一种蓄热式工业加热炉炉压控制的优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种蓄热式工业加热炉炉压控制的优化设计方法，包括炉压检测装置、加热炉体、烧嘴、炉压控制模块、炉压计算模块、煤气管道、空气管道、伺服放大器、换热器、热电偶、烟道闸板、稀释风机温度控制器、稀释风机、助燃风机；首先由炉压差压变送器检测出炉压信号，送人炉压控制模块中，按照PID调节规律输出控制信号

An Optimum Design Method for Pressure Control of Regenerative Industrial Heating Furnace

The present invention relates to an optimum design method for pressure control of regenerative industrial heating furnace, which includes furnace pressure detection device, heating furnace body, burner, furnace pressure control module, furnace pressure calculation module, gas pipeline, air pipeline, servo amplifier, heat exchanger, thermocouple, flue gate, dilution fan temperature controller, dilution fan and combustion-supporting fan. The device detects the furnace pressure signal and sends it to the furnace pressure control module to output the control signal according to the regulation rule of PID.

【技术实现步骤摘要】
一种蓄热式工业加热炉炉压控制的优化设计方法
本专利技术涉及工业加热炉自动控制领域，特别是一种蓄热式工业加热炉炉压控制的优化设计方法。
技术介绍
蓄热式工业加热炉是冶金行业普遍采用的加热炉，一般以高、焦炉混合煤气作为燃料，按一定比例输入空气，在加热炉内完成燃烧，产生的热量来加热炉内钢坯的一种大型加热设备。加热炉控制的目标是炉内温度达到工艺要求，围绕着这一控制目标，加热炉的燃烧控制、炉压控制、总空气压力控制、煤气压力控制以及联锁控制等子系统，一起构成了多参数、强干扰、大滞后等控制特点的复杂系统，其中加热炉炉压控制是整个控制中重要的一环。在加热炉对板坯进行加热过程中，需要保持炉压稳定，炉压过大会造成炉头冒火，烧坏炉门，影响加热炉设备安全；炉压过小会造成炉门吸冷风，增加炉内板坯的氧化烧损，从而降低板坯的加热质量、浪费能源、污染环境的同时，也降低了加热炉温度控制的有效性，因此炉压控制的好坏是影响加热质量及环保节能控制的重要因素。目前检测炉压的检测元件一般安置在出炉炉门口上方的位置，在这个位置炉压如果过大，往往会造成开关炉门时炉头冒火，容易烧坏出炉炉门；而出炉这个区域一般板坯温度相对较高(1200℃左右)，且板坯在炉时间短，因此炉压稍微偏低造成吸风对板坯氧化的程度较轻，基于以上因素，加热炉的炉压控制一般需要控制在微负压，实际运行时需要保持炉膛压力在50Pa左右，以防止炉门冒火，同时氧化烧损较轻，保证设备安全及加热质量。控制采用的主要手段是控制烟道闸板的开口度，使得炉内气体随炉压变化，将燃烧后的烟气排入烟囱，这样可以有效减小或者提高炉压，使得炉压稳定在一定范围内。目前典型的炉压控制系统由炉压调节器、烟道闸板和压力变送器构成单回路闭环控制系统，炉压调节器的炉压给定值由人工设定，为了设备安全和加热质量，设定值为微负压(50Pa左右)，压力变送器将检测到的当前加热炉炉膛的压力信息实时反馈至炉压调节器，炉压调节器输出控制信号，实时调节烟道闸板的开口度，从而保证炉膛压力维持在微负压的状态。但是，由于烟道闸板位于装炉侧，与出炉侧的炉压检测点位置相对较远，炉内空间较大，因此控制存在滞后的问题；并且因为受生产节奏的影响，出炉和装炉板坯的时间间隔不稳定，使得开关炉门对加热炉炉压的波动影响较大且没有规律，因此利用出炉侧炉压检测来控制烟道闸板，会因为波动较大，使得烟道闸板动作频繁，频繁动作的烟道闸板会加剧炉压波动的影响，因此单单利用炉压检测信号实施的炉压闭环控制，控制的效果非常不理想。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种蓄热式工业加热炉炉压控制的优化设计方法，在满足加热炉在频繁开关炉门、以及干扰信号的扰动下，能够保持炉压在一定范围内稳定。本专利技术采用以下方法实现：一种蓄热式工业加热炉炉压控制的优化设计方法，包括加热炉体，还包括设置在加热炉体内的炉压检测装置、烧嘴、换热器、烟道闸板以及热电偶，还包括设置在加热炉体外的炉压控制模块、炉压计算模块、煤气管道、空气管道、伺服放大器、稀释风机、助燃风机、以及用以控制稀释风机的温度控制器；所述助燃风机与加热炉体内的换热器相连，所述换热器通过空气管道与加热炉体内的烧嘴相连，用以实现烧嘴喷出空气；所述煤气管道与烧嘴相连，为烧嘴提供喷出的煤气；所述稀释风机向换热器吹入冷空气，降低换热器的工作温度，用以保证换热器设备安全；所述伺服放大器与烟道闸板电性相连，用以控制烟道闸板的开口度；所述热电偶与稀释风机温度控制器电性相连；上述各器件的控制包括以下步骤：步骤S1：炉压检测装置检测加热炉内的压力信号，并将检测到的压力信号传送到炉压控制模块中；步骤S2：炉压控制模块按照PID调节规律输出炉压信号A％，并传送到炉压计算模块中；步骤S3：热电偶将采集的温度信号传送到稀释风机温度控制器中，稀释风机温度控制器将输出的信号转换为0-100％的百分数信号B％并传送到炉压计算模块中；其中，B％为稀释风机转速的替代信号或稀释风机转速信号；稀释风机温度控制器的输出信号转换为0-100％的百分数信号，对应与稀释风机转速的工作范围0-1450r/min(以4-72№10D型号稀释风机为例)，即稀释风机温度控制器输出信号的大小可以反映稀释风机转速的高低，并且这一信号不会受到转速传感器硬件设备性能的限制，因此可以作为风机转速的替代信号输入给炉压计算模块，与炉压检测信号进行加权计算，得到最终的炉压控制输入信号。步骤S4：将步骤S2中炉压控制模块输出的炉压信号A％与步骤S3中的稀释风机转速信号B％在炉压计算模块中进行加权计算；其中，加权计算的公式为：(a×A％+b×B％)×100％＝OP式中a和b分别为炉压信号和稀释风机转速信号的加权系数，根据炉压信号和稀释风机转速信号在控制中所占的比重不同，由人工设定并可以进行修正；OP为炉压计算模块输出的控制信号的百分数；步骤S5：通过调整步骤S4中炉压信号和稀释风机转速信号的加权系数a和b，得到不同的OP值，并将其转化成4-20mA电信号传送给伺服放大器；步骤S6：通过伺服放大器控制烟道闸板的开口度，用以实现根据炉压信号和稀释风机转速信号对烟道闸板进行动态调整和保证炉压控制稳定的目的。进一步地，所述的炉压检测装置采用的是全智能微差压变送器，型号为STD110，测量范围0-100Pa。进一步地，所述稀释风机的型号为4-72№10D离心通风机，送风量40441-56605(m3/h)，额定转速1450(r/min)。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：(1)本专利技术通过控制烟道闸板的开口度减少了开关炉门时炉门冒火的情况，节约了大量燃料，减少了热能损失，进而减少了因为炉门冒火造成的炉门及炉门周边设备的损坏，减少了事故时间，提高了生产效率，同时降低了加热炉维护费用，增加经济效益。(2)本专利技术利用稀释风机送风量的大小来对炉压进行控制，送风量的大小与风机转速实际相关，并且本专利技术没有直接采用风机转速传感器来进行控制，而是利用已有稀释风机温度控制器的输出信号来代替转速传感器，运用软件的方式完成炉压控制，这样可以减少硬件投资，降低因为转速传感器检测精度、设备故障等原因带来的隐患，从而提高系统运行效率。(3)本专利技术减少了炉压的波动，使得加热炉空气、煤气燃烧配比系数保持稳定，从而提高了加热炉燃烧控制效果，具体表现在烟囱冒黑烟的现象基本上不再出现，从而减少了加热炉燃料损耗，降低了环境污染，提高了温度控制的准确性。(4)本专利技术通过稀释风机的转速控制烟道闸板，除了稳定炉压以外，还能在换热器温度偏高时，及时将高温烟气排入烟囱，起到了保护换热器的作用，延长换热器使用寿命，降低了加热炉维修费用，延长了加热炉大修时间周期，提高了生产效率。附图说明图1为本专利技术实施例的炉压优化控制结构图。图2为本专利技术实施例的优化炉压控制流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。在本实施例中，主要目的是寻求一种优化的炉压控制方法，满足加热炉在频繁开关炉门、以及干扰信号的扰动下，能够保持炉压在一定范围内稳定。具体的办法就是在炉压控制中，充分分析引起炉压波动的干扰因素，找出其中主要的干扰因素，并对主要的干扰因素实施控制，以把引起炉压波动的干扰信号消除在萌芽状态，同时减小炉压波动信号在控制中所占的比重，使得烟道闸板动作信号既兼顾炉压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄热式工业加热炉炉压控制的优化设计方法，包括加热炉体，其特征在于：还包括设置在加热炉体内的炉压检测装置、烧嘴、换热器、烟道闸板以及热电偶，还包括设置在加热炉体外的炉压控制模块、炉压计算模块、煤气管道、空气管道、伺服放大器、稀释风机、助燃风机、以及用以控制稀释风机的温度控制器；所述助燃风机与加热炉体内的换热器相连，所述换热器通过空气管道与加热炉体内的烧嘴相连，用以实现烧嘴喷出空气；所述煤气管道与烧嘴相连，为烧嘴提供喷出的煤气；所述稀释风机向换热器吹入冷空气，降低换热器的工作温度，用以保证换热器设备安全；所述伺服放大器与烟道闸板电性相连，用以控制烟道闸板的开口度；所述热电偶与稀释风机温度控制器电性相连；上述各器件的控制包括以下步骤：步骤S1：炉压检测装置检测加热炉内的压力信号，并将检测到的压力信号传送到炉压控制模块中；步骤S2：炉压控制模块按照PID调节规律输出炉压信号A％，并传送到炉压计算模块中；步骤S3：热电偶将采集的温度信号传送到稀释风机温度控制器中，稀释风机温度控制器将输出的信号转换为0‑100％的百分数信号B％并传送到炉压计算模块中；其中，B％为稀释风机转速的替代信号或稀释风机转速信号；步骤S4：将步骤S2中炉压控制模块输出的炉压信号A％与步骤S3中的稀释风机转速信号B％在炉压计算模块中进行加权计算；其中，加权计算的公式为：(a×A％+b×B％)×100％＝OP式中a和b分别为炉压信号和稀释风机转速信号的加权系数，OP为炉压计算模块输出的控制信号的百分数；步骤S5：通过调整步骤S4中炉压信号和稀释风机转速信号的加权系数a和b，得到不同的OP值，并将其转化成4‑20mA电信号传送给伺服放大器；步骤S6：通过伺服放大器控制烟道闸板的开口度，用以实现根据炉压信号和稀释风机转速信号对烟道闸板进行动态调整和保证炉压控制稳定的目的。...

【技术特征摘要】
1.一种蓄热式工业加热炉炉压控制的优化设计方法，包括加热炉体，其特征在于：还包括设置在加热炉体内的炉压检测装置、烧嘴、换热器、烟道闸板以及热电偶，还包括设置在加热炉体外的炉压控制模块、炉压计算模块、煤气管道、空气管道、伺服放大器、稀释风机、助燃风机、以及用以控制稀释风机的温度控制器；所述助燃风机与加热炉体内的换热器相连，所述换热器通过空气管道与加热炉体内的烧嘴相连，用以实现烧嘴喷出空气；所述煤气管道与烧嘴相连，为烧嘴提供喷出的煤气；所述稀释风机向换热器吹入冷空气，降低换热器的工作温度，用以保证换热器设备安全；所述伺服放大器与烟道闸板电性相连，用以控制烟道闸板的开口度；所述热电偶与稀释风机温度控制器电性相连；上述各器件的控制包括以下步骤：步骤S1：炉压检测装置检测加热炉内的压力信号，并将检测到的压力信号传送到炉压控制模块中；步骤S2：炉压控制模块按照PID调节规律输出炉压信号A％，并传送到炉压计算模块中；步骤S3：热电偶将采集的温度信号传送到稀释风机温度控制器中，稀释风机温度控制器将输出的信号转换为0-100％的百分数信号B％并传送到炉压计算模块中；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文仪，
申请(专利权)人：厦门大学嘉庚学院，
类型：发明
国别省市：福建,35