一种立式退火炉燃烧段温度自动控制系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种立式退火炉燃烧段温度自动控制系统，属于退火炉冶金控制技术领域。所述自动控制系统包括计算机终端、可编程控制器、燃烧控制单元、调节阀、氧化锆分析仪和热值分析仪。本申请还公开了一种控制退火炉燃烧段温度的方法，在退火炉燃烧过程中，对燃烧段采用理论空燃比为基础，以氧化锆分析仪与热值分析仪相结合得到实际使用空燃比，从而实现对退火炉内带钢温度的最优控制。本发明专利技术的优点在于提高了退火炉燃烧段温度控制的精度，保证了生产的顺利进行，节约了生产燃料，减少了环境污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于退火炉冶金控制
，特别涉及一种立式退火炉燃烧段温度自动 控制系统及其方法。
技术介绍
退火炉是镀铝、锌生产线中重要的组成部分，其控制系统承担着为退火工艺和镀 铝、锌工艺提供合适温度和质量的重要任务。为满足市场的要求，高强度镀铝、锌带钢的质 量和镀层的质量要求也越来越高。由于退火炉燃烧过程的复杂性、滞后性以及工艺设备的 局限性，目前，退火炉燃烧方式由使用调节阀控制每段的天然气和空气的流量配比控制温 度，过渡到由烧嘴采用最优功率控制燃气和空气的比例控制。现有技术中的天然气和空气 配比燃烧控制效果较差，温度控制精度不高，对于退火炉燃烧这种大滞后的控制系统，目前 最常用的方法是采用PID调节器来实现，空燃比是燃烧系统的主要参数，空燃比的设定是通 过人工实现的，实现对退火炉温度的控制作用，其控制精度有所提高，并且没有考虑燃气热 值的因素，导致在燃气热值不稳定的情况下，温度控制精度仍然不理想，并且由于燃烧不完 全，造成的环境污染问题也比较严重。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，内容 在于使用on/off控制的工艺模式，采用增加氧化锆分析仪的方式，提供一种如何实现立式 退火炉燃烧段温度控制的一种最优控制系统及其方法。本专利技术提出的一种立式退火炉燃烧 段温度自动控制系统，其特征在于:所述自动控制系统包括:控制中心、控制模块、温度传感 器、辐射管、烧嘴烟道、氧化锆分析仪、热值仪、天然气调节阀、空气调节阀、流量传感器、燃 烧控制单元;其中一个天然气调节阀和一个空气调节阀为一组，分别与一个流量传感器相 连接，退火炉燃烧段包括初始加热段、终了加热段、均热段;氧化锆分析仪安装在初始加热 段的烧嘴烟道上;热值仪安装在天然气总管道上;立式退火炉包括多个烧嘴，每个烧嘴包括 一个燃烧控制器，对烧嘴的开关进行控制，实现对燃烧段的加热过程，初始加热段和终了加 热段又分成多个燃烧区域，每个燃烧区域各安装一个天然气调节阀和一个空气调节阀以及 一个温度传感器;一个均热段的上下部分各安装一个温度传感器;控制模块通过通信网络 与氧化锆分析仪、热值仪、温度传感器、流量传感器、天然气调节阀和空气调节阀相连接;所 述控制模块接收氧化锆分析仪、热值仪、温度传感器、流量传感器发送的测量数据，并将控 制指令发送给天然气调节阀和空气调节阀；氧化锆分析仪测量所述燃烧段的残氧含量，热 值仪测量天然气总管的天然气的成分和各成分的含量，并计算得出天然气的热值信号;流 量传感器测量天然气和空气的流量，温度传感器测量燃烧段的温度;控制模块接收氧化锆 分析仪和热值仪测得的残氧含量信号以及热值信号，流量传感器测得的各燃烧区域的天然 气、空气的实际流量，以及温度传感器测得的温度值，经过理论空燃比计算、过剩空气系数 计算、空燃比计算、残氧修正量计算、实际使用空燃比计算，对天然气调节阀和空气调节阀 发送控制信号，对阀门的开度进行控制，以达到合理的空燃配比；所述控制中心与控制模 块、温度传感器、氧化锆分析仪、热值仪、天然气调节阀、空气调节阀、流量传感器、燃烧控制 器等现场设备实现通信连接，并利用组态软件完成上述现场设备的组态设置，实现对上述 现场设备的单独控制和集中显示。 进一步地，所述控制模块采用on/off的燃烧控制模式，即通过对各个烧嘴进行全 开或全关控制的方式，根据区域内的烧嘴数量和每个烧嘴的燃烧能力，通过烧嘴燃烧数量 计算、燃烧时间计算和燃烧间隔时间计算，得到各个区域烧嘴燃烧数量、燃烧时间和燃烧间 隔时间，并这些参数发送给各个区域相对应的烧嘴的控制器上。 进一步地所述控制中心可以获得温度传感器、氧化锆分析仪、热值仪、流量传感器 测得的测量数据以及天然气调节阀、空气调节阀以及燃烧控制器的相关控制参数，并可以 对天然气调节阀、空气调节阀以及燃烧控制器进行具体的控制参数修改和设置，控制中心 也可以获得控制模块的数据，并对控制模块的参数和程序进行编辑。 进一步地，所述控制中心采用EI-TEK工控机，操作系统为微软Windows Pro 7SP1; 组态软件采用的是西门子Wincc7.0SP3版，用于对工艺流程进行监控画面的组态。 本专利技术还提出一种立式退火炉燃烧段温度自动控制系统，所述自动控制系统包 括： 理论空燃比计算单元，根据热值分析仪实际测量得出燃气的成分及各成分的百分 比含量，利用测量的各成分与氧气反应的化学反应式，根据5组成分差别较大的天然气，得 到所需的空燃比和热值的关系，最后对热值和空燃比进行线性处理，可以计算得出热值在 一定范围内时连续对应的理论空燃比；过剩空气系数计算单元，其执行过剩空气系数计算:μ = μ〇+ Δ μ+μ〇2;其中μ0是理论 过剩空气系数，Α μ是小流量过剩空气系数补偿，μ〇2是残氧修正量;所述的残氧修正量为：其中02.mv是残氧过程值和设定值控制器的输出值，单 位为百分比，kl是贡献率，k2是增益系数，Bias是偏差补偿； 空燃比计算单元，其执行空燃比计算:Α = Α〇Χμ;其中A0是理论空燃比，μ是过剩空 气系数；实际使用空燃比计算单元，其执行实际使用空燃比计算：实际使用空燃比=理论 空燃比*过剩空气系数+残氧快速补偿;所述的残氧快速补偿=(设定残氧值-残氧过程值)* 残氧补偿系数。烧嘴燃烧数量计算单元，其执行烧嘴燃烧数量计算:m=W X k;其中W为燃烧所需要 的功率，k为所在加热段的相应区域的系数；燃烧时间计算单元，其执行燃烧时间计算:Ti = W X a+b;其中W为燃烧所需要的功 率，a为所在加热段的相应区域的系数，b为所在区域的时间补偿参数； 燃烧间隔时间计算单元，其执行燃烧间隔时间计算:T2 = WXc+d;其中W为燃烧所 需要的功率，c为所在加热段的相应区域的系数，d为所在区域的时间补偿参数。 本专利技术还提出一种立式退火炉燃烧段温度自动控制方法，其采用上述任一的自动 控制系统实现，具体包括如下步骤： 步骤一:安装控制系统的控制中心和现场设备的软硬件，通过以太网络建立控制 中心和现场设备之间的通讯，并通过组态软件实现控制中心对现场设备的有效控制。 步骤二、对退火炉中每组天然气和空气调节阀设定一个天然气流量，空气流量根 据空燃比进行自动计算； 步骤三、加热开始后，各流量传感器、温度传感器及氧化锆分析仪、热值仪向控制 模块发送实时数据； 步骤四、控制模块通过理论空燃比计算、过剩空气系数计算、空燃比计算和实际使 用空燃比计算，得出每组天然气与空气比例，采用οη/ο?τ的燃烧控制模式，即通过对各个烧 嘴进行全开或全关控制的方式，根据区域内的烧嘴数量和每个烧嘴的燃烧能力，通过烧嘴 燃烧数量计算、燃烧时间计算和燃烧间隔时间计算，得到各个区域烧嘴燃烧数量、燃烧时间 和燃烧间隔时间； 步骤五、控制模块将计算得到的各个区域的烧嘴燃烧数量、燃烧时间和燃烧间隔 时间发送给各个区域相对应的烧嘴的燃烧控制器。根据烧嘴燃烧数量计算得出天然气的流 量设定值，控制模块根据天然气的流量设定值与空气按照实际使用空燃比控制流量数据， 并发送给每组调节阀； 步骤六、控制中心将各个现场设备运行状态、控制参数在组态软件上进行显示和 监控。 进一步地，步骤四的具体计算如下：所述的理论空燃比计算:根据热值分析仪实际测量得出燃气的成分及各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立式退火炉燃烧段温度自动控制系统，其特征在于：所述自动控制系统包括：控制中心、控制模块、温度传感器、辐射管、烧嘴烟道、氧化锆分析仪、热值仪、天然气调节阀、空气调节阀、流量传感器、燃烧控制单元；其中一个天然气调节阀和一个空气调节阀为一组，分别与一个流量传感器相连接，退火炉燃烧段包括初始加热段、终了加热段、均热段；氧化锆分析仪安装在初始加热段的烧嘴烟道上；热值仪安装在天然气总管道上；立式退火炉包括多个烧嘴，每个烧嘴包括一个燃烧控制器，对烧嘴的开关进行控制，实现对燃烧段的加热过程，初始加热段和终了加热段又分成多个燃烧区域，每个燃烧区域各安装一个天然气调节阀和一个空气调节阀以及一个温度传感器；一个均热段的上下部分各安装一个温度传感器；控制模块通过通信网络与氧化锆分析仪、热值仪、温度传感器、流量传感器、天然气调节阀和空气调节阀相连接；所述控制模块接收氧化锆分析仪、热值仪、温度传感器、流量传感器发送的测量数据，并将控制指令发送给天然气调节阀和空气调节阀；氧化锆分析仪测量所述燃烧段的残氧含量，热值仪测量天然气总管的天然气的成分和各成分的含量，并计算得出天然气的热值信号；流量传感器测量天然气和空气的流量，温度传感器测量燃烧段的温度；控制模块接收氧化锆分析仪和热值仪测得的残氧含量信号以及热值信号，流量传感器测得的各燃烧区域的天然气、空气的实际流量，以及温度传感器测得的温度值，经过理论空燃比计算、过剩空气系数计算、空燃比计算、残氧修正量计算、实际使用空燃比计算，对天然气调节阀和空气调节阀发送控制信号，对阀门的开度进行控制，以达到合理的空燃配比；所述控制中心与控制模块、温度传感器、氧化锆分析仪、热值仪、天然气调节阀、空气调节阀、流量传感器、燃烧控制器等现场设备实现通信连接，并利用组态软件完成上述现场设备的组态设置，实现对上述现场设备的单独控制和集中显示。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳凯，彭卫革，贾磊，王鑫，宋鹏宇，陆需飞，张红雷，祖怀礼，
申请(专利权)人：北京首钢自动化信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11