专利名称：一种基于蓄热式烧嘴的加热炉温度控制方法
技术领域：
本发明属于加工领域，尤其涉及一种基于蓄热式烧嘴的加热炉温度控制方法。
背景技术：
热风炉是冷轧工艺流程中对带钢进行加热式烘干处理的重要工序之一，一般 热风炉都采用传统辐射管进行加热，控制系统是常规的PID(Pr0p0rti0nal Integral Derivative Controller,比例积分微分调节器，简称PID)闭环模拟连续控制系统，通过调 节燃烧气体的流量控制炉温。蓄热式烧嘴具有很好的节能降耗特性，在热风炉改造中大量 应用，但由于两种烧嘴燃烧特性不同，其控制系统就不能简单地照搬常规闭环模拟连续控 制方式，需作相应的考虑。传统热风炉改造中，当使用蓄热式烧嘴替代原传统式烧嘴时，也有利用原来的常 规PID闭环模拟控制系统的，但它仅适用于温度变化不大的场合，此时燃气流量不会过小， 不会引起废气温度过高等问题。如果应用在温度变化较大、变化速度较高的场合(如连续 对不同规格带钢加热)，就会出现燃气流量大范围变化，当燃气流量过小时废气温度会因蓄 热式烧嘴特性急剧升高，导致原有炉温模拟连续控制系统不能稳定和精确控制炉温，所以 必需采用其它方法。如果不考虑投资和原系统的利用问题，一般都是采用适合于蓄热式烧 嘴的全数字离散控制系统替代原系统，这样就会造成投资加大、原系统报废以及新系统调 试风险增加等一系列问题，极大地制约了改造的稳妥性和经济性。蓄热式烧嘴工作原理蓄热式燃烧主要由燃烧器、蓄热体、切换系统及控制系统组 成。两个燃烧器成对使用，并作周期性交互式燃烧_停烧运行。如
图1所示，当燃烧器A进行燃烧时，燃烧器B则停烧，并作为高温废气排放通道。 A燃烧时，空气首先经A的蓄热体得到预热，然后与进入A中由于上述特点，对传统烧嘴炉子进行改造时，如果完全沿用原有控制方式，会造成 炉温控制系统状态不稳定。归纳起来主要有如下两个问题(1)当温度高于设定值时，原温控系统会逐渐减少空气、煤气流量V的输入，由于 蓄热式烧嘴的特有性质，当V减少到某值以下(如40%)时废气温度会迅速升高，超过安全 界限，引起保护功能动作，切断主煤气使热风炉停机，这个40%是一个平衡点；(2)当温度达到设定值时，原温控系统对蓄热式烧嘴的控制作用较弱，无法实现快 速稳定控制，造成温度继续上升，系统稳定性变差；
发明内容
本发明的目的是提供一种基于蓄热式烧嘴的加热炉温度控制方法，解决使用蓄热 式烧嘴带来的原系统炉温控制不适应，以及全数字离散控制系统投资大的问题，同时考虑 减少煤气开闭阀的动作次数，充分利用原模拟连续控制系统功能，开发简易数字离散控制 系统，有机结合两者特性实现基于蓄热式烧嘴改造的加热炉温度控制。本发明的技术构思如下利用蓄热式烧嘴废气温度T与空气、煤气流量V成反比例关系，以及在大于一定流量V的情况下废气温度T不会太高这个特点，选定一个流量平衡点 (所谓“平衡点”是指通过试验确定一个流量值，当小于它时废气温度可能会大幅升高，引起 系统保护动作切断主煤气；当大于它时废气温度不会过高，系统保护不动作，可以进行正常 的温度控制)，在大于这个平衡点时使用原模拟连续控制系统，在小于这个平衡点时采用简 易数字离散控制系统，即此时流量V不再减小，而是通过关闭或接通若干烧嘴的离散控制 方式(0N/0FF方式)进行流量V的调节，首先将炉温预控到某个值，使流量V可以再次回到 较大位置，然后进行模拟连续控制。简单地说，就是大流量时用原系统的模拟连续控制，小 流量时用新开发的简易数字离散控制，再配合模拟连续控制来适应蓄热式烧嘴的炉温控制 要求，这样不但充分利用了原系统，也降低了煤气开闭阀的动作次数。本发明的目的是这样实现的一种基于蓄热式烧嘴的加热炉温度控制方法，空气、 煤气流量大于平衡点时，以模拟连续控制方式控制；当空气、煤气流量小于平衡点时，停止 模拟连续控制，对炉子各个烧嘴中的部分烧嘴进等一系列问题，减少改造风险，充分利用原系统，在满足控制要求的情况下减少投资。
以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步说明。图1为蓄热式烧嘴原理图；图2为传统烧嘴的特征示意图；图3为蓄热式烧嘴的特性示意图；图4为温度控制示意图。图中，蓄热体1。
具体实施例方式实施例1下面以八个烧嘴的炉子为例，对数字离散控制进行说明，烧嘴编号为Al、A2、A3、 八4、81、82、83、84，如表1所示。有五个模式(具体数据仅供参考，不同炉子需通过试验获 得相应数据)，进行烧、停控制，实现对温度的粗调。一般考虑采取前馈的方法实现，整个温 度控制总体策略按照表1所示方式进行控制。表1数字离散控制
当设定温度从高变到低时，可直接投入B方式中的相应模式；而当设定温度从低 变到高时，为减少升温时间，需首先投入M0DE1，并配合A方式进行全速升温，当实际温度超 过设定温度20°C时，再投入相应模式使温度降到设定温度以下的预控温度，以便A方式能 够继续起作用，最终达到设定温度。实施例2如图4所示，一个较典型的温度控制过程。在初次升温过程中，A方式投入，B方式 启用M0DE1，全部烧嘴燃烧，此时燃气流量开到最大(100%)，以最大能力进行升温。当达到 或接近设定温度时，根据PID控制，流量开始下降，当降低到40%左右时，如果炉温未降到 设定值，则为防止废气温度过高不宜再降低流量，而是采用B方式中的某个模式关闭部分 烧嘴进行温控粗调。当粗调使温度下降到一定温度(预控温度，一般比设定温度低30°C) 时，A方式再次投入，燃气流量又开始进行PID调节直到设定温度，然后按照反馈控制进入 稳定控制状态。实施例3生产某产品时炉温设定为250°C，此时A方式处于稳定的闭环控制状态，燃气流量 V在75%左右，B方式对应的模式为M0DE3，即A1、A2和B1、B2处于OFF状态。当生产另一 种产品时，需要炉温上升到300°C。此时，A方式根据闭环控制特性，燃气流量V很快上升到 100%，同时B方式对应的模式变为MODEl，即Al、A2和Bi、B2切换到ON状态，使所有烧嘴 全开，配合A方式进行快速升温。当接近或达到300°C时，燃气流量V逐步减小至到40%， 由于温度的惯性，实际温度仍会上升一些，当达到320°C时B方式由MODEl变为M0DE2，温度逐步降低，在降到预控温度270°C后A方式再次投入进行升温，燃气流量V逐步增加，达到 81%左右时炉温基本稳定在290°C -310°C附近，进入稳定控制状态。此后燃气流量V将根 据带钢速度、规格等变化而调节，其范围一般在50% -90%。当出现设备或控制异常时，废 气温度会上升，当接近限定值(400°C )时(一般在390°C )，就要通入外部空气进行稀释降 温，使废气温度快速降下来。一旦这种措施无法制止废气温度进一步上升，则在废气温度到 达400°C时就切断主煤气。综上所述，本发明可以较大程度的缓解采用适合于蓄热式烧嘴的全数字离散控制 系统替代原系统造成投资加大、原系统报废以及新系统调试风险增加等一系列问题，减少 改造风险，充分利用原系统，在满足控制要求的情况下减少投资，因而具备良好的推广及应 用前景。要注意的是，以上列举的仅为本发明的一个具体实施例，显然本发明不限于以上 实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出 或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
一种基于蓄热式烧嘴的加热炉温度控制方法，其特征在于当空气、煤气流量大于平衡点时，以模拟连续控制方式控制；当空气、煤气流量小于平衡点时，停止模拟连续控制，对炉子各个烧嘴中的部分烧嘴进行烧、停控制，首先将炉温粗调到设定温度以下30℃，然后再次投入模拟连续控制方式向设定温度方向升温，燃气流量根据PID调节开始增加，直到设定温度，最后进入反馈控制的稳定状态。
2.如权利要求1所述的基于蓄热式烧嘴的加热炉温度控制方法，其特征在于当废气 温度接近限定值时，通入外部空气稀释降温，以达到快速降温控制。
3.如权利要求2所述的基于蓄热式烧嘴的加热炉温度控制方法，其特征在于当废气 温度超过加热炉预警温度时，将主煤气切断。
全文摘要
本发明公开了一种基于蓄热式烧嘴的加热炉温度控制方法，当空气、煤气流量大于平衡点时，以模拟连续控制方式控制；当空气、煤气流量小于平衡点时，停止模拟连续控制，对炉子各个烧嘴中的部分烧嘴进行烧、停控制，首先将炉温粗调到设定温度以下30℃，然后再次投入模拟连续控制方式向设定温度方向升温，燃气流量根据PID调节开始增加，直到设定温度，最后进入反馈控制的稳定状态。本发明提供的方法不但适应了蓄热式烧嘴的炉温控制要求，还可借助原DCS系统进行数字离散控制编程，充分利用了原系统，节省了投资，因而具备良好的应用及推广前景。
文档编号F24H9/20GK101929736SQ20091005384
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者张伟, 王鲁 申请人:宝钢新日铁汽车板有限公司