一种适用于热轧炼钢气氛调节降低氧化烧损的自动控制系统和方法技术方案

用于热轧炼钢过程中通过自动调节气氛，降低烟气中的残氧含量，最终达到在环保允许的排放浓度范围内，从而降低热轧氧化烧损的节能增产实现方法。其功能实现方法具有工业过程自动控制的特点。本发明专利技术包括本发明专利技术包括总流量采集模块、空气与燃气浓度采集模块、计算模块、专家控制器、空燃比修正模块、空燃比输出模块、等待结束命令模块组成。本发明专利技术采用了数值计算和专家控制结合方法，采用实时监测空气和燃气流量、以及空气与燃气浓度，并采用不同的条件判断和专家经验实时修正空燃比的方法，实现了热轧炼钢加热锅炉气氛调节降低氧化烧损的自动控制，满足了热轧工艺提高钢材成材率，节能减排的需求。

An automatic control system and method suitable for reducing temperature and burning loss in hot rolling steelmaking atmosphere

The method is used to reduce the residual oxygen content in the flue gas by automatically adjusting the atmosphere in the process of hot rolling and finally reach the emission concentration range permitted by environmental protection, thereby reducing the oxidizing loss of hot rolling and increasing production. Its function realization method has the characteristics of industrial process automatic control. The invention comprises a total flow collection module, an air and gas concentration collection module, a calculation module, an expert controller, an air-fuel ratio correction module, an air-fuel ratio output module, and a waiting end command module. The invention adopts the combination method of numerical calculation and expert control, adopts the method of real-time monitoring air and gas flow rate, and air and gas concentration, and adopts the method of different conditions judgment and expert experience real-time correction of air-fuel ratio, realizes the automatic control of atmosphere adjustment of hot rolling heating boiler to reduce oxidation burning loss, and satisfies the requirements. The requirement of energy saving and emission reduction is increased by hot rolling technology.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于热轧炼钢气氛调节降低氧化烧损的自动控制系统和方法
本专利技术涉及热轧炼钢锅炉气氛调节降低氧化烧损的自动控制系统和方法。
技术介绍
统计资料显示,国内轧钢加热炉在加热过程中钢的氧化烧损率一般为1.5～2.5％,由此造成的损失甚至超过燃料消耗的经济损失，同时氧化铁皮还带来其它不利影响:会降低成品表面质量，轧机设备磨损增加；氧化铁皮的导热系数小，使钢加热时间变长，热效率降低；清除氧化铁皮的工作量增加等。降低氧化烧损率的经济效益是显而易见的。可以提高钢材成材率，降低成本，减少轧槽磨损，提高产品表面质量，且由此节约的金属量直接成为企业的纯利润。因此，它是业界一个急需解决的重大课题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种热轧炼钢锅炉气氛调节降低氧化烧损的自动控制方法，其实现了降低热轧炼钢锅炉的氧化烧损率，采用自动分段气氛调节的方式，采集空气与燃气的流量，以及空气与燃气的浓度，通过计算和专家控制模块进行状态判断，对空燃比进行输出，调节空气和燃气的比例，通过气氛调节使燃烧发生充分燃烧降低热轧炼钢过程中的烧损率。本专利技术包括总流量采集模块、空气与燃气浓度采集模块、计算模块、专家控制器、空燃比修正模块、空燃比输出模块、等待结束命令模块组成。本专利技术采用了数值计算和专家控制结合方法，采用实时监测空气和燃气流量、以及空气与燃气浓度，并采用不同的条件判断和专家经验实时修正空燃比的方法，实现了热轧炼钢加热锅炉气氛调节降低氧化烧损的的自动控制，为热轧工艺提高钢材成材率，节能减排，降低成本创造了条件。根据本专利技术的一个方面，提供了一种热轧炼钢锅炉气氛调节降低氧化烧损的自动控制系统，其特征在于包括：总流量的采集部分，用于采集包括空气和燃气的流量的总流量，一氧化碳浓度和氧气浓度采集模块，用于采集一氧化碳和氧气的浓度，空气理论流量确定模块，用于确定空气理论流量，专家控制模块，用于判断当前运行状态，空燃比修正部分，用于当满足专家控制模块中的专家条件时根据专家控制模块输出的不同条件的判断结果进行空燃比修正，空燃比输出模块，用于将来自空燃比修正部分的空燃比修正结果进行输出，等待结束命令模块，用于判断结束条件是否得到满足，在满足结束条件时结束循环，在不满足结束条件时使操作回到专家控制模块，其中，所述计算模块包括：燃料成分计算部分，用于确定燃料成分中的氢含量nH、炭含量nC、硫含量nS和氧含量nO，确定体积总量V总，理论气流量确定部分，用于确定理论气流量，其中需要的氧气总量Vo2由如下公式确定：Vo2＝(1/4nH+nC+nS-1/2nO)(1)理论气流量按下式确定:V空气＝Vo2/0.21(2)过剩系数计算部分，其中每座加热炉的每个段的空气流量和煤气流量是独立控制的，其中空气流量是炉内补充的用于助燃的氧气流量，煤气流量是作为燃烧介质的一氧化碳煤气的流量，空气流量和煤气流量均由传感器提供，过剩系数计算部分根据该段的位置设定一个过剩系数值，且最终空燃比＝设定空燃比×过剩系数，即为最终参与控制的空燃比数值；实际空燃比＝瞬时煤气流量/瞬时空气流量，即实际控制中煤气流量和空气流量的实时比值，最后进入结束操作，专家控制模块包括：第一判断部分，用于判断空燃比是否小于预定的最小值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分进行过剩系数修正，其中过剩系数修正如下：加热段额定空燃比的过剩系数a1，预热段额定空燃比过剩系数a2，均热段空燃比应过剩系数a3，“否”则使处理进行到第二判断部分，第二判断部分，用于判断空燃比是否小于一个预定的中间值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分进行过剩系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比的过剩系数a4，预热段额定空燃比的过剩系数a5，均热段空燃比应的过剩系数a6，“否”则使处理进行到第三判断部分，第三判断部分，用于判断空燃比是否小于预定的最大值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分进行过剩系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比为系数a7，预热段额定空燃比为系数a8，均热段空燃比应为系数a9，“否”则使处理进行到第四判断部分，第四判断部分，用于判断空燃比是否大于预定的最大值，“是”则进行系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比的过剩系数a10，预热段额定空燃比的过剩系数a11，均热段空燃比应得过剩系数a12。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种热轧炼钢锅炉气氛调节降低氧化烧损的自动控制方法，其特征在于包括：A)利用采集部分采集包括空气和燃气的流量的总流量，B)利用一氧化碳浓度和氧气浓度采集模块采集一氧化碳和氧气的浓度，C)确定空气理论流量，D)利用专家控制模块判断当前运行状态，E)当满足专家控制模块中的专家条件时根据专家控制模块输出的不同条件的判断结果进行空燃比修正，F)将来自空燃比修正部分的空燃比修正结果进行输出，G)判断结束条件是否得到满足，在满足结束条件时结束循环，在不满足结束条件时使操作回到专家控制模块，其中，所述步骤C)包括：确定燃料成分，包括确定燃料成分中的氢含量nH、炭含量nC、硫含量nS和氧含量nO、确定体积总量V总，确定理论气流量，其中需要的氧气总量Vo2按下式确定：Vo2＝(1/4nH+nC+nS-1/2nO)(1)理论气流量按下式确定:V空气＝Vo2/0.21(2)确定过剩系数，其中每座加热炉的每个段的空气流量和煤气流量是独立控制的，其中空气流量是炉内补充的用于助燃的氧气流量，煤气流量是作为燃烧介质的一氧化碳煤气的流量，空气流量和煤气流量均由传感器提供，根据该段的位置设定一个过剩系数值，且最终空燃比＝设定空燃比×过剩系数，即为最终参与控制的空燃比数值；实际空燃比＝瞬时煤气流量/瞬时空气流量，指实际控制中，煤气流量和空气流量的实时比值，最后结束操作，所述步骤D)包括：第一判断步骤，判断空燃比是否小于预定的最小值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分进行过剩系数修正，其中过剩系数修正如下：加热段额定空燃比为系数a1，预热段额定空燃比为系数a2，均热段空燃比应为系数a3，“否”则使处理进行到第二判断部分，第二判断步骤，判断空燃比是否小于一个预定的中间值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分进行过剩系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比为系数a4，预热段额定空燃比为系数a5，均热段空燃比应为系数a6，“否”则使处理进行到第三判断部分，第三判断步骤，判断空燃比是否小于预定的最大值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分进行过剩系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比为系数a7，预热段额定空燃比为系数a8，均热段空燃比应为系数a9，“否”则使处理进行到第四判断部分，第四判断步骤，判断空燃比是否大于预定的最大值，“是”则进行系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比为系数a10，预热段额定空燃比为系数a11，均热段空燃比应为系数a12。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的系统工作原理图。图2是本专利技术的计算模块结构图图3是本专利技术的专家控制模块结构图具体实施方式图1是根据本专利技术的一个实施例的热轧炼钢锅炉气氛调节降低氧化烧损的自动控制方法的系统工作原理图，其中，主控程序开始(101)后，进行包括空气和燃气的流量的总流量的采集，经过一氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热轧炼钢锅炉气氛调节降低氧化烧损的自动控制系统，其特征在于包括：总流量的采集部分(102)，用于采集包括空气和燃气的流量的总流量，一氧化碳浓度和氧气浓度采集模块(102)，用于采集一氧化碳和氧气的浓度，空气理论流量确定模块(104)，用于确定空气理论流量，专家控制模块(105)，用于判断当前运行状态，空燃比修正部分(106)，用于当满足专家控制模块中的专家条件时根据专家控制模块(105)输出的不同条件的判断结果进行空燃比修正，空燃比输出模块(107)，用于将来自空燃比修正部分(106)的空燃比修正结果进行输出，等待结束命令模块(108)，用于判断结束条件是否得到满足，在满足结束条件时结束循环，在不满足结束条件时使操作回到专家控制模块(105)，其中，所述计算模块(104)包括：燃料成分计算部分(202)，用于确定燃料成分中的氢含量nH、炭含量nC、硫含量nS和氧含量nO，确定体积总量V总，理论气流量确定部分(203)，用于确定理论气流量，其中需要的氧气总量Vo2由如下公式确定：Vo2＝(1/4nH+nC+nS‑1/2nO)    (1)理论气流量按下式确定:V空气＝Vo2/0.21    (2)过剩系数计算部分(204)，其中每座加热炉的每个段的空气流量和煤气流量是独立控制的，其中空气流量是炉内补充的用于助燃的氧气流量，煤气流量是作为燃烧介质的一氧化碳煤气的流量，空气流量和煤气流量均由传感器提供，过剩系数计算部分(204)根据该段的位置设定一个过剩系数值，且最终空燃比＝设定空燃比×过剩系数，即为最终参与控制的空燃比数值；实际空燃比＝瞬时煤气流量/瞬时空气流量，即实际控制中煤气流量和空气流量的实时比值，最后进入(205)结束操作，专家控制模块(105)包括：第一判断部分(302)，用于判断空燃比是否小于预定的最小值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分(306)进行过剩系数修正，其中过剩系数修正如下：加热段额定空燃比的过剩系数a1，预热段额定空燃比过剩系数a2，均热段空燃比应过剩系数a3，“否”则使处理进行到第二判断部分(303)，第二判断部分(303)，用于判断空燃比是否小于一个预定的中间值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分(306)进行过剩系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比的过剩系数a4，预热段额定空燃比的过剩系数a5，均热段空燃比应的过剩系数a6，“否”则使处理进行到第三判断部分(304)，第三判断部分(304)，用于判断空燃比是否小于预定的最大值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分(306)进行过剩系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比为系数a7，预热段额定空燃比为系数a8，均热段空燃比应为系数a9，“否”则使处理进行到第四判断部分(305)，第四判断部分(305)，用于判断空燃比是否大于预定的最大值，“是”则进行系数修正(306)，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比的过剩系数a10，预热段额定空燃比的过剩系数a11，均热段空燃比应得过剩系数a12。...

【技术特征摘要】
1.热轧炼钢锅炉气氛调节降低氧化烧损的自动控制系统，其特征在于包括：总流量的采集部分(102)，用于采集包括空气和燃气的流量的总流量，一氧化碳浓度和氧气浓度采集模块(102)，用于采集一氧化碳和氧气的浓度，空气理论流量确定模块(104)，用于确定空气理论流量，专家控制模块(105)，用于判断当前运行状态，空燃比修正部分(106)，用于当满足专家控制模块中的专家条件时根据专家控制模块(105)输出的不同条件的判断结果进行空燃比修正，空燃比输出模块(107)，用于将来自空燃比修正部分(106)的空燃比修正结果进行输出，等待结束命令模块(108)，用于判断结束条件是否得到满足，在满足结束条件时结束循环，在不满足结束条件时使操作回到专家控制模块(105)，其中，所述计算模块(104)包括：燃料成分计算部分(202)，用于确定燃料成分中的氢含量nH、炭含量nC、硫含量nS和氧含量nO，确定体积总量V总，理论气流量确定部分(203)，用于确定理论气流量，其中需要的氧气总量Vo2由如下公式确定：Vo2＝(1/4nH+nC+nS-1/2nO)(1)理论气流量按下式确定:V空气＝Vo2/0.21(2)过剩系数计算部分(204)，其中每座加热炉的每个段的空气流量和煤气流量是独立控制的，其中空气流量是炉内补充的用于助燃的氧气流量，煤气流量是作为燃烧介质的一氧化碳煤气的流量，空气流量和煤气流量均由传感器提供，过剩系数计算部分(204)根据该段的位置设定一个过剩系数值，且最终空燃比＝设定空燃比×过剩系数，即为最终参与控制的空燃比数值；实际空燃比＝瞬时煤气流量/瞬时空气流量，即实际控制中煤气流量和空气流量的实时比值，最后进入(205)结束操作，专家控制模块(105)包括：第一判断部分(302)，用于判断空燃比是否小于预定的最小值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分(306)进行过剩系数修正，其中过剩系数修正如下：加热段额定空燃比的过剩系数a1，预热段额定空燃比过剩系数a2，均热段空燃比应过剩系数a3，“否”则使处理进行到第二判断部分(303)，第二判断部分(303)，用于判断空燃比是否小于一个预定的中间值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分(306)进行过剩系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比的过剩系数a4，预热段额定空燃比的过剩系数a5，均热段空燃比应的过剩系数a6，“否”则使处理进行到第三判断部分(304)，第三判断部分(304)，用于判断空燃比是否小于预定的最大值，“是”则使处理进入过剩系数修正部分(306)进行过剩系数修正，其中控制空燃比的判断过程如下：加热段额定空燃比为系数a7，预热段额定空燃比为系数a8，均热段空燃比应为系数a9，“否”则使处理进行到第四判断部分(305)，第四判断部分(305)，用于判断空燃比是否大于预定的最大值，“是”...

【专利技术属性】
技术研发人员：李可，冉瑞聪，文东升，刘猛，胡庆雷，邢玉明，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11