中央控制系统1包括中央控制器2，所述中央控制器2通过操作盘3连接有远程控制器4和/或上位机5，并且所述中央控制器2控制连接有燃烧平衡处理装置6、安全切换保障装置9和信号交叉反馈装置8，所述燃烧平衡处理装置6通过执行机构驱动装置7与所述执行装置11相连接。

中央控制模块，用于根据预先设置的控制信息对预先设置的加热炉的控制发送相对应的控制指令，并接收和分析信号交叉反馈模块发送的检测信息和比较结果信息，根据所述检测信息和此较结果信息发送与检测信息和此较结果相匹配且预先设置的控制指令；

切换模块，用于接收执行机构驱动模块和/或安全切换保障模块发送的指令信息，并根据所述指令信息切换至预先设置的与指令信息相匹配的控制系统；

信号交叉反馈模块，用于接收并分析所述检测模块的检测信息，将所述检测信息与预先设置的标准信息进行比较，并将检测信息和此较结果信息反馈至中央控制模块。

还包括报告生成模块，用于接收所述信号交叉反馈模块发送的检测信息和比较结果信息，根据此较结果信息生成相匹配的报告。

如图2所示，根据本实用新型的另一方面，提供了一种智能精确燃烧控制方法，该智能精确燃烧控制方法包括设置的与加热炉相匹配的加热炉原控制柜、执行模块和检测模块，所述执行模块和加热炉原控制柜均通过切换模块与中央控制系统相连接，所述中央控制系统包括中央控制模块，所述中央控制模块通过操作盘连接有远程控制器和上位机，并且所述中央控制模块控制连接有燃烧平衡处理模块、安全切换保障模块和信号交叉反馈模块，所述燃烧平衡处理模块通过执行机构驱动模块与所述执行模块相连接，其中，包括以下步骤：

利用中央控制模块来根据预先设置的控制信息对预先设置的加热炉的控制发送相对应的控制指令，并接收和分析信号交叉反馈模块发送的检测信息和比较结果信息，根据所述检测信息和比较结果信息发送与检测信息和此较结果相匹配且预先设置的控制指令；

通过信号交叉反馈模块接收并分析所述检测模块的检测信息，将所述检测信息与预先设置的标准信息进行此较，并将检测信息和比较结果信息反馈至中央控制模块。

还包括通过预先设置的报告生成模块接收所述信号交叉反馈模块发送的检测信息和比较结果信息，根据比较结果信息生成相匹配的报告。

其中，所述检测装置13包括温度传感器14、压力传感器15、氧电势传感器16以及流量传感器17。

具体应用时，本系统适用于蓄热式加热炉和常规非蓄热式加热炉，其中，加热炉炉况具备以下条件：

1、各加热段均具有电动流量调节阀，且目前尚可手工控制；

2、各加热段均设有流量计；

3、炉压挡板为电动控制。

另外，本系统也是针对大型轧钢用加热窑炉的燃烧状态进行“智能化精确控制”的电气自动化系统，该控制系统集“在线检测技术”、“基础燃烧控制技术”、“模糊控制技术”于一体，是专门针对原有PLC控制系统的升级优化控制系统。

该系统是利用窑炉内多个燃烧区域的实时气氛分析数据作为控制依据，依托“燃烧控制模型”，将整个燃烧系统从原来的“开环”控制模式转变为“闭环”控制模式，并可通过自我修正功能，令整个窑炉内的燃烧气氛始终处于“最优燃烧状态”。

首先，本系统内置有预先设置的精确的“氧势、碳势、温度三者关系的数学模型”，氧势、碳势、温度三者关系的算术模型是建立精确燃烧的核心技术，它是对加热窑炉体系实施模糊控制的基础，系统可以实现对加热窑炉各段燃烧状态的矩阵化控制。

此外，本系统还采用了加热窑炉“最优燃烧工况探查”技术，所谓“最优燃烧工况”是指在满足基本加热工艺要求的前提下，同时能够使燃料消耗、残氧量均处于最低值时的燃烧状态；“最优燃烧工况探查”技术是利用控制系统与窑炉互动，依据互动结果确认窑炉内各燃烧区域(阀门)在最优燃烧工况时应该作出的最佳姿态，以此找出可形成“最优燃烧工况”的阀门互动关系。最终“智能精确控制系统”将以探查到的“最优燃烧工况”作为控制基础，根据在线反馈数据和控制模型实现精确燃烧控制。

最后，本系统采用了“双系统冗余备份”技术，有效的提高了系统运行的稳定性和可靠性，其中，“双系统冗余备份”技术是指原始PLC燃烧控制系统与智能精确控制系统的相互备份技术。该技术是针对工业化大生产的安全性和稳定性要求而设计，原始PLC系统与智能精确系统之间可因故障自动切换或手动切换，以保障生产线的不间断运行。

此外，本系统的输入信号的接驳有两种方式：

一、现场仪表采集：将原系统现场I/O柜内所需的各类仪表信号接入一分二信号隔离栅，其中一路输出至原系统，另外一路接至“IBCS智能精确燃烧系统”。信号连接过程中会预先做好线路桥接工作，避免发生信号中断，此方式可保障系统接入过程中生产的照常进行。

二、网络通讯采集：从原系统中读取现场各类仪表信号，通讯的方式可根据现场网络结构及剩余的端口形式来确定，主要包括MPI和以太网形式等。

通过上述两种方式中的任意一种都可在两系统内实现信号同步。其中第二种方式更为方便快捷，避免现场硬接线的繁琐操作及使用过程中的维护，但该方式要求用户方提供一定的技术配合。

本系统的输出信号主要是通过流量调节阀控制信号可通过固态继电器进行切换。继电器的公共触点端接至现场流量调节阀，常闭端接至原系统控制输出端，常开端接至本系统输出端。在本系统未接管状态下，继电器处于释放状态，原系统通过继电器的常闭触点对流量调节阀进行调节，“IBCS智能精确燃烧系统”的输出信号在继电器的常开触点处悬空；本系统接管后，继电器吸合，“IBCS智能精确燃烧系统”通过继电器的常开触点对流量调节阀进行调节，原系统的输出信号在继电器常开触点处悬空。

两系统之间的切换方式灵活可靠，可对单段的上、下分别切换，即对于三段加热炉可分为六组进行切换，切换时同时切换该组的燃气阀和空气阀。在调试过程中可单段接管，方便参数的调整。在自动运行时可一键全部接管，接管时各组间隔20S分别进行接管，避免集中接管对炉压产生冲击。同时为避免接管时对阀门产生冲击，系统设有平滑接管，接管前读取当前阀门开度，强制系统输出当前值，保障接管过程中不会对阀门产生冲击，接管完成后系统再开始平稳调节。

继电器的切换控制可在本系统的客户机操作界面进行，同时提供外控接点，方便在原系统中对本系统的接入和退出进行切换。

此外，在具体工程应用时，本系统中还可以增设气氛分析仪，其中，高温气氛分析仪工作原理：为了实现对高温气氛中氧电势的跟踪，我们在炉膛内设立一个或多个带电粒子移动状况探测区，在探测区域内置入高温气氛分析仪，对高温环境下的燃烧气氛实时监测，并将带电粒子移动速率以电势变化量的形式向中控系统发送。

炉内气氛的氧含量与输出电势的对应规律，但当温度也作为变量时，该电势将不能作为代表残氧量的基准电势，依据国外钢铁行业的控制经验，通过实际的实验数据，“IBCS智能精确燃烧系统”将该电势与温度的对应逻辑进行了二次运算处理，使在任何温度下，均可将炉内的“真实”的残氧值与电势之间形成对应关系，这样，该信号方可与温度信号、压力信号一起作为计算机系统进行分析的依据，从而实现了对炉内气氛状况的实施监管和控制。

加热炉内气氛分析仪特点：

1、可将气氛变化与电势形成初步对应关系；

2、可实时(在线)发送数据；

3、采用过渡金属作为媒介，适应高温600℃-1700℃；

4、使用寿命长，一般为两年左右，不需要频繁维护。

具体的，本系统的过程控制如下：

本控制系统属于一级控制系统，该系统具有手动控制及自动控制两种工作模式。手动控制是基于原有手动控制方式基础上，在自动、手动之间相互切换，不改变原有手动控制功能，在这里不再介绍。

自动控制系统是在燃烧启动成功，燃烧室进入正常燃烧状态后，多路探测区里的传感器即进入实际数据采集状态，并同时将炉内气氛变化情况转化为ΔU1-ΔU3、ΔT1-ΔT9、ΔP1-ΔP2，然后发送至数据转化系统进行A/D转换，按照预置的算法程序，“IBCS智能精确燃烧系统”对传人的信号进行运算处理，经D/A转换后，最终加载到驱动设备(角度控制设备、变频控制设备、步进控制设备)，实现对随动机构的控制。随动设备响应后，炉内的空燃此随之被修正，修正的结果，将再次被传回到控制系统中进行分析判断，用于进一步修正炉内气氛，完成气氛的全闭环控制。

综上所述，根据以上的技术方案，并且将本系统与现有的系统进行对此试验证实，本系统控制下的窑炉以残氧量1％-2％的精确燃烧方式烧制钢坯和使用原始PLC控制方式烧制钢坯，具有以下显著效果：

1、减少钢坯在烧制过程中的氧化烧损，氧化烧损较应用前减少1.4‰--4.1‰，即，每烧制1千吨钢材减少烧损1.4--4.1吨(不同的品种氧化烧损不同)；

2、降低加热窑炉的整体能耗。总燃料消耗较应用前降低3.7％，若按照吨钢耗气200m³/t计算，约合吨钢耗气减少7.4m³/t；

3、缩小炉窑内温度波动幅度。炉窑内的温度波动幅度仅在±7℃左右，较应用前的±20℃的波动幅度有明显的改善，使炉内温度曲线更平稳，温度分布更均匀；

4、减少脱碳。通过对烧制的钢材表面进行高倍检验，结果表明，钢材的脱碳较应用前得到有效改善；

5、增加环保。由于精确控制后所形成的炉内气氛中残氧量仅为2％，已打破NO_x生成的基本条件，必将大幅减少NO_x排放；

本系统可对窑炉内各个区域的燃烧气氛实时监测，并根据监测结果自动调整燃烧模式，使窑炉持续在“最优燃烧状态”下燃烧，从根本上杜绝“欠氧燃烧”和“富氧燃烧”两种状况的发生，从而有效减少氧化烧损和降低煤气消耗，同时也可大幅度减少有害气体NO_x的产生和排放；本系统的控制能力足以应对多变的现场因素，“智能精确系统控制”将完全取代“人工控制”，有效的杜绝了人为因素所致的对窑炉内燃烧气氛控制的随意性和不确定性，使燃烧气氛更加均匀、平稳，在工艺调整或调试方面更加具有可操作性，有效的提高了本系统的实用性，有利于市场的推广与应用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种智能精确燃烧控制装置，包括设置的与加热炉相匹配的加热炉原控制柜(12)、执行装置(11)和检测装置(13)，其特征在于，所述执行装置(11)和加热炉原控制柜(12)均通过切换装置(10)与中央控制系统(1)相连接，所述中央控制系统(1)包括中央控制器(2)，所述中央控制器(2)通过操作盘(3)连接有远程控制器(4)和/或上位机(5)，并且所述中央控制器(2)控制连接有燃烧平衡处理装置(6)、安全切换保障装置(9)和信号交叉反馈装置(8)，所述燃烧平衡处理装置(6)通过执行机构驱动装置(7)与所述执行装置(11)相连接。

2.根据权利要求1所述的智能精确燃烧控制装置，其特征在于，所述检测装置(13)包括温度传感器(14)、压力传感器(15)、氧电势传感器(16)以及流量传感器(17)。