自动控制技术在蓄热式加热炉中的应用

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1、自动控制技术在蓄热式加热炉中的应用1引言传统的加热炉采用的是“直燃式”加热方式，该方式不但浪费能源，而且产能低。莱芜钢铁有限公司特殊钢厂（简称莱钢特钢厂）小型车间加热炉原采用的也是“无水冷滑轨直燃式”，设计产量为15"h。后进行了蓄热式改造，以提高加热炉的产能以及能源的利用效率。其中，控制系统自动化程度高，调节效果良好。系统主要由四部分组成：一次仪表，DCS控制器、上位机和应用程序。该系统口动化程度高，维护量小，控制模型设计合理，完全满足该加热炉不同钢种的工艺要求。系统投入运行后，正常稳定，保证了蓄热式加热炉生产的顺行，并提

2、高了产能和降低了能耗。2系统控制原理该系统采用的是空气蓄热加热方式，所以主耍涉及休眠与延时、空燃比等口动控制技术难题。2.1控制系统的休眠与延时同步控制控制系统与“直燃式"加热炉不同的是：蓄热式加热炉每燃烧分钟，就要冇一次换向燃烧动作。在换向期间，某段的煤气被切断，风量也会变化不定，属于不可控制阶段。换向完成后，风和煤气的流量再恢复到正常状态。在这期间，不能进行常规控制，换向动作相当于给了控制器一个强大干扰，此时的任何控制动作都是徒劳无益的。这里采用的方式就是锁定、休眠，让控制系统锁定住，等待换向结束并稳定后，再解锁恢复正常

3、的控制，控制系统的休眠与延时同步控制技术可以完全解决蓄热式加热炉在换向过程中的连续控制问题。控制系统结构如图1所示。图锁定及延时控制系统结构图2.2空燃比的控制该加热炉采用煤气做燃料，空气助燃，控制好空燃比（空燃比即空气流量与煤气流量之比），是保证燃烧充分，提高燃烧质量的关键。在设计时选取各段炉温作为被控制H标，煤气流量作为主控制量，空气流量的控制与煤气进行比值控制。空燃比燃烧的实现采用双交义限幅调节方式，具体控制框图如图2。2:煤气W空气流量交叉限巾畐控制框图空气流量、煤气流量的控制通过逻辑比较及乘法器计算得出；空气、煤气

4、流量控制采用PI控制器，当温度变化时，空气、煤气流量可实现同时增减，实现加热炉的最佳燃烧。3系统组成与功能3.1系统基本结构系统主要由四部分组成：现场一次仪表，DCS,上位机和应用程序。-次仪表主要完成对现场数据的采集和对煤气、空气量的调节；DCS对各种数据进行计算，并输出控制值；上位机完成画面监控；应用程序用來实现DCS和上位机的功能。3.2系统各部分组成3.2.1检测环节根据工艺和控制要求，需要对各项工艺参数进行检测采集，作为系统控制的依据。这些检测包括：煤气总管压力、流量；空气总管压力；均热段、加热段炉温；炉压、煤气流

5、量、空气流量等等。3.2.2控制机构(DCS)控制机构作为系统的核心部分，功能由DCS控制器来完成。DCS负责采集各种信号，进行各种运算和转换，给上位机捉供数据并接受上位机的操作指令，将控制信号输出给执行机构等等。该系统选用是的英国欧陆T103小型集散控制系统。模板的配置见图(3)图3：系统组成3.2.3执行机构接收DCS的控制信号，由调节阀和切断阀完成对煤气、风量的控制。该部分调节阀选用的是电子式直行程电动调节阀，控制精度高；切断阀选用的是24V双电控气动0型切断阀，动作吋间不到2秒。3.2.4报警系统在加热炉工作过程中，

6、若各类工艺参数或换向设备发生异常，超过了系统设定的警戒上、下限值，故障表中就会自动地记录故障发生的时间、来源和恢复时间，并在相关的画面中显示出来，还伴有警铃提示功能，便于操作人员及时找出故障原因并予以排除，可以提高现场处理故障的能力，确保设备的安全运行。3.2.5控制系统安全保障功能实现r煤气的低压安全保护连锁控制、手操器及pi控制器的手动/口动的全程无扰动切换控制、调节阀的软保护控制功能，系统电源采用ups电源及稳压器保护和防抗t扰等措施确保了系统的安全可旅运行。3.2.6工艺监控监控功能由工控机带显示器和打印机來实现。硬

7、件组成见图(3)。系统的监视功能有若干可视的图形画面组成，直观地反映了加热炉的实际状况，画面主要包括：加热炉燃烧工艺图；辅助监控图；煤气圧力趋势图；温度趋势图等。通过对这些图形的操作，可监视温度、圧力、流量的变化趋势，并对故障报警进行显示等。画面之间的切换用鼠标简单的点击画面切换按钮或功能指示键即可，系统操作十分简单。3.2.7应用程序系统所用的是LINtools编程软件。由于具有直观图形化组态、控制功能丰富、控制指令易于阅读修改、利用VIEW对数据库进行图形化访问和实时控制快等特点。4系统应用该系统投入应用以來，稳定可靠，

8、很好的保证了加热炉的稳定运行。具有以下特点和优势。4.1系统运行稳定可靠设计选型合理，系统的稳定性高，故障率低，几乎免于维护，运行一年多來，没冇更换过任何设备。4.2控制精度高，反应灵敏调节阀的口径计算准确，对煤气、风量的控制误差不到1%；对由于工况变化，煤气、风量的调节反映速度低于6秒。