板坯加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐

陳強(qiáng) 伍杉

摘 要：重鋼通過一級、二級分步實(shí)現(xiàn)自動燒鋼，有效的解決了難題并最終實(shí)現(xiàn)了全自動加熱。

關(guān)鍵詞：模糊控制；模型優(yōu)化；自動燃燒

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.18.087

1 重鋼板坯加熱爐燃燒模式介紹

加熱爐按燃燒模式分類主要有蓄熱燃燒模式、常規(guī)燃燒模式兩種。因蓄熱式加熱爐能較大節(jié)約煤氣消耗，在國內(nèi)得到大量推廣，近年新建加熱爐主要以蓄熱式加熱爐為主，蓄熱式燃燒模式加熱爐主要有空氣單蓄熱、空氣煤氣雙蓄熱、空氣單蓄熱+煤氣預(yù)熱等，重鋼熱軋薄板廠應(yīng)用的是空氣單蓄熱+煤氣預(yù)熱燃燒模式。蓄熱燃燒模式與常規(guī)燃燒模式最大區(qū)別是蓄熱式燃燒模式將燃燒廢氣（煙氣）的熱量轉(zhuǎn)化到蓄熱體，蓄熱體再將熱量傳遞給燃燒介質(zhì)，從而達(dá)到節(jié)約煤氣消耗的目的；但燃燒過程中排煙狀態(tài)和燃燒狀態(tài)，會造成煤氣段管的流量波動，爐子兩側(cè)溫度波動大。

目前國內(nèi)加熱爐自動燃燒燃燒控制系統(tǒng)并沒有因?yàn)樾顭崾郊訜釥t和常規(guī)式加熱爐燃燒模式的區(qū)別進(jìn)行改進(jìn)，仍采用PID控制，在國內(nèi)基本沒有蓄熱式加熱爐實(shí)現(xiàn)自動燃燒控制。

2 重鋼板坯加熱爐全自動燒鋼定義

（1）一級自動燒鋼是指人工輸入設(shè)定目標(biāo)溫度，控制系統(tǒng)能自動控制煤氣和空氣閥門開度，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度無限接近控制目標(biāo)。

（2）二級自動燒鋼是指模型計(jì)算各段實(shí)時控制目標(biāo)溫度，使鋼坯出爐時計(jì)算溫度無限接近出爐目標(biāo)溫度。模型將計(jì)算該段所需加熱實(shí)時溫度下達(dá)給一級，一級作為段控制目標(biāo)溫度。

（3）同時實(shí)現(xiàn)一級、二級自動燒鋼稱為全自動燒鋼。

3 技術(shù)方案和實(shí)施

3.1 一級方案

采用模糊控制與流量PID相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)一級自動燒鋼。重鋼熱軋薄板廠的加熱爐為蓄熱式加熱爐，采用流量PID進(jìn)行控制，由于在燃燒換向時溫度、煤氣流量會產(chǎn)生波動，不易實(shí)現(xiàn)自動，因此攻關(guān)時，煤氣調(diào)節(jié)閥使用模糊控制，空氣調(diào)節(jié)閥采用模糊控制與流量PID相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)一級自動燒鋼。當(dāng)煤氣閥門開口度低于特定值時，空氣閥門采用模糊控制，反之則采用流量PID控制。

模糊控制技術(shù)的原理在于模擬人工操作思想，即實(shí)現(xiàn)當(dāng)實(shí)測溫度低于/高于設(shè)定溫度時增加/減小煤氣閥和空氣閥開度。煤氣閥位的變化量由溫差和溫閥系數(shù)決定。空氣閥的變化量由煤氣閥位變化量與空閥系數(shù)共同決定。閥門開度固定周期內(nèi)按目標(biāo)溫度與實(shí)際進(jìn)行比對進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時設(shè)置溫度控制精度，在精度范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定維持不變。

煤氣段調(diào)節(jié)閥自動控制，按合理固定的周期，通過對目標(biāo)溫度與爐內(nèi)溫度比較，溫差與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算閥門開度，對閥門進(jìn)行調(diào)整。

3.2 二級方案

模型優(yōu)化：智能控制系統(tǒng)的模型是為了對鋼坯的加熱過程進(jìn)行優(yōu)化控制，使加熱爐自動適應(yīng)多種生產(chǎn)狀況而提供的燃燒控制功能。通過優(yōu)化控制鋼坯的升溫過程，精確控制鋼坯的出爐溫度和均勻度，在提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量的前提下，降低能耗、減少氧化燒損。

智能控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型實(shí)時計(jì)算爐內(nèi)的各鋼坯溫度及鋼坯內(nèi)部的溫度分布，并根據(jù)預(yù)測的剩余在爐時間計(jì)算將該鋼坯加熱到目標(biāo)出爐溫度所必需的爐溫，然后綜合考慮爐內(nèi)各溫度控制段所有鋼坯的加熱要求，最終計(jì)算加熱爐各段爐溫的設(shè)定值；從而對鋼坯進(jìn)行優(yōu)化加熱，精確控制鋼坯的出爐溫度及升溫過程。

4 實(shí)施效果與鞏固措施

板坯加熱爐自動燃燒系統(tǒng)從構(gòu)思模擬人工操作到收集大量現(xiàn)場操作人員、技術(shù)人員意見建議形成討論方案，經(jīng)工藝與自動化程序員從編譯和執(zhí)行性、可行性等發(fā)面討論和論證最后定下實(shí)施方案。通過一級、二級分步實(shí)現(xiàn)自動燒鋼最終達(dá)到全自動鋼坯加熱。在實(shí)施過程中也遇到一些難題，比如一級控制目標(biāo)溫度的平穩(wěn)性較差、一級程序反應(yīng)的及時性、跟隨性、收斂性滯后，通過逐步優(yōu)化參數(shù)，設(shè)置一級目標(biāo)溫度升降幅度和一級目標(biāo)溫度收斂范圍，有效的解決了難題最終實(shí)現(xiàn)了全自動加熱。

板坯加熱爐自動燃燒系統(tǒng)調(diào)試完成后，得到熱軋薄板廠加熱爐所有看火工的認(rèn)可和接受，并喜歡和愿意使用該系統(tǒng)。板坯加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)應(yīng)用后降低煤氣消耗9%左右、降低氧化燒損0.11%左右、鋼坯計(jì)算溫度與目標(biāo)溫度差在10℃以內(nèi)，爐間差在7℃，溫度長度方向同板差減小8℃、爐子使用周期延長2個月、減少操作工4人。加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)的應(yīng)用降低了煤氣消耗、減少氧化燒損、提高加熱質(zhì)量、延長爐子使用周期減少操作工勞動強(qiáng)度，對企業(yè)降成本促生產(chǎn)有較大意義！

在調(diào)試和使用過程中主要出現(xiàn)兩個問題：二級給一級下達(dá)的目標(biāo)溫度（必須爐內(nèi)溫度）變化波動太快，比如溫度經(jīng)常從1210℃升到1290℃，然后又從1290℃降到1200℃，由于波動較大，一級實(shí)施和跟蹤非常困難。閥門控制和溫度的滯后性，閥門動作后必須燃燒后溫度才能有反饋，溫度反饋比較滯后，因此閥門圍繞目標(biāo)溫度不停的調(diào)整效果較差。設(shè)定二級每次下達(dá)指令幅度不高于10℃，避免調(diào)整太快一級不能適應(yīng)，將計(jì)算溫度策略優(yōu)化，保證溫度計(jì)算準(zhǔn)確性。爐溫檢測溫度與目標(biāo)溫度差正負(fù)8℃以內(nèi)，默認(rèn)接近目標(biāo)值，不在進(jìn)行閥位調(diào)整。

5 結(jié)論

加熱爐自動燃燒系統(tǒng)不僅僅局限適應(yīng)于重鋼熱軋薄板廠，可以推廣到板坯式加熱爐。由于燃燒系統(tǒng)不一樣，比如蓄熱式和常規(guī)燃燒模式燃燒過程中煤氣流量和溫度穩(wěn)定性不一樣，要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整一級自動控制方案；同時由于一些廠特殊產(chǎn)品要求不一樣，需要逐步優(yōu)化和完善，比如有的特鋼對加熱速度等有特別要求，需將特殊要求與二級模型中有機(jī)結(jié)合才能更好適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)要求，只有現(xiàn)場操作好用、職工愿意用才能得到較好推廣。板坯加熱爐自動燃燒控制系統(tǒng)繼續(xù)開發(fā)結(jié)合不同爐子特點(diǎn)和不同現(xiàn)場需求，滿足現(xiàn)場需求才有較強(qiáng)推廣性！

參考文獻(xiàn)

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