基于加熱爐智能燃燒控制系統的優化改造

2014-10-07 15:07:46 大云網　點擊量：評論 (0)

摘　要：萊鋼1500寬帶鋼生產線采用的是斯坦因公司的數字化加熱爐，其燃燒系統采用的脈沖燃燒控制方式，具有靈活操作、加熱質量高、燃耗低等優點。由于現場工況限制造成加熱爐加熱溫度不均、煤氣熱值不穩、加熱能

摘　要：萊鋼1500寬帶鋼生產線采用的是斯坦因公司的數字化加熱爐，其燃燒系統采用的脈沖燃燒控制方式，具有靈活操作、加熱質量高、燃耗低等優點。由于現場工況限制造成加熱爐加熱溫度不均、煤氣熱值不穩、加熱能力不足，現場生產節奏頻繁改變都給加熱系統增加了困難。經改造后的燃燒控制系統有效提高了爐溫的穩定性，有利于后續軋制及帶鋼產品質量。

關鍵詞：脈沖燃燒　PID控制器　模糊控制

1　加熱爐存在的問題以及原因

1.1　存在的問題

　　目前，加熱爐存在的主要問題是加熱溫度不均，加熱能力不足。現在兩座加熱爐實際加熱能力300～450t/h,低于設計能力480～520t/h（冷坯～熱坯)。加熱溫度不均，板坯爐間溫差25~35℃，同板溫差20~45℃。而國內同類生產線加熱質量指標是，板坯爐間溫差≤15℃，同板溫差≤15℃。

　　1.2　原因分析

　　目前的斯坦因加熱爐燃燒模型當產量、加熱鋼種、尺寸、坯料入爐溫度、待（停）軋時間、開軋溫度變化時，均需一段時間使得加熱爐溫度緩慢提升，以避免對整個煤氣系統的強烈沖擊。但由于現場節奏的提升，操作人員不能等到溫度的緩慢上升，燃燒策略不能及時實時加以調整，人為因素干擾較大，操作水平、燃燒技術、個人能力差異、控制燃燒操作不統一，造成燃燒時間長、爐溫鋼溫波動較大、鋼坯加熱質量不穩定、能源燃燒浪費、單位消耗量大、污染嚴重、產品質量性能下降。

　2　加熱爐采用的控制方式

　　爐體由下述各加熱區構成：預熱區、加熱區、保溫段。各區由燃燒燃氣與空氣加熱。可燃氣流按數個控制回路中的設定值進行調節。圖1為加熱控制示意圖。

圖1所示的為傳統的加熱控制回路。實際溫度Tm和目標溫度Tc的偏差為：。在傳統的PI調節器中，其輸出為：。其中：Kp為比例系數；Ti為積分時間。Kp與Ti 為內PI參數，由操作員調節一次。輸出信號u(t)按下式轉換成加熱需求：y(t)=a*u(t)+b。其中：a,b=常數。式中函數y代表控制回路所確定燃燒控制閥的設定值，y值不會超過保護限值，其用途是確保一定時間間隔內的空氣／燃氣比率。這兩種控制回路是交叉控制策略方式分配的，主要用來檢測空氣／燃氣比率。燃燒工藝流程控制信號是基于控制回路起發的，名稱：空氣（空氣流率）與Q Q燃氣（燃氣流率）。當加熱條件都處于理想狀況下，此控制系統運行控制效果很好，產品質量鋼溫穩定，有利于后續軋機軋制。但現實實際生產應用中，由于受到各種因素影響，如煤氣壓力、空氣壓力、煤氣質量等各種因素不斷變化，以及后續軋機設備狀況是否順行，對爐內產品規格要求及軋制節奏實時調整策略，都給給燃燒造成一定影響，從而對燃燒控制系統造成一定的影響，最終影響到鋼坯加熱效果，對后續軋制不利。

3　燃燒系統控制技術改造實施方案

針對加熱爐存在的問題，在傳統的比例積分控制的基礎上，引入模糊控制理論，實現加熱爐的智能控制。

　3.1　實施目標

　　傳統調節控制回路不能超越工藝過程復雜性與不確定性的限制，傳統比例積分調控裝置（PI）不能正確控制工藝過程的發展。最嚴重的干擾來自生產變更：調步變化、產品（類型、尺寸、數量）、使用不同的生產方式（短延時、長延時、低火焰）。所有這些因素都造成轉換，而此點在傳統調控中是沒有進行周密考慮的。

　　此控制系統所要調節的重要工藝參數為系統工藝過程的微積分（PID）系數的調整。對現場燃燒工藝過程通過函數傳遞，通過利用標準調整計算公式計算控制的調整裝置的系統參數，使工藝過程數學模型的參數與調控裝置的參數相結合，計算得出適合并兼顧回路控制調節快速且準確的平衡點。模糊邏輯的目標不但是要改善燃氣流振蕩減幅狀況而且還要按所測溫度確定較好的設定值。

　3.2　實施方法

　　使用模糊管理程序，調控裝置按實際運行確定的傳統PI（比例積分）參數。從系統觀察、經驗與過程認識中析取數據，形成模糊邏輯管理程序特殊數據庫，模糊邏輯塊確定并適應比例積分調控裝置按輸入值確定的必要變更。

　　加熱爐燃燒控制是一個操作范圍較廣的復雜系統，單獨的PID控制系統不能完全滿足于整個燃燒控制系統，為更好的達到加熱效果及控制燃燒要求，并基于節省能源的控制基礎上，模糊邏輯控制系統是在標準的PID控制器的基礎上研發并得到實踐應用產生的，斯坦因加熱爐通過優化爐子的加熱溫度設定點，利用熱量物理模型計算爐內鋼坯坯料的溫度，并通過控制模型計算的加熱爐各區域期望的最適宜的溫度，使鋼坯坯料達到目標溫度。標準調節器的模糊系統基本框圖如圖2所示。