本發(fā)明涉及智能燃燒控制系統(tǒng)，具體地，涉及一種基于在線優(yōu)化空燃比的加熱爐智能燃燒控制方法。

背景技術(shù)：

軋鋼加熱爐智能燃燒控制系統(tǒng)是軋鋼生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，智能燃燒控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)：提高坯料加熱質(zhì)量、精確控制坯料頭尾溫差與均熱性、降低能源消耗。鋼鐵工業(yè)是能源消耗大戶，其中冶金加熱爐的能耗就占鋼鐵總能耗的25％，提高加熱爐的熱效率，降低能耗，對整個鋼鐵企業(yè)的節(jié)能具有重要的意義。

軋鋼加熱爐智能燃燒控制系統(tǒng)主要控制方法：根據(jù)入爐坯料規(guī)格與目標(biāo)溫度等信息，由智能控制模型確定每個燃燒控制段的設(shè)定爐溫，燃燒系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)化后的爐溫，自動調(diào)節(jié)煤氣與空氣的流量，實現(xiàn)空燃?xì)饬髁康淖顑?yōu)配比。然而，由于燃燒控制過程是一個大慣性、強(qiáng)耦合的控制過程，在此過程中存在著煙氣殘氧含量無法檢測，燃燒溫度控制參數(shù)為非線性時變控制參數(shù)、不同鋼種需要的燃燒氛圍各異等原因，造成了在智能燃燒控制中，燃燒效果不理想，出現(xiàn)坯料加熱溫度不均，爐內(nèi)燃燒不充分等問題，影響了坯料的加熱質(zhì)量并提高了能源的消耗。

通過專利檢索，目前針對加熱爐智能燃燒的相關(guān)公開技術(shù)有：

專利申請?zhí)枮?01210495126.1的專利文獻(xiàn)中，該申請公開了一種軋鋼加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，首先根據(jù)不同鋼坯類型、生產(chǎn)節(jié)奏、鋼坯的初始溫度和出爐溫度建立爐溫在線設(shè)定器，采用控制爐溫的方法控制鋼坯出爐溫度；基于各種工況下的熱效率模型，計算加熱爐負(fù)荷變化量并作為爐溫前饋值，實現(xiàn)負(fù)荷波動下的加熱爐爐溫高精度控制；在此基礎(chǔ)上，通過建立空燃比優(yōu)化控制模型，尋找最佳的空燃比。該申請案的控制過程僅僅停留在理論基礎(chǔ)，尚無實際應(yīng)用的實踐，尤其在工況發(fā)生急劇變化時，該控制方案無法實現(xiàn)智能控制。

專利申請?zhí)枮?01520732449.7的專利文獻(xiàn)中，該申請關(guān)注了燃燒過程中控制參數(shù)的非線性、時變性，提出了應(yīng)用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時尋優(yōu)燃燒控制參數(shù)的策略。該申請具有一定的創(chuàng)新性，但是由于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)固有的特點，容易造成控制參數(shù)局部最優(yōu)，尋優(yōu)過程較長等缺點，因此不適用于實時在線控制系統(tǒng)。

專利申請?zhí)枮?00920221512.5的專利文獻(xiàn)中，該申請研究了管式加熱爐多路煙氣采集管路自動切換裝置，該裝置通過連接管式加熱爐的三個煙氣采集點，為管式加熱爐的在線監(jiān)測提供了技術(shù)保障，然而軋鋼加熱爐的加熱過程由于存在不同的燃燒控制段，每個控制段的工藝要求不同，導(dǎo)致空燃配比的方式各異。該申請所提及的將燃燒煙氣抽取到總管中進(jìn)行檢測的方式無法實現(xiàn)在線優(yōu)化空燃配比的燃燒過程。

軋鋼加熱爐在加熱過程中，由于軋線的軋制情況發(fā)生變化，導(dǎo)致加熱過程極易受到影響。由于坯料的加熱過程是個大慣性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)，因此在此過程中，加熱爐的升溫、降溫控制存在著超調(diào)量過大，控制穩(wěn)態(tài)時間過長的弊端。同時，由于需要快速改變?nèi)紵諊?，燃燒的空燃配比極易造成失調(diào)，燃燒狀況不理想，需要人工介入進(jìn)行手動燃燒，最終導(dǎo)致智能燃燒系統(tǒng)無法實現(xiàn)自動控制爐溫，坯料加熱能耗必然提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于在線優(yōu)化空燃比的加熱爐智能燃燒控制方法，

根據(jù)本發(fā)明提供的基于在線優(yōu)化空燃比的加熱爐智能燃燒控制方法，包括如下步驟：

步驟S1：智能確定最優(yōu)空燃配比；

步驟S2：自動調(diào)節(jié)最優(yōu)空燃配比；

步驟S3：智能反饋控制空燃配比；

步驟S4：智能調(diào)整加熱爐的溫度PID控制參數(shù)。

優(yōu)選地，所述步驟S1包括如下步驟：

步驟S101：采用加熱爐各段空燃比系數(shù)的加權(quán)平均，確定加權(quán)系數(shù)；

步驟S102：對加權(quán)系數(shù)選擇優(yōu)先原則依次為加熱質(zhì)量、產(chǎn)量、節(jié)能，用坯料厚度、各段預(yù)測剩余在爐時間、當(dāng)前坯料溫度、燃燒介質(zhì)變化量，進(jìn)而根據(jù)空燃比自學(xué)習(xí)控制模型，推算出加熱爐各段的最優(yōu)空燃比系數(shù)。

優(yōu)選地，空燃比調(diào)節(jié)方法具體為：

-空燃比過剩系數(shù)由空氣/煤氣流量比控制來調(diào)節(jié)，并用煤氣壓力補(bǔ)償進(jìn)行修正；

-空燃比過剩系數(shù)由空氣/煤氣流量比控制來調(diào)節(jié)，并用煤氣熱值補(bǔ)償進(jìn)行修正。

優(yōu)選地，所述步驟S3包括如下步驟：

步驟S301：根據(jù)軋鋼工藝、軋制要求，確定雙蓄熱式加熱爐的目標(biāo)殘氧量R₀；

步驟S302：通過巡檢式煙氣采集系統(tǒng)對雙蓄熱式加熱爐的加熱各段依次采集、分析、計算，確定有效氧含量測定值

步驟S303：差值計算，將目標(biāo)殘氧量R₀與有效氧含量測定值作差值計算，得到差值

步驟S304：理論空燃比計算，根據(jù)對煤氣的成分以及熱值分析，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式實際計算得出理論空燃比P₀；

步驟S305：計算實際空燃比P₁，P₁＝P₀+K×ΔR；其中，K為PLC定時中斷周期掃描的補(bǔ)償系數(shù)；

步驟S306：根據(jù)實際空燃比P₁，動態(tài)調(diào)節(jié)控制煤氣和空氣調(diào)節(jié)閥，通過煤氣、空氣的實際流量的反饋與修正，以調(diào)節(jié)空燃配比。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明以坯料軋制規(guī)格與目標(biāo)溫度確定燃燒氛圍并以此作為前饋進(jìn)行空燃比調(diào)節(jié)，同時通過巡檢式煙氣分析系統(tǒng)采集的加熱爐各燃燒段燃燒產(chǎn)物中殘氧含量作為反饋進(jìn)行空燃比優(yōu)化控制，在控制過程中根據(jù)溫度的變化情況，動態(tài)調(diào)節(jié)燃燒過程參數(shù)，實現(xiàn)實時、穩(wěn)定的加熱爐智能燃燒控制。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明的步驟流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

在本實施例中，本發(fā)明提供的基于在線優(yōu)化空燃比的加熱爐智能燃燒控制方法，包括如下步驟：

步驟S1：智能確定最優(yōu)空燃配比，考慮到各種坯料燃燒制度可能都不同，燃燒工況也隨時再發(fā)生變化，故各段的空燃比設(shè)定值是由各種工況處理的結(jié)果。

步驟S101：采用加熱爐各段空燃比系數(shù)的加權(quán)平均，確定加權(quán)系數(shù)；

步驟S102：對加權(quán)系數(shù)選擇優(yōu)先原則依次為加熱質(zhì)量、產(chǎn)量、節(jié)能，用坯料厚度、各段預(yù)測剩余在爐時間、當(dāng)前坯料溫度、燃燒介質(zhì)變化量，進(jìn)而根據(jù)空燃比自學(xué)習(xí)控制模型，推算出加熱爐各段的最優(yōu)空燃比系數(shù)。

步驟S2：自動調(diào)節(jié)最優(yōu)空燃配比，空燃比調(diào)節(jié)方法具體為：

-空燃比過剩系數(shù)由空氣/煤氣流量比控制來調(diào)節(jié)，并用煤氣壓力補(bǔ)償進(jìn)行修正；

-空燃比過剩系數(shù)由空氣/煤氣流量比控制來調(diào)節(jié)，并用煤氣熱值補(bǔ)償進(jìn)行修正。

在本實施例中，燃燒系統(tǒng)自動采用煤氣熱值變化，利用前饋控制功能自動修正煤氣總管和空氣總管的流量，另外在燃燒中自動調(diào)節(jié)空氣和煤氣的流量，可以精確修正空燃比。

通過現(xiàn)場及程序的調(diào)試，現(xiàn)場的操作人員可以在指定的HMI界面上給出加熱爐全爐空燃比。

步驟S3：智能反饋控制空燃配比；由于雙蓄熱式加熱爐的所有加熱段控制方式均相同，

步驟S301：根據(jù)軋鋼工藝、軋制要求，確定雙蓄熱式加熱爐的目標(biāo)殘氧量R₀；

步驟S302：通過巡檢式煙氣采集系統(tǒng)對雙蓄熱式加熱爐的加熱各段依次采集、分析、計算，確定有效氧含量測定值

步驟S303：差值計算，將目標(biāo)殘氧量R₀與有效氧含量測定值作差值計算，得到差值

步驟S304：理論空燃比計算，根據(jù)對煤氣的成分以及熱值分析，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式實際計算得出理論空燃比P₀。

步驟S305：計算實際空燃比P₁，P₁＝P₀+K×ΔR。其中，K為PLC定時中斷周期掃描的補(bǔ)償系數(shù)。

步驟S306：根據(jù)實際空燃比P₁，動態(tài)調(diào)節(jié)控制煤氣和空氣調(diào)節(jié)閥，通過煤氣、空氣的實際流量的反饋與修正，以調(diào)節(jié)空燃配比。

步驟S4：智能調(diào)整溫度PID控制參數(shù)。

智能燃燒系統(tǒng)對溫度PID相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行自整定，可以克服加熱爐由于長期運行，導(dǎo)致閥門執(zhí)行效率下降、煙氣管道阻塞等情況PID控制效果不佳的情況，達(dá)到PID參數(shù)的自整定效果，節(jié)約了人員的調(diào)試時間，提升了系統(tǒng)的適應(yīng)性與穩(wěn)定性。同時，針對現(xiàn)場某些時候，需要大量熱量，而傳統(tǒng)PID控制過程響應(yīng)過慢。智能PID控制由于參考了現(xiàn)場操作人員的操作經(jīng)驗，可以直接快速調(diào)整PID相關(guān)參數(shù)，達(dá)到快速響應(yīng)升溫需求的目的。從而提升了本發(fā)明的響應(yīng)能力，保證了自動燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的順利執(zhí)行。

本發(fā)明可以及時響應(yīng)現(xiàn)場工況的變化，在軋線停爐待軋、入爐坯冷熱交換、軋制節(jié)奏發(fā)生變化時均能夠達(dá)到穩(wěn)定的控制效果和最優(yōu)的燃燒效果。在控制過程中，實際溫度與設(shè)定溫度之間的超調(diào)量小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時間短；同時，燃燒過程充分，燃燒產(chǎn)物中殘氧含量達(dá)到工藝所要求的控制精度，對于弱氧化性氣氛與弱還原性氣氛均可實現(xiàn)控制精度。基于此，基于在線優(yōu)化空燃比的加熱爐智能燃燒控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)穩(wěn)定的坯料加熱質(zhì)量，降低坯料加熱能耗的功能。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。