罐式炉火道温度自动控制系统的制作方法

本发明涉及一种罐式炉，尤其涉及一种罐式炉火道温度自动控制系统，应用在炭素行业生产铝用阳极、阴极、电极以及炭素石墨化材料煅烧用的罐式炉中。

背景技术：

近年来，由于电解铝价格的持续走低，企业生产成本高涨，同时原料市场相对价格较高，罐式煅烧炉在石油焦煅烧领域的优势更为突出，逐渐占据市场。但罐式炉自动化水平低、劳动效率低是业界公认的事实。罐式炉产品取决于料箱温度分布，而料箱温度取决于火道内的火焰形状和温度分布。然而目前，罐式炉的生产中对于温度的控制完全取决于人工干预和生产经验，不仅劳动强度大，所需调温岗位多，而且温度调节不及时，并且火道温差大，严重影响了产品质量的稳定性。

更重要的是人工调温往往出现失误，使得火道温度出现超温，对罐式炉火道耐火材料寿命的负面影响极大。因此迫切需要开发罐式炉燃烧控制系统，它不仅能提高劳动效率，降低劳动强度，保证产品质量和炉子运行更加稳定，更能延长炉子使用寿命。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而提出的一种罐式炉火道温度自动控制系统，其目的是为了实现罐式炉同组火道温度分布一致性以及每条火道温度分布等工艺参数的自动控制，提高罐式炉生产稳定性和产品质量均一性，延长炉体耐火材料使用寿命，提高罐式炉煅烧自动化水平。

为达上述目的本发明罐式炉火道温度自动控制系统，包括底层就地控制系统和上层集中控制系统，煅烧车间每台罐式炉均配置一套就地控制系统，就地控制系统通过网络通讯系统连接至上层集中控制系统，实现对底层系统的统一管理与控制。

就地控制系统包括检测火道温度的温度传感器、检测火道压力的差压变送器、控制风量的调节阀、风量调节阀执行器、阀位反馈和就地控制器。

温度传感器，分别安装于二层火道后墙及八层火道后墙位置，前者采用s型热电偶或者光电热电偶，后者采用n型镍铬镍硅铠装热电偶，长度均为1.5m。

差压变送器，安装在三层火道前墙位置，精度0.1pa。

风量调节阀安装于首层入口前墙位置，阀门上安装透视耐温玻璃用于观察首层火焰分布情况，风量调节阀采用蝶阀或者翻板阀，开度范围0-90°，风量调节阀执行器与前墙表面的最近距离100-150mm。

就地控制器，每台罐式炉配置一个，安装于罐式炉前墙钢平台的端头或者中间部位，柜内包括控制系统的中央控制器，温度补偿器、触摸显示屏。

温度传感器发送毫伏mv信号，信号具体范围由传感器类型确定，差压变送器发送4~20ma信号，风量调节阀控制及反馈信号为0~10v信号。

就地控制系统具有包括八大界面，主界面、自动模式调节参数设定界面、炉体安全参数设定界面、清道和清罐模式温度曲线界面、挥发分道耦合模式调节参数界面、参数设定登录界面、报警界面以及软件配置说明界面，能实现自动、手动、停止、清挥发分通道和清理料罐的控制模式，相互之间的整体或单条火道模式的切换，对控制目标、控制精度、阀门动作频率、报警范围、升温速率的参数进行设定。

主界面包括火道序号、控制模式、阀门设定开度、阀门反馈实际开度、二层火道温度、二层温度偏差、八层火道温度以及压力显示。

自动模式调节参数设定界面包含二层和八层控制目标温度设定，每条火道温度和压力的偏移量设定、压力设定值的上限和下限值、二层与八层温度的偏差容限值、阀门开度最大值、最小值与备份值。

炉体安全参数设定界面包含清挥发分道和清料罐温度下限值，炉体火道温度上限及下限、炉体预警温度下限值、总管负压低上限值和火道负压低上限值。

清道和清罐模式温度曲线界面包含曲线终温值、清道结束升温时间、清道阀门开度备份值。

挥发分道耦合模式调节参数界面包括是否启用耦合控制模式的选择、耦合控制压力上限和下限值，耦合控制负压设定值，阀门动作因子以及阀门动作周期。

报警界面包括供电、通讯、信号测量和工艺过程报警，其中信号报警主要为总管压力、二层和八层温度、三层压力、风阀阀位，工艺过程报警包含炉体温度、炼炉工况以及二层火道偏差、八层火道偏差、负压和阀位。

上层集中控制系统，由通讯网、交换机、中控操作站以及系统维护站构成，同时留有厂级预留窗口，将数据传递至更上一级的dcs、mes系统中，中控操作间移动终端采用一用一备。

上层集中控制系统包括五大界面，为用户登录界面、主界面、数据趋势界面、工艺参数设定界面以及报警界面。

主界面包括每台罐式炉的所有温度和负压检测数据，根据需要选择不同的罐式炉数据进行显示，包含火道序号、二层温度、八层温度、三层负压、温度偏差、阀门开度的参数。

数据趋势界面，包括每台罐式炉的所有温度和负压检测数据、阀门开度的参数长期运行的趋势分布，实际是调用储存的历史数据，绘制成曲线，供用户查询运行记录与分析，按任何一台炉的任何一组数据进行单选或者多选查询。

工艺参数设定界面，包括对不同炉子的生产工艺参数设定。

报警界面，包括两个部分，实时报警和历史报警，包含了所有数据的报警记录，能实现实时和历史报警记录的查询与分析，包括报警时间、报警原因、报警持续记录以及报警消除记录。

就地控制系统对同组火道温度平衡性调控或单条火道温度精确性调控。

就地控制系统采用设定值与火道温度平均值的偏差为判定，当偏差高于设定值x1，或者低于设定值x2时，系统进行火道温度平衡性调节，当偏差在x1~x2范围内时，系统进行单条火道温度调控。

温度平衡性调节，采用pid控制，被控对象是设定值与火道温度平均值的偏差，用于控制虚拟阀位，当在设定偏差范围外，利用pid计算的虚拟阀位值调节阀门，使同组火道温度平均值控制在设定范围，每条火道温度波动范围不超调。

单条火道温度调控方法，采用pid控制，被控对象是设定值和火道温度的偏差，取消平衡性调控方法中的虚拟阀位调节，重新启用新的pid控制，使单条火道温度的精确性。

本发明的优点效果：

本发明对煅烧车间每组罐式炉每条火道温度分布进行精确控制，更能对整个车间的所有检测与控制数据进行统一管理。该系统不仅可以取代人工调温，减少劳动定员，提高罐式炉生产稳定性和产品质量均一性，更能精确控制火道温度在目标范围内波动，防止超温现象，大大延长罐式炉使用寿命。

附图说明

图1为本发明的罐式炉火道温度自动控制系统就地控制系统结构。

图2为本发明的同组罐式炉过程检测和控制流程图。

图中：1、温度传感器；2、差压变送器；3、风量调节阀执行器；4、就地控制器；5、调节阀；6、阀位反馈。

具体实施方式

下面对本发明的实施例结合附图加以详细描述，但本发明的保护范围不受实施例所限。

如图所示本发明罐式炉火道温度自动控制系统，包括底层就地控制系统和上层集中控制系统，煅烧车间每台罐式炉均配置一套就地控制系统，就地控制系统通过网络通讯系统连接至上层集中控制系统，实现对底层系统的统一管理与控制。

就地控制系统包括检测火道温度的温度传感器1、检测火道压力的差压变送器2、控制风量的调节阀5、风量调节阀执行器3、阀位反馈6和就地控制器。

温度传感器1，分别安装于二层火道后墙及八层火道后墙位置，前者采用s型热电偶或者光电热电偶，后者采用n型镍铬镍硅铠装热电偶，长度均为1.5m。

差压变送器2，安装在三层火道前墙位置，精度0.1pa。

风量调节阀5安装于首层入口前墙位置，阀门上安装透视耐温玻璃用于观察首层火焰分布情况，风量调节阀采用蝶阀或者翻板阀，开度范围0-90°，风量调节阀执行器3与前墙表面的最近距离100-150mm。

就地控制器4，每台罐式炉配置一个，安装于罐式炉前墙钢平台的端头或者中间部位，柜内包括控制系统的中央控制器，温度补偿器、触摸显示屏。

温度传感器发送毫伏mv信号，信号具体范围由传感器类型确定，差压变送器发送4~20ma信号，风量调节阀控制及反馈信号为0~10v信号。

就地控制系统具有包括八大界面，主界面、自动模式调节参数设定界面、炉体安全参数设定界面、清道和清罐模式温度曲线界面、挥发分道耦合模式调节参数界面、参数设定登录界面、报警界面以及软件配置说明界面，能实现自动、手动、停止、清挥发分通道和清理料罐的控制模式，相互之间的整体或单条火道模式的切换，对控制目标、控制精度、阀门动作频率、报警范围、升温速率的参数进行设定。

主界面包括火道序号、控制模式、阀门设定开度、阀门反馈实际开度、二层火道温度、二层温度偏差、八层火道温度以及压力显示。

自动模式调节参数设定界面包含二层和八层控制目标温度设定，每条火道温度和压力的偏移量设定、压力设定值的上限和下限值、二层与八层温度的偏差容限值、阀门开度最大值、最小值与备份值。

炉体安全参数设定界面包含清挥发分道和清料罐温度下限值，炉体火道温度上限及下限、炉体预警温度下限值、总管负压低上限值和火道负压低上限值。

清道和清罐模式温度曲线界面包含曲线终温值、清道结束升温时间、清道阀门开度备份值。

挥发分道耦合模式调节参数界面包括是否启用耦合控制模式的选择、耦合控制压力上限和下限值，耦合控制负压设定值，阀门动作因子以及阀门动作周期。

报警界面包括供电、通讯、信号测量和工艺过程报警，其中信号报警主要为总管压力、二层和八层温度、三层压力、风阀阀位，工艺过程报警包含炉体温度、炼炉工况以及二层火道偏差、八层火道偏差、负压和阀位。

上层集中控制系统，由通讯网、交换机、中控操作站以及系统维护站构成，同时留有厂级预留窗口，将数据传递至更上一级的dcs、mes系统中，中控操作间移动终端采用一用一备。

上层集中控制系统包括五大界面，为用户登录界面、主界面、数据趋势界面、工艺参数设定界面以及报警界面。

主界面包括每台罐式炉的所有温度和负压检测数据，根据需要选择不同的罐式炉数据进行显示，包含火道序号、二层温度、八层温度、三层负压、温度偏差、阀门开度的参数。

数据趋势界面，包括每台罐式炉的所有温度和负压检测数据、阀门开度的参数长期运行的趋势分布，实际是调用储存的历史数据，绘制成曲线，供用户查询运行记录与分析，按任何一台炉的任何一组数据进行单选或者多选查询。

工艺参数设定界面，包括对不同炉子的生产工艺参数设定。

报警界面，包括两个部分，实时报警和历史报警，包含了所有数据的报警记录，能实现实时和历史报警记录的查询与分析，包括报警时间、报警原因、报警持续记录以及报警消除记录。

就地控制系统对同组火道温度平衡性调控或单条火道温度精确性调控。

就地控制系统采用设定值与火道温度平均值的偏差为判定，当偏差高于设定值x1，或者低于设定值x2时，系统进行火道温度平衡性调节，当偏差在x1~x2范围内时，系统进行单条火道温度调控。

温度平衡性调节，采用pid控制，被控对象是设定值与火道温度平均值的偏差，用于控制虚拟阀位，当在设定偏差范围外，利用pid计算的虚拟阀位值调节阀门，使同组火道温度平均值控制在设定范围，每条火道温度波动范围不超调。

单条火道温度调控方法，采用pid控制，被控对象是设定值和火道温度的偏差，取消平衡性调控方法中的虚拟阀位调节，重新启用新的pid控制，使单条火道温度的精确性。

本发明温度传感器1检测火道温度，发送mv信号至就地控制器4，同时压力变送器2检测火道压力，发送4-20ma信号至就地控制器4，风量调节阀3的通过阀位反馈6反馈阀门开度0-10v信号至就地控制器4，就地控制器4经过综合分析及数据计算后，发送0-10v信号控制信号至风量调节阀执行器3，调节风量调节阀5的开度，实现风量的调节，从而控制火道内温度分布。