基于加熱爐智能燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造

2014-10-07 15:07:46 大云網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

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

摘　要：萊鋼1500寬帶鋼生產(chǎn)線采用的是斯坦因公司的數(shù)字化加熱爐，其燃燒系統(tǒng)采用的脈沖燃燒控制方式，具有靈活操作、加熱質(zhì)量高、燃耗低等優(yōu)點。由于現(xiàn)場工況限制造成加熱爐加熱溫度不均、煤氣熱值不穩(wěn)、加熱能力不足，現(xiàn)場生產(chǎn)節(jié)奏頻繁改變都給加熱系統(tǒng)增加了困難。經(jīng)改造后的燃燒控制系統(tǒng)有效提高了爐溫的穩(wěn)定性，有利于后續(xù)軋制及帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)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(xiàn)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(nèi)同類生產(chǎn)線加熱質(zhì)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(chǎn)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(tǒng)的強烈沖擊。但由于現(xiàn)場節(jié)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(diào)整，人為因素干擾較大，操作水平、燃燒技術(shù)、個人能力差異、控制燃燒操作不統(tǒng)一，造成燃燒時間長、爐溫鋼溫波動較大、鋼坯加熱質(zhì)量不穩(wěn)定、能源燃燒浪費、單位消耗量大、污染嚴重、產(chǎn)品質(zhì)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(qū)構(gòu)成：預熱區(qū)、加熱區(qū)、保溫段。各區(qū)由燃燒燃氣與空氣加熱?？扇細饬靼磾?shù)個控制回路中的設定值進行調(diào)節(jié)。圖1為加熱控制示意圖。

圖1所示的為傳統(tǒng)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(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器中，其輸出為：。其中：Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時間。Kp與Ti 為內(nèi)PI參數(shù)，由操作員調(diào)節(jié)一次。輸出信號u(t)按下式轉(zhuǎn)換成加熱需求：y(t)=a*u(t)+b。其中：a,b=常數(shù)。式中函數(shù)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(nèi)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(fā)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(tǒng)運行控制效果很好，產(chǎn)品質(zhì)量鋼溫穩(wěn)定，有利于后續(xù)軋機軋制。但現(xiàn)實實際生產(chǎn)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(zhì)量等各種因素不斷變化，以及后續(xù)軋機設備狀況是否順行，對爐內(nèi)產(chǎn)品規(guī)格要求及軋制節(jié)奏實時調(diào)整策略，都給給燃燒造成一定影響，從而對燃燒控制系統(tǒng)造成一定的影響，最終影響到鋼坯加熱效果，對后續(xù)軋制不利。

3　燃燒系統(tǒng)控制技術(shù)改造實施方案

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

　3.1　實施目標

　　傳統(tǒng)調(diào)節(jié)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(tǒng)比例積分調(diào)控裝置（PI）不能正確控制工藝過程的發(fā)展。最嚴重的干擾來自生產(chǎn)變更：調(diào)步變化、產(chǎn)品（類型、尺寸、數(shù)量）、使用不同的生產(chǎn)方式（短延時、長延時、低火焰）。所有這些因素都造成轉(zhuǎn)換，而此點在傳統(tǒng)調(diào)控中是沒有進行周密考慮的。

　　此控制系統(tǒng)所要調(diào)節(jié)的重要工藝參數(shù)為系統(tǒng)工藝過程的微積分（PID）系數(shù)的調(diào)整。對現(xiàn)場燃燒工藝過程通過函數(shù)傳遞，通過利用標準調(diào)整計算公式計算控制的調(diào)整裝置的系統(tǒng)參數(shù)，使工藝過程數(shù)學模型的參數(shù)與調(diào)控裝置的參數(shù)相結(jié)合，計算得出適合并兼顧回路控制調(diào)節(jié)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(diào)控裝置按實際運行確定的傳統(tǒng)PI（比例積分）參數(shù)。從系統(tǒng)觀察、經(jīng)驗與過程認識中析取數(shù)據(jù)，形成模糊邏輯管理程序特殊數(shù)據(jù)庫，模糊邏輯塊確定并適應比例積分調(diào)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(tǒng)，單獨的PID控制系統(tǒng)不能完全滿足于整個燃燒控制系統(tǒng)，為更好的達到加熱效果及控制燃燒要求，并基于節(jié)省能源的控制基礎上，模糊邏輯控制系統(tǒng)是在標準的PID控制器的基礎上研發(fā)并得到實踐應用產(chǎn)生的，斯坦因加熱爐通過優(yōu)化爐子的加熱溫度設定點，利用熱量物理模型計算爐內(nèi)鋼坯坯料的溫度，并通過控制模型計算的加熱爐各區(qū)域期望的最適宜的溫度，使鋼坯坯料達到目標溫度。標準調(diào)節(jié)器的模糊系統(tǒng)基本框圖如圖2所示。