CN102966970A - 用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制系统及方法，完成燃烧系统中助燃空气、燃气的流量检测、变送与控制，实现温度检测、变送与串级控制自动化功能。燃烧系统主要包括温度变送器、流量变送器、温度控制器、限幅器和流量控制器。本发明基于串级控制原理，对炉内温度过程值与设定值进行比较，加入气体流量对温度的影响，对流量过程值与控制值进行比较，由流量控制器进行控制运算，输出对流量执行机构的操纵量，从而达到对热轧加热炉与冷轧退火炉中的燃烧情况的自动控制目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气与助燃空气混合燃烧加热的温度自动控制系统及方法。
背景技术
以燃气如天燃气、混合煤气与助燃空气混合燃烧提供热量，是工业炉生产中非常普遍的方法。轧钢加热炉尤其是多段供热式连续加热炉，为满足轧制工艺需求和钢坯加热制度，采取各段炉温差异控制，不同的钢坯加热制度要求有相应的炉温控制来满足钢坯加热要求。冷轧连续退火炉及连续热镀锌退火炉通过燃气辐射管加热方式，使带钢在退火炉内消除轧制应力，改善基材力学性能。炉温的精确控制还有利于改善退火炉内带钢的板形，以及带钢加热均匀性，为后工序高质量的产品生产提供保障。
对于这类复杂生产工艺，人工手动方式无法满足生产要求，需建立生产过程的自动控制系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制系统及方法，实现对热轧加热炉与冷轧退火炉中的燃烧情况的自动控制。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制系统，其特征在于：它包括：
温度变送器，用于识别温度传感器采集的工业炉膛内温度过程值并存储；
流量变送器，用于识别流量检测器采集的输送气体的流量过程值并存储；
温度控制器，用于将温度过程值与温度设定值进行比较和计算，并输出操控值；
限幅器，用于将操控值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制值；
流量控制器，用于将流量控制值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制指令给对应的执行器。
按上述方案，所述的流量变送器包括空气流量变送器和煤气流量变送器；其中空气流量变送器用于识别流量检测器采集的输送空气的空气流量过程值并存储，煤气流量变送器用于识别流量检测器采集的输送煤气的煤气流量过程值并存储；
所述的限幅器包括空气限幅器和煤气限幅器；其中空气限幅器用于将操控值与煤气流量过程值进行比较和计算，并输出空气流量控制值，煤气限幅器用于将操控值与空气流量过程值进行比较和计算，并输出煤气流量控制值。
按上述方案，所述的空气限幅器具体包括：
第一煤气比较模块，用于判断是否MVt＜（1+K4）PVg，若是则令空气量上限La的值为MVt，若否则令空气流量控制值SPa=（1+K4）PVg；其中MVt为操控值，K4为限幅器第四参数，PVg为煤气流量过程值；
第二煤气比较模块，用于当空气量上限La的值为MVt时，判断是否La＞（1-K2）PVg，若是则令空气流量控制值SPa=MVt*BU，若否则令空气流量控制值SPa=（1-K2）PVg；其中K2为限幅器第二参数，BU为空煤气配比。
按上述方案，所述的煤气限幅器具体包括：
第一空气比较模块，用于判断是否MVt＞（1-K3）PVa/BU，若是则令煤气量上限Hg的值为MVt，若否则令煤气流量控制值SPg=（1-K3）PVa/BU；其中MVt为操控值，K3为限幅器第三参数，BU为空煤气配比，PVa为空气流量过程值；
第二空气比较模块，用于当煤气量上限Hg的值为MVt时，判断是否Hg＜（1+K1）PVa/BU，若是则令煤气流量控制值SPg=MVt，若否则令空气流量控制值SPg=（1+K1）PVa/BU；其中K1为限幅器第一参数。
一种用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
识别温度传感器采集的工业炉膛内温度过程值并存储；
识别流量检测器采集的输送气体的流量过程值并存储；
将温度过程值与温度设定值进行比较和计算，并输出操控值；
将操控值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制值；
将流量控制值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制指令给对应的执行器。
按上述方法，所述的流量过程值包括空气流量过程值和煤气流量过程值；
将操控值与流量过程值进行比较和计算时，将操控值与煤气流量过程值进行比较和计算，并输出空气流量控制值；将操控值与空气流量过程值进行比较和计算，并输出煤气流量控制值。
按上述方法，所述的将操控值与煤气流量过程值进行比较和计算，并输出空气流量控制值的具体步骤为：
判断是否MVt＜（1+K4）PVg，若是则令空气量上限La的值为MVt，若否则令空气流量控制值SPa=（1+K4）PVg；其中MVt为操控值，K4为限幅器第四参数，PVg为煤气流量过程值；
当空气量上限La的值为MVt时，判断是否La＞（1-K2）PVg，若是则令空气流量控制值SPa=MVt*BU，若否则令空气流量控制值SPa=（1-K2）PVg；其中K2为限幅器第二参数，BU为空煤气配比。
按上述方法，所述的将操控值与空气流量过程值进行比较和计算，并输出煤气流量控制值的具体步骤为：
判断是否MVt＞（1-K3）PVa/BU，若是则令煤气量上限Hg的值为MVt，若否则令煤气流量控制值SPg=（1-K3）PVa/BU；其中MVt为操控值，K3为限幅器第三参数，BU为空煤气配比，PVa为空气流量过程值；
当煤气量上限Hg的值为MVt时，判断是否Hg＜（1+K1）PVa/BU，若是则令煤气流量控制值SPg=MVt，若否则令空气流量控制值SPg=（1+K1）PVa/BU；其中K1为限幅器第一参数。
本发明的有益效果为：
1、本发明基于串级控制原理，对炉内温度过程值与系统或操作者设定值进行比较，并加入气体流量对温度的影响，对流量过程值与温度控制器输出的控制值进行比较，由流量控制器进行控制运算，进而输出对流量执行机构的操纵量（如阀门开度），从而达到对热轧加热炉与冷轧退火炉中的燃烧情况的自动控制目的。
2、进一步的，通过加入空煤气配比这一参数对燃烧的影响，实现空气过剩的优化设定与调整；依据空煤气配比优化设定，流量执行机构进行开度调整动作，同时，综合考虑燃烧效率与加热效果，进行安全限幅，确保燃烧控制高效而安全。
3、通过采用本发明系统及方法，系统易使用、易重用、易调试、易维护。可以根据实际需要对各参数进行设定控制，能进行在线调整优化，提高燃烧控制系统的适应能力；并且能准确及时响应操作者与关联系统的控制要求，最优化控制燃烧过程，并能直观对燃烧控制过程评价，实现节能减排的效果。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明一实施例的结构框图。
图3为本发明一实施例中的煤气流量限幅逻辑框图。
图4为本发明一实施例中的空气流量限幅逻辑框图。
具体实施方式
热轧连续加热炉及冷轧连续退火炉在钢铁轧制生产工艺中占有重要的地位。加热炉的任务是加热钢坯，使钢坯温度及其温度分布满足轧制要求。退火炉的任务是加热钢带，促进钢带的再结晶，结合张力及还原气氛的作用，改善板带表面质量与板形。通过对燃烧系统的构成单元与结构参数合理设计，从而使燃烧效率高、控制安全，确保炉内高品质的工艺处理过程，也达到节能减排的目的。
下面结合实施及附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的结构框图，图2为本发明一实施例的结构框图，它包括：温度变送器，用于识别温度传感器采集的工业炉膛内温度过程值并存储；流量变送器，用于识别流量检测器采集的输送气体的流量过程值并存储；温度控制器，用于将温度过程值与温度设定值进行比较和计算，并输出操控值；限幅器，用于将操控值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制值；流量控制器，用于将流量控制值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制指令给对应的执行器。
本实施例中，流量变送器包括空气流量变送器和煤气流量变送器；其中空气流量变送器用于识别流量检测器采集的输送空气的空气流量过程值并存储，煤气流量变送器用于识别流量检测器采集的输送煤气的煤气流量过程值并存储。限幅器包括空气限幅器和煤气限幅器；其中空气限幅器用于将操控值与煤气流量过程值进行比较和计算，并输出空气流量控制值，煤气限幅器用于将操控值与空气流量过程值进行比较和计算，并输出煤气流量控制值。
空气限幅器具体包括：第一煤气比较模块，用于判断是否MVt＜（1+K4）PVg，若是则令空气量上限La的值为MVt，若否则令空气流量控制值SPa=（1+K4）PVg；其中MVt为操控值，K4为限幅器第四参数，PVg为煤气流量过程值；第二煤气比较模块，用于当空气量上限La的值为MVt时，判断是否La＞（1-K2）PVg，若是则令空气流量控制值SPa=MVt*BU，若否则令空气流量控制值SPa=（1-K2）PVg；其中K2为限幅器第二参数，BU为空煤气配比。
煤气限幅器具体包括：第一空气比较模块，用于判断是否MVt＞（1-K3）PVa/BU，若是则令煤气量上限Hg的值为MVt，若否则令煤气流量控制值SPg=（1-K3）PVa/BU；其中MVt为操控值，K3为限幅器第三参数，BU为空煤气配比，PVa为空气流量过程值；第二空气比较模块，用于当煤气量上限Hg的值为MVt时，判断是否Hg＜（1+K1）PVa/BU，若是则令煤气流量控制值SPg=MVt，若否则令空气流量控制值SPg=（1+K1）PVa/BU；其中K1为限幅器第一参数。
一种用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制方法，包括以下步骤：识别温度传感器采集的工业炉膛内温度过程值并存储；识别流量检测器采集的输送气体的流量过程值并存储；将温度过程值与温度设定值进行比较和计算，并输出操控值；将操控值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制值；将流量控制值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制指令给对应的执行器。
流量过程值包括空气流量过程值和煤气流量过程值；将操控值与流量过程值进行比较和计算时，将操控值与煤气流量过程值进行比较和计算，并输出空气流量控制值；将操控值与空气流量过程值进行比较和计算，并输出煤气流量控制值。
将操控值与煤气流量过程值进行比较和计算，并输出空气流量控制值的具体步骤如图4所示：判断是否MVt＜（1+K4）PVg，若是则令空气量上限La的值为MVt，若否则令空气流量控制值SPa=（1+K4）PVg；其中MVt为操控值，K4为限幅器第四参数，PVg为煤气流量过程值；当空气量上限La的值为MVt时，判断是否La＞（1-K2）PVg，若是则令空气流量控制值SPa=MVt*BU，若否则令空气流量控制值SPa=（1-K2）PVg；其中K2为限幅器第二参数，BU为空煤气配比。
将操控值与空气流量过程值进行比较和计算，并输出煤气流量控制值的具体步骤如图3所示：判断是否MVt＞（1-K3）PVa/BU，若是则令煤气量上限Hg的值为MVt，若否则令煤气流量控制值SPg=（1-K3）PVa/BU；其中MVt为操控值，K3为限幅器第三参数，BU为空煤气配比，PVa为空气流量过程值；当煤气量上限Hg的值为MVt时，判断是否Hg＜（1+K1）PVa/BU，若是则令煤气流量控制值SPg=MVt，若否则令空气流量控制值SPg=（1+K1）PVa/BU；其中K1为限幅器第一参数。
本发明提供的流量控制器与温度控制器在基础自动化控制系统中实现，根据现场实际操作过程，流量控制器自身也能独立运行调节，也能作为温度串级控制器的内环跟踪，完成以温度为目标的控制功能。流量控制与温度串级控制可以实现无扰切换。
本发明所提供的煤气流量限幅器中，温度控制器的操纵值与空气流量过程值进行限幅运算比较，控制器的煤气流量输出依据比较结果，结合燃烧参数空燃比值作用于实际的煤气流量执行机构；空气流量输出依据比较结果，结合限幅器，温度控制器的操纵值与煤气流量过程值进行限幅运算比较，结合燃烧参数空燃比值作用于实际的空气流量执行机构。
本发明所提供的限幅器运用结构化控制语言平台，输入端包括空、煤气流量数据采集量、空燃比优化设定值、限幅模型参数以及温度控制器的操纵量，输出端则包括空、煤气量的系统给定值及燃烧控制过程评价。结构化控制程序实现了输入到输出的模型转换与控制。
Claims (8)
1.一种用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制系统，其特征在于：它包括：
温度变送器，用于识别温度传感器采集的工业炉膛内温度过程值并存储；
流量变送器，用于识别流量检测器采集的输送气体的流量过程值并存储；
温度控制器，用于将温度过程值与温度设定值进行比较和计算，并输出操控值；
限幅器，用于将操控值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制值；
流量控制器，用于将流量控制值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制指令给对应的执行器。
2.根据权利要求1所述的用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制系统，其特征在于：所述的流量变送器包括空气流量变送器和煤气流量变送器；其中空气流量变送器用于识别流量检测器采集的输送空气的空气流量过程值并存储，煤气流量变送器用于识别流量检测器采集的输送煤气的煤气流量过程值并存储；
所述的限幅器包括空气限幅器和煤气限幅器；其中空气限幅器用于将操控值与煤气流量过程值进行比较和计算，并输出空气流量控制值，煤气限幅器用于将操控值与空气流量过程值进行比较和计算，并输出煤气流量控制值。
3.根据权利要求2所述的用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制系统，其特征在于：所述的空气限幅器具体包括：
第一煤气比较模块，用于判断是否MVt＜（1+K4）PVg，若是则令空气量上限La的值为MVt，若否则令空气流量控制值SPa=（1+K4）PVg；其中MVt为操控值，K4为限幅器第四参数，PVg为煤气流量过程值；
第二煤气比较模块，用于当空气量上限La的值为MVt时，判断是否La＞（1-K2）PVg，若是则令空气流量控制值SPa=MVt*BU，若否则令空气流量控制值SPa=（1-K2）PVg；其中K2为限幅器第二参数，BU为空煤气配比。
4.根据权利要求2所述的用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制系统，其特征在于：所述的煤气限幅器具体包括：
第一空气比较模块，用于判断是否MVt＞（1-K3）PVa/BU，若是则令煤气量上限Hg的值为MVt，若否则令煤气流量控制值SPg=（1-K3）PVa/BU；其中MVt为操控值，K3为限幅器第三参数，BU为空煤气配比，PVa为空气流量过程值；
第二空气比较模块，用于当煤气量上限Hg的值为MVt时，判断是否Hg＜（1+K1）PVa/BU，若是则令煤气流量控制值SPg=MVt，若否则令空气流量控制值SPg=（1+K1）PVa/BU；其中K1为限幅器第一参数。
5.一种用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
识别温度传感器采集的工业炉膛内温度过程值并存储；
识别流量检测器采集的输送气体的流量过程值并存储；
将温度过程值与温度设定值进行比较和计算，并输出操控值；
将操控值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制值；
将流量控制值与流量过程值进行比较和计算，并输出流量控制指令给对应的执行器。
6.根据权利要求5所述的用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制方法，其特征在于：所述的流量过程值包括空气流量过程值和煤气流量过程值；
将操控值与流量过程值进行比较和计算时，将操控值与煤气流量过程值进行比较和计算，并输出空气流量控制值；将操控值与空气流量过程值进行比较和计算，并输出煤气流量控制值。
7.根据权利要求6所述的用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制方法，其特征在于：所述的将操控值与煤气流量过程值进行比较和计算，并输出空气流量控制值的具体步骤为：
判断是否MVt＜（1+K4）PVg，若是则令空气量上限La的值为MVt，若否则令空气流量控制值SPa=（1+K4）PVg；其中MVt为操控值，K4为限幅器第四参数，PVg为煤气流量过程值；
当空气量上限La的值为MVt时，判断是否La＞（1-K2）PVg，若是则令空气流量控制值SPa=MVt*BU，若否则令空气流量控制值SPa=（1-K2）PVg；其中K2为限幅器第二参数，BU为空煤气配比。
8.根据权利要求6所述的用于燃气与助燃空气混合燃烧加热的燃烧控制方法，其特征在于：所述的将操控值与空气流量过程值进行比较和计算，并输出煤气流量控制值的具体步骤为：
判断是否MVt＞（1-K3）PVa/BU，若是则令煤气量上限Hg的值为MVt，若否则令煤气流量控制值SPg=（1-K3）PVa/BU；其中MVt为操控值，K3为限幅器第三参数，BU为空煤气配比，PVa为空气流量过程值；
当煤气量上限Hg的值为MVt时，判断是否Hg＜（1+K1）PVa/BU，若是则令煤气流量控制值SPg=MVt，若否则令空气流量控制值SPg=（1+K1）PVa/BU；其中K1为限幅器第一参数。
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