專利名稱：一種加熱爐氣氛場調(diào)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃燒監(jiān)測及控制領(lǐng)域，具體涉及一種加熱爐氣氛場調(diào)控方法，適用于加熱爐燃燒檢測及優(yōu)化控制。
背景技術(shù)：
我國鋼鐵行業(yè)的鋼坯加熱爐能耗占整個軋鋼能耗的一半以上，加熱爐是否經(jīng)濟運行直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)成本。目前軋鋼加熱爐在線生產(chǎn)中熱效率不高的問題主要有加熱爐熱損失大，燃燒控制精度不高，燃料供給量和空燃比達不到最佳狀態(tài)，導致爐膛溫度和鋼坯出爐溫度不能充分滿足工藝設定值的更高要求，既增加了能耗，又影響了鋼坯加熱質(zhì)量。目前我國大多數(shù)軋鋼加熱爐仍為人工控制燃料和風的供給量，由于受操作者的技能、生產(chǎn)的均勻性、燃料熱值的波動、風溫變化等影響，空燃比的控制往往難以達到最佳狀態(tài)，導致加熱爐燃耗高、氧化燒損嚴重。燃燒控制首先要根據(jù)不同材質(zhì)和不同規(guī)格的坯料的工藝要求和燃料熱值確定加熱制度，根據(jù)加熱制度和爐內(nèi)溫度檢測結(jié)果控制燃料供給量，其次要控制合理的空燃比。由于加熱控制過程中難度大，坯料加熱制度往往憑經(jīng)驗確定，影響加熱質(zhì)量和燃料消耗。風/燃比過高會降低火焰溫度、增加爐膛廢氣的熱損失，降低燃燒產(chǎn)物中三原子氣體C02和H20的比例和爐氣黑度，削弱爐內(nèi)的輻射傳熱能力，從而導致燃料消耗的增加； 空燃比過低則燃料不能完全燃燒，在出爐煙氣中將有大量的可燃物，造成環(huán)境污染。同時， 控制好空氣過剩系數(shù)，減少富余氧氣，在加熱爐不同工作段實行不同的空氣消耗系數(shù)，是減少氧化燒損的重要措施之一。加熱爐加熱控制大都是基于模型反演進行，德國西馬克軟件就是典型代表。這種燃燒優(yōu)化軟件是基于神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)、現(xiàn)代控制理論和非線性算法，通過建立多目標的動態(tài)優(yōu)化控制器，智能優(yōu)化調(diào)整DCS設定參數(shù)和控制偏差，其燃燒優(yōu)化控制方法是基于歷史數(shù)據(jù)及先驗條件的算法來實現(xiàn)的。由于爐內(nèi)的實際燃燒過程復雜，受制于爐內(nèi)燃燒檢測手段， 僅依靠有限的煙氣側(cè)測點，給出的燃燒調(diào)整指導不夠可靠，也無法定量分析和判斷爐內(nèi)的燃燒狀況。中南大學的廖迎新、吳敏提出了一種基于免疫模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(FNN)算法的爐溫優(yōu)化控制，研究了非線性、不確定復雜蓄熱式加熱爐鋼坯加熱過程爐溫控制問題(國防科技大學學報，2006，觀(3) :116-119)。東北大學的柴天佑、王中杰等人提出了一種基于前向基反饋(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡的加熱爐鋼溫預報模型(控制與決策，1999，14 (5) :465-468)。張衛(wèi)軍等人把加熱爐傳統(tǒng)的數(shù)學模型與模糊控制方法相結(jié)合，在制定爐溫決策時，用多目標、有約束條件的模糊優(yōu)化方法實現(xiàn)爐溫的模糊決策控制(中國有色金屬學報，1998，8 :712-714)。 在工程實際方面，寶鋼1580熱軋廠將整個鋼坯加熱過程進行數(shù)學模型網(wǎng)絡控制，根據(jù)粗軋出口帶鋼要求的目標溫度，采用爐溫或流量設定方法，對板坯溫度周期地進行計算，通過加熱爐控制模型中的數(shù)據(jù)識別，對新增的不同規(guī)格與鋼種的板坯出爐溫度進行控制。萊蕪特鋼廠以神經(jīng)元網(wǎng)絡為基本控制平臺，采用神經(jīng)網(wǎng)絡中帶阻尼反饋的網(wǎng)絡尋優(yōu)功能尋找最佳空燃比，以期提高爐溫控制的精度。從上述加熱爐的檢測控制特點可以看出，用數(shù)學或仿真模型來控制加熱爐的燃燒是最常用的方法。其不足之處在于當實際運行工況偏離模型預設條件，或當用以支持模型運行的參數(shù)檢測出現(xiàn)異常時，需要對模型重新訓練，制約了這些方法的實用性，直接影響了加熱爐的正常生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種加熱爐氣氛場調(diào)控方法，解決現(xiàn)有爐內(nèi)燃燒監(jiān)控依靠經(jīng)驗模式， 當實際運行工況偏離模型預設條件，或當用以支持模型運行的參數(shù)檢測出現(xiàn)異常時，需要對模型重新訓練的問題。本發(fā)明的一種加熱爐氣氛場調(diào)控方法，包括(1)檢測設備布置步驟在四段式加熱爐中，沿程布置2N個火焰探頭，N = 1 8，每個火焰探頭由C⑶攝像機和光學鏡筒構(gòu)成，各火焰探頭分別連接到視頻分割器，視頻分割器將2N個火焰探頭拍攝的2N幅圖像合成為一幅火焰圖像輸出到計算機；(2)圖像數(shù)字處理步驟計算機對火焰圖像進行處理，得到各區(qū)段輻射能信號，包括下述子步驟(2. 1).計算圖像灰度計算火焰圖像中各像素的灰度值Gy Gi, j (n) = 0. 1 Irijj (η)+0. 59gijJ(n)+0. SObijj (η),式中，i、j分別為火焰圖像水平方向和垂直方向的像素個數(shù)，i = 15 45、j = 15 45 ;Γ^·(η)、gi,j(n)、^,,.(η)分別為火焰圖像中像素的紅色、綠色及藍色分量，η為采樣次數(shù)；
(2. 2).計算圖像溫度計算各像素的溫度值IVj(Ii) Ti, j (n) =T0 (η) (6^·(η)/60(η))1/4,
式中，為圖像中像素的最高灰度，Ttl(Ii)為最高灰度對應的比色溫度 (2. 3).計算各區(qū)段輻射能& (η)
權(quán)利要求
1. 一種加熱爐氣氛場調(diào)控方法，包括(1)檢測設備布置步驟在四段式加熱爐中，沿程布置2N個火焰探頭，N = 1 8，每個火焰探頭由CXD攝像機和光學鏡筒構(gòu)成，各火焰探頭分別連接到視頻分割器，視頻分割器將2N個火焰探頭拍攝的 2N幅圖像合成為一幅火焰圖像輸出到計算機；(2)圖像數(shù)字處理步驟計算機對火焰圖像進行處理，得到各區(qū)段輻射能信號，包括下述子步驟 (2. 1).計算圖像灰度計算火焰圖像中各像素的灰度值Gy Gi, J (n) = 0. Ilrijj (η) +0. SQgijj (η) +0. SObijj (η)，式中，i、j分別為火焰圖像水平方向和垂直方向的像素個數(shù)，i = 15 45、j = 15 45g^.W.b^.fc)分別為火焰圖像中像素的紅色、綠色及藍色分量，η為采樣次數(shù)；(2. 2).計算圖像溫度計算各像素的溫度值Ti,」(η) IVj(Ii) =T0 (η) (6^·(η)/60(η))1/4,式中，為圖像中像素的最高灰度，Ttl(Ii)為最高灰度對應的比色溫度； (2. 3).計算各區(qū)段輻射能& (η)
2.如權(quán)利要求1所述的加熱爐氣氛場調(diào)控方法，其特征在于 所述檢測設備布置步驟中，在四段式加熱爐中，四段之一、之二、之三或四段均布置火焰探頭，每段中布置2個或4個火焰探頭。
全文摘要
一種加熱爐氣氛場調(diào)控方法，屬于燃燒監(jiān)測及控制領(lǐng)域，適用于加熱爐燃燒檢測及優(yōu)化控制，解決現(xiàn)有爐內(nèi)燃燒監(jiān)控依靠經(jīng)驗模式，當實際運行工況偏離模型預設條件，或當用以支持模型運行的參數(shù)檢測出現(xiàn)異常時，需要對模型重新訓練的問題。本發(fā)明包括(1)檢測設備布置步驟；(2)圖像數(shù)字處理步驟；(3)控制步驟。本發(fā)明從布置在加熱爐不同區(qū)段的火焰圖像中提取輻射能信號，結(jié)合不同區(qū)段氣氛場檢測，計算合理的風/燃比，減少因不合宜爐內(nèi)氣氛場導致的鋼材和爐管氧化燒損，防止不同班次產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。本發(fā)明可營造爐內(nèi)合適的氣氛場，降低溫度測量誤差，實現(xiàn)加熱爐的運行優(yōu)化和節(jié)能減排。
文檔編號F23N1/02GK102297451SQ20111019197
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者周懷春, 羅自學 申請人:華中科技大學