先进控制系统在加热炉优化控制中的应用

PID在首秦加热炉燃烧系统中的应用摘要：本系统以首秦轧钢加热炉系统为基础介绍加热炉燃烧智能控制系统的实现。

其原理采用智能控制技术，合理优化控制，使燃气在炉内能充分燃烧。

事实证明：即比常规控制节省能源，又减少了大气的污染、保护环境。

关键词：加热炉煤气空气比例调节串级调节选择调节充分燃烧中图分类号：tk22 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0085-01加热炉是轧钢生产企业主要的耗能设备，而我厂自动控制技术研究课题是怎样在保证被加热后的钢坯能够进行有效轧制的前提下，降低加热炉的能耗，加热炉被控对象是一个非线性系统，是纯滞后、大惯性、时变的。

在生产中，还受到许多因素影响，而pid 控适应能力差，因此采用常规控制方法很难取得满意的效果。

最后经过无数次调试最终提出了一套关于加热炉优化设定控制方法。

通过仿真试验证明此种控制方案可行。

1 软硬件设置本系统在计算机上运行wincc通用监控系统支撑软件，具有友好的动画界面制作、开放的数据接口和网络、强大的数据采集和处理能力、完善的事件和报警处理机制等工能。

硬件采用西门子plc，可靠性高、实时性强、体积小且坚固耐用。

计算机设定控制参数，处理复杂的数据运算、存储及查询等工能，plc内运行设定的控制逻辑程序，完成控制功能。

二者完好结合实现燃烧加热控制的整个工艺过程。

2 热损失与过剩空气系数的关系各种热损失与过剩空气系数之间的关系。

其中：过剩空气系数是指实际空气量与理论空气量的比值。

当过剩空气率μ高与最佳燃烧区域时，热效率下降（是原因是烟气热损耗增加），反之，μ值过低时，由于燃烧不完全而引起热损失增加，且产生黑烟，污染环境。

当燃烧控制在低空气过剩率区域时，产生最佳燃烧，污染最小，空气过剩率的数值大约在μ＝1.10附近。

2.1 燃烧控制的方式加热炉燃烧系统是采用温度流量双交叉限幅并列串级控制的方式，温度流量双交叉限幅并列串级控制系统（略可向作者索取），hs为高选功能；ls为低选功能；k1为k4为交叉限幅系数；p为燃料对空气量程比；b为空燃比；tsp为温度设定值；tpv为炉温检测值；pvf、pva分别为实测的燃料和空气流量；f为燃料；a为空气，l为加热炉。

步进式加热炉温度控制系统的设计与应用摘要随着世界能源危机的日益加深和现代化工业生产对钢材需求量的日益增加，在钢铁产业中如何节能成了人们越来越关注的问题。

在轧钢生产线上，步进式加热炉是最重要设备之一，传统加热炉燃烧过程中不仅能耗高，而且温度控制精度差。

本文针对加热炉普遍存在的问题，给出了系统的解决方案。

关键词步进式加热炉；温度控制；设计；应用中图分类号tf7 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）47-0110-02目前，钢铁已被广泛应用于机械、航空航天、国防等各个领域，它是每个国家国民经济的基础原料，在国民经济发展中占有相当重要的地位。

另外，随着世界能源的日益消耗，人们对节能的日益关注，而加热炉的耗能占钢铁工业耗能的近1/4，是钢铁产业的耗能大户[1]。

自70年代以来，各个钢铁企业为了节省能耗，都不断致力于加热炉的节能控制的研究，以便在保证钢铁质量的同时，降低能耗，提高加热炉的效率。

传统的加热炉都是采用pid系统根据炉温偏差及煤气、空气实际流量来控制，但是由于煤气热值突然改变时，炉温变化比较慢，再加上步进式加热炉非线性、、大惯性、强耦合、大滞后等特点，采用pid控制方式效果就会较差。

因此为了使加热炉燃烧过程普遍存在的温度控制精度差、钢坯温度波动严重、能耗高等问题得到有效解决，我们需要针对步进式加热炉设计新的温度控制系统，以提高能源的利用率。

1 步进式加热炉的结构目前国内钢铁企业大多采用步进式加热炉，它的主要作用是通过结构上独立的上下运动和前后运动的移动粱和固定粱的反复上升、前进、下降的过程将钢坯一块一块加热后托出放置在炉子出料侧的辊道上，然后用辊道送往轧机进行轧制。

步进式加热炉自装料端至出料端可以分为预热、加热和均热三段。

为了提高炉内的传热效果，在加热段和均热段之间设有压下炉顶，在加热段、均热段的侧面炉墙的下部还有烧嘴，这样可以实现全部辐射。

坯料进入到加热炉后，首先要经过预热段进行缓慢的升温，然后再进入加热段进行加热使钢坯的平均温度达到轧制温度，最后进入到均热段进行均热，使钢坯内外温度趋于一致。

加热炉智能燃烧控制技术应用随着工业技术的不断发展，加热炉作为工业生产中不可或缺的设备，其智能化水平也在不断提升。

加热炉智能燃烧控制技术的应用，不仅可以提高生产效率，同时也能够降低能源消耗，减少对环境的影响，为工业生产带来更多的便利。

传统的加热炉燃烧控制主要依靠操作工人的经验和技术来进行调节，容易受到人为因素和环境变化的影响，难以实现精准的控制。

而采用智能燃烧控制技术，可以依靠先进的传感器和控制系统，实时监测和调节燃烧过程中的各项参数，提高燃烧效率，减少能源消耗，保障生产安全。

1. 智能调节燃烧温度通过在加热炉内安装温度传感器和火焰监测器，可以实时监测燃烧室内的温度和火焰状态，从而根据生产工艺的要求，自动调节燃烧温度和火焰大小，保障产品的质量和生产的稳定性。

2. 燃气与空气的精确配比智能燃烧控制系统可以根据实时的燃烧状态和工艺需求，精确调节燃气和空气的混合比例，确保燃烧过程中充分燃烧，减少能源的浪费，提高燃烧效率。

3. 燃烧过程中的自动控制传统的加热炉需要由操作工人不断地对燃烧过程进行手动调节，而智能燃烧控制技术可以实现燃烧过程的自动控制，大大降低了人力成本，并且可以通过预设好的工艺参数来实现更加精准的控制。

4. 安全监控与报警系统智能燃烧控制系统还可以监测加热炉燃烧过程中的各项参数，一旦发现异常情况，立即发出报警信号并采取自动控制措施，确保生产安全。

三、加热炉智能燃烧控制技术的优势1. 提高工业生产的稳定性和可靠性智能燃烧控制技术可以实现对加热炉燃烧过程的精准控制，保证了工业生产的稳定性和可靠性。

2. 降低能源消耗和成本通过精确调节燃烧过程中的各项参数，智能燃烧控制技术可以有效地降低能源的消耗，减少生产成本。

3. 减少环境污染智能化的燃烧控制技术可以提高燃烧效率，减少废气排放，降低对环境的影响。

4. 提高生产效率传统的加热炉需要耗费大量的人力进行燃烧控制，而智能燃烧控制技术可以实现自动控制，提高了生产效率。

智能燃烧控制系统在板带加热炉的实践摘要：加热炉智能燃烧控制系统根据入炉坯料信息，通过实时控制炉内燃烧气氛，动态优化加热制度，适应煤气压力频繁波动需要，在满足轧线产量和产品质量的前提下，保证了坯料的加热温度均热性与头尾温差均匀性，实现全自动控制烧钢。

关键词：加热炉炉温设定优化控制龙门钢铁有限责任公司轧钢厂精品板带加热炉由河南某厂承建，并于2018年2月投产，该炉型为空、煤气双预热蓄热式、端进侧出步进加热炉，有效尺寸46m*8.6m，四段燃烧控制，燃料为高炉煤气，坯料规格7900mm*165mm*280/350/410/530mm原电控系统由上海浦马设计制造，该线设计生产能力120万吨。

一、存在问题及原因1.公司在产线布置上由于炼钢2#连铸与板带产能不匹配、轧钢产能大于炼钢，存在冷热坯混装入炉情况，生产节奏变化频繁，目前板带加热炉控制中、以前的PID控制很难适应多变的加热炉工况；2.公司煤气热值范围在3.1-3.8MJ/m3,高炉煤气压力在7-13KPa之间，煤气热值、压力波动大，燃烧温度控制不均匀、加热温度波动大、影响产品质量（三点差）、氧化烧损较高（1.23%）；3.操作人员对不断变化的工况调节不及时、操作精准度不够、使得四段空、煤气量配比（空燃比）不能实时保持在最佳配比，燃料消耗较高，工人劳动强度大，不利于钢坯均匀加热以及出钢温度的稳定控制；二、实施方案1增加加热炉智能化燃烧二级系统：智能燃烧二系统主要用来对加热炉炉温设定值进行优化计算，实现炉温和燃耗量的优化控制。

在满足轧线产量和加热质量的条件下，尽量使坯料出炉温度最准，截面温差最小，氧化烧损最小。

该二级系统实现的主要功能包括：数据通讯、加热炉炉内坯料跟踪、操作画面和炉温优化控制模型(建立坯料数据信息、坯料温度、计算热工模型、炉温设定值管理、延迟策略、轧制温度反馈控制、停炉策略、离线模拟计算模型)等。

该系统报据加热炉一级系统传上来的坯料上料情况和设备运行状态信号跟踪炉内每一块坯料的位置并形成当前炉内坯料的分布图，从而用加热炉热交换数学模型计算炉内每一块坯料的热状态并且根据这些信息计算出最佳的燃烧控制段温度设定值（通过黑匣子测试校证调整）以及最佳的加热炉产量，结合模糊PID参数控制，最终实现加热炉二级系统自动烧钢。

PLC在蓄热式加热炉中的应用设计摘要:PLC是随着数字技术和计算机快速发展的智能控制系统,采用合理的PID算法能实现系统的快速设计和自动化控制。

在蓄热式加热炉中,通过采用PLC控制系统完善空气和燃料的配比,实现系统的稳定控制,可以形成较好的燃烧效果,有助于降低能力损耗,保护炉腔内壁,提高产品质量,提高运营效率。

关键词:PID算法智能控制蓄热式加热随着能源问题和环境问题的日益严重,在现代化控制系统中,需要采用基于计算机、电子技术的先进控制手段,通过采用合理的算法和智能控制系统,实现控制的即时性、稳定性、准确性等要求。

并能通过相应的控制系统,实现能源使用效率的提高,增加系统的应用效率和实际效果。

在轧钢厂、金属冶炼企业等广泛使用蓄热式加热炉。

在蓄热式加热系统中,采用人工的控制方式不利于温度控制,并且对燃料等浪费严重,容易对加热炉造成严重的损坏。

通过采用智能控制系统,可以极大的提高加热效率,准确的控制温度等各个系统参数,实现系统的准确控制和智能控制,避免了人为操作的不准确、不及时和不稳定的问题,极大提高系统的使用效果和产品的质量。

1 蓄热式加热炉工作原理蓄热炉在制热和控制过程中,主要由三个过程构成,预热阶段、加热阶段和均热阶段。

整个过程中,可以采用温度控制的手段实现对均热的方式实现智能控制,进而可以实现提高燃料利用效率和加热效果。

内部具有两个蓄热腔,采用烧嘴交替工作的形式,其中一个烧嘴工作时,另外一个进入蓄热体加热。

同时,空气在蓄热室预热准备进行燃烧加热工作,整个过程这样循环反复,直到系统进入均热阶段。

通过改进腔体的形式,采用蜂窝体或陶瓷小球等方式可以加大传热系统的工作效率,同时极大减小蓄热体的体积,通过这样的工艺改进和智能控制系统结合的方式,可以提高整个系统的运行效率和节约能源。

2 控制系统要求自动控制系统需要实现的部分为点火控制系统、炉温控制系统。

参与到控制系统中的现场设备有温度测量热电偶;煤气、空气流量测量器;煤气、空气控制流量阀;安全保护设备等。

加热炉智能燃烧控制系统的优化摘要加热炉是轧钢行业中的非常关键的设备之一，它的控制目标是在满足轧机开轧所需要的钢坯温度分布的条件下，实现最小的钢坯表面烧损和能耗的经济指标。

关键词加热炉；智能燃烧；空燃比1 存在的问题目前在某钢铁公司热轧厂加热炉控制中，以前的PID控制很难适应多变的加热炉工况，以数学模型为基础的控制方法在应用上得到了非常大的限制，很难满足温度控制准确度和升降温实时性要求，造成了炉温控制不均匀、煤气热值以及压力波动、空燃比无法自动寻优等问题，这些问题的存在影响了钢坯加热质量，使得钢坯氧化现象非常严重，煤气资源浪费，使得公司的效益受到了影响。

2 加热炉燃烧控制模型建立的思路目前的加热炉使用的控制方法关键是双交叉限幅PUD控制，这种方法对于燃烧过程的控制有一些作用，但无法拟制煤气热值以及压力波动形成的炉温控制不平衡，负载变化大时响应速度慢的问题。

因为加热炉燃烧体系自身非常复杂，扰动特别大，建立准确的数学模型是相当困难的，因此，用以前的控制方法无法达到良好的效果。

所以，为了确保加热炉的控制准确度以及速度，就需要对体系进行改良，建立加热炉优化控制体系，其控制结构见图1。

按照隔断炉温设定和实测炉温的偏差值以及偏差变化率，使用煤气流量模糊控制器，得到煤气流量设定值。

按照煤气流量设定值以及煤气热值利用最好的空燃比寻优器计算出最好的空燃比，然后，双交叉限幅模块根据煤气流量设定值、最好空燃比以及实测的煤气、空气的流量动态的调节阀门的开度，使煤气流量和空气流量在所规定的幅度内交替上升，确保空气、煤气的相互跟随关系。

最后按照实测的煤气热值以及烟道含氧量分别通过煤气流量专家修正模型以及空燃比专家修正模型来反馈修正煤气流量以及空燃比。

外环控制回路是炉温控制回路，关键作用是确保炉温稳定在给定的目标上，同时也对煤气流量的波动起到了拟定作用，这样就构成了基于温度和流量的反馈自动控制体系。

3 加热炉燃烧控制模型的设计3.1 最佳空燃比寻优器的设计先按照煤气的流量和实测的煤气热值状况计算得到每秒所燃烧煤气可以释放的热量，再按照热量经专家控制器来计算得到最好的空燃比，和煤气流量专家修正模型一样，最佳空燃比专家控制器也使用一样的结构，它的知识包括煤气热量、进行推理时用到的一些知识还有该行业专家的专门知识以及经验。