智能控制在軋鋼加熱爐上的節(jié)能應(yīng)用

仝軍營(yíng) 秦建軍 劉虎 徐興

摘 要：為減少燃料消耗，降低氧化燒損，提高加熱質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了加熱爐自動(dòng)燃燒優(yōu)化控制，優(yōu)化空燃比、鋼坯加熱質(zhì)量、爐內(nèi)溫度、爐內(nèi)氣氛（空燃比）、爐壓、排煙溫度等工藝參數(shù)，從而達(dá)到節(jié)約燃?xì)庀?、減少氧化燒損目的。本文對(duì)智能控制在軋鋼加熱爐上的節(jié)能應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化控制系統(tǒng);自尋優(yōu);先進(jìn)控制

1優(yōu)化控制系統(tǒng)在棒材加熱爐應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

優(yōu)化控制系統(tǒng)組成：加熱爐增加一套上海策立公司優(yōu)化控制系統(tǒng)，采用西門(mén)子TCP/IP通訊協(xié)議采集原系統(tǒng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化控制系統(tǒng)模型計(jì)算再送回原系統(tǒng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使燃燒優(yōu)化系統(tǒng)與原系統(tǒng)無(wú)縫整合到一起，在調(diào)試與運(yùn)行過(guò)程中不影響原系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2加熱爐各回路優(yōu)化控制方案設(shè)計(jì)

2.1爐膛溫度控制回路

燃燒制度設(shè)定功能：根據(jù)軋制工藝要求、熱裝情況，設(shè)定加熱爐各段溫度控制點(diǎn)，同時(shí)加熱爐根據(jù)各段溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)煤氣閥和空氣閥，同時(shí)對(duì)各控制點(diǎn)（排煙溫度、爐膛負(fù)壓等）進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。溫度擾動(dòng)觀測(cè)器模型：它通過(guò)計(jì)算爐內(nèi)溫度變化趨勢(shì)來(lái)提前調(diào)整煤氣量和風(fēng)量，以保證爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定性，模型輸出同時(shí)會(huì)調(diào)整煤氣量控制點(diǎn)、煤氣閥位和空氣閥位以提高調(diào)節(jié)的快速性?？杖急仁且粋€(gè)可變的比值，通過(guò)自尋優(yōu)算法計(jì)算得出，當(dāng)煤氣熱值、煤氣壓力、生產(chǎn)負(fù)荷甚至儀表性能等發(fā)生改變時(shí)，它都會(huì)被煤氣、空氣優(yōu)化功能所自動(dòng)改變。

空氣量?jī)?yōu)化模型：由于煤氣質(zhì)量的頻繁波動(dòng)以及前一級(jí)燃燒效果的影響，造成在該點(diǎn)與等量煤氣相對(duì)應(yīng)的空氣量也是不固定的，它應(yīng)根據(jù)煤氣熱值等變化而變化，最終目標(biāo)是讓所配風(fēng)量能讓進(jìn)爐煤氣完全燃燒，當(dāng)燃燒最完全時(shí)，會(huì)造成該段溫度有所上升，溫度優(yōu)化控制回路就會(huì)相應(yīng)降低煤氣量控制點(diǎn)，這樣就完成了又一次的優(yōu)化節(jié)能。智能手操：由于煤氣閥、空氣閥使用久了閥門(mén)的性能變差，如空行程大、死區(qū)大等，在控制指令送出之前，要經(jīng)過(guò)該智能手操，它能克服調(diào)節(jié)閥的這些約束而保證爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。閥位安全限幅與聯(lián)鎖功能：通過(guò)設(shè)置合理的上限或下限來(lái)保證生產(chǎn)安全。

2.2爐膛壓力控制回路

爐膛負(fù)壓前饋調(diào)節(jié)器：當(dāng)進(jìn)爐煤氣/空氣流量變大或變小，提前正作用煤煙/空煙引風(fēng)機(jī)動(dòng)作，輸出到“爐壓智能調(diào)節(jié)器”模塊，穩(wěn)定爐膛壓力作用。爐壓智能調(diào)節(jié)器：處理后的爐壓測(cè)量值與爐壓設(shè)定值比較，經(jīng)該模塊計(jì)算輸出開(kāi)度到智能軟手操;該調(diào)節(jié)器采用區(qū)間控制，在爐膛壓力高或低的情況下，優(yōu)先調(diào)整各段煤煙/空煙閥位，超限后則提高或降低煤煙/ 空煙引風(fēng)機(jī)頻率。閥位安全限幅與聯(lián)鎖功能：通過(guò)設(shè)置合理的上限或下限來(lái)保證生產(chǎn)安全。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在爐膛壓力超標(biāo)的情況下，優(yōu)先提高煙溫的閥位，在排除換向的特殊情況下，持續(xù)過(guò)高的壓力，則提高引風(fēng)機(jī)的頻率;為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的爐膛壓力控制，在空氣總管、煤氣總管的壓力及流量變化時(shí)，引風(fēng)機(jī)提前動(dòng)作。在負(fù)壓調(diào)節(jié)回路上增加前饋調(diào)節(jié)器用于改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，前饋調(diào)節(jié)解決的是當(dāng)進(jìn)爐煤氣、空氣發(fā)生量變化時(shí)提前給煙道閥一個(gè)改變量。

2.3煙溫控制回路

根據(jù)對(duì)應(yīng)的支管流量來(lái)前饋控制煙溫閥門(mén)的動(dòng)作。同時(shí)采用軟伺服技術(shù)、擾動(dòng)觀察器、重疊控制技術(shù)等先進(jìn)控制算法，提高煙溫的控制精度;擾動(dòng)觀測(cè)器模型將被控變量的變化趨勢(shì)、幅度以及干擾來(lái)源進(jìn)行智能計(jì)算，作為智能控制器的前饋輸入而很好地提高了控制品質(zhì);由于燃燒裝置的控制系統(tǒng)復(fù)雜，耦合性、時(shí)變性和非線性嚴(yán)重，執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能差等原因，常規(guī)PID算法是無(wú)法讓人滿(mǎn)意的。智能控制器的設(shè)計(jì)則充分考慮了這些因素，把人的操作經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)代控制理論結(jié)合在了一起，達(dá)到了非常理想的控制效果。

2.4爐膛壓力與煙溫協(xié)調(diào)控制設(shè)計(jì)

爐膛壓力與煙溫協(xié)調(diào)控制主要在保證爐膛微正壓的情況下，根據(jù)壓力情況調(diào)整煙溫的控制點(diǎn)，當(dāng)爐膛壓力過(guò)高造成高溫?zé)煔獾男孤焕跓煔鉄崃康挠行Ю?實(shí)現(xiàn)空煙溫度和煤煙溫度的均衡控制，保證由于溫度偏差大造成煙氣熱量利用率低和高溫?zé)煔馀懦龅呐艧煖囟鹊脑龃蟆?/p>

2.5加熱爐安全運(yùn)行控制功能設(shè)計(jì)

（1）智能語(yǔ)音報(bào)警功能。優(yōu)化控制系統(tǒng)將加熱爐的主要運(yùn)行故障都納進(jìn)了智能語(yǔ)音報(bào)警模型，當(dāng)某種故障發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生，優(yōu)化控制系統(tǒng)會(huì)以不同的模仿真人聲音進(jìn)行報(bào)警，直接定位到點(diǎn)。如果優(yōu)化控制系統(tǒng)處于全面自動(dòng)優(yōu)化狀態(tài)，操作人員只在報(bào)警出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行干預(yù)，這就是我們所說(shuō)的“準(zhǔn)無(wú)人化操作”。（2）通訊故障自動(dòng)切換功能。當(dāng)優(yōu)化控制系統(tǒng)與PLC 系統(tǒng)的DB通訊出現(xiàn)異常且在一定時(shí)間沒(méi)有自動(dòng)恢復(fù)時(shí)，優(yōu)化控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將控制權(quán)無(wú)擾切換到PLC側(cè)并報(bào)警。（3）軟測(cè)量模型——部分儀表故障的自動(dòng)處理。主要有三種情形：一是測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)確，優(yōu)化控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)其變化趨勢(shì)實(shí)施有效的優(yōu)化操作;二是優(yōu)化控制系統(tǒng)可以自動(dòng)剔除完全損壞的儀表，如煤氣流量，并自動(dòng)消除由此帶來(lái)的突變影響或可切換至軟測(cè)量模型;三是設(shè)計(jì)了智能控制器用于對(duì)付那些特性不好的閥門(mén)或液力耦合器等。（4）部分工藝故障的自動(dòng)處理。優(yōu)化控制系統(tǒng)已完成了如下工藝故障的自動(dòng)處理模型：一是預(yù)防不完全燃燒控制模型，二是爐膛溫度梯度不平衡處理模型。（5）智能閥門(mén)軟伺服模型。該功能模塊僅用來(lái)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)情況，設(shè)定閥門(mén)動(dòng)作幅度和頻次，延長(zhǎng)閥門(mén)使用壽命。該模型與控制功能中的擾動(dòng)觀察器模型配合使用，在不降低控制精度的情況下，最大程度地保證閥門(mén)動(dòng)作符合操作習(xí)慣，保護(hù)閥門(mén)壽命。（6）高抗干擾能力。系統(tǒng)的諸多數(shù)據(jù)處理和控制方案中，涉及到煤氣壓力波動(dòng)和煤氣熱值波動(dòng)的處理，使得系統(tǒng)在煤氣壓力波動(dòng)和煤氣熱值波動(dòng)時(shí)候，依然能夠穩(wěn)定地、安全地、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

3加熱爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)與考核功能

針對(duì)每一個(gè)班的主要運(yùn)行參數(shù)以及噸鋼煤氣消耗、運(yùn)行穩(wěn)定性等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)還對(duì)本班的各個(gè)回路的自控率及總自控率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以直觀地顯示本班、上班及本月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，讓運(yùn)行人員能夠了解上班及以前的操作水平，為其運(yùn)行提供參考。

結(jié)束語(yǔ)：加熱爐優(yōu)化控制技術(shù)在一棒加熱爐上應(yīng)用已有一年時(shí)間，提高了加熱爐燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，使加熱爐軋鋼溫度運(yùn)行更加平穩(wěn)，生產(chǎn)更安全，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在相同鋼種、相同生產(chǎn)節(jié)奏下優(yōu)化控制系統(tǒng)較改造前各段爐膛溫度、排煙溫度波動(dòng)明顯減小，能耗顯著下降，減少氧化燒損，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的硬件設(shè)備要求較低，非常適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況，具有良好的推廣價(jià)值。

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