板坯加热炉自动燃烧控制系统的开发与实践

陈强 伍杉

摘 要：重钢通过一级、二级分步实现自动烧钢，有效的解决了难题并最终实现了全自动加热。

关键词：模糊控制；模型优化；自动燃烧

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.18.087

1 重钢板坯加热炉燃烧模式介绍

加热炉按燃烧模式分类主要有蓄热燃烧模式、常规燃烧模式两种。因蓄热式加热炉能较大节约煤气消耗，在国内得到大量推广，近年新建加热炉主要以蓄热式加热炉为主，蓄热式燃烧模式加热炉主要有空气单蓄热、空气煤气双蓄热、空气单蓄热+煤气预热等，重钢热轧薄板厂应用的是空气单蓄热+煤气预热燃烧模式。蓄热燃烧模式与常规燃烧模式最大区别是蓄热式燃烧模式将燃烧废气（烟气）的热量转化到蓄热体，蓄热体再将热量传递给燃烧介质，从而达到节约煤气消耗的目的；但燃烧过程中排烟状态和燃烧状态，会造成煤气段管的流量波动，炉子两侧温度波动大。

目前国内加热炉自动燃烧燃烧控制系统并没有因为蓄热式加热炉和常规式加热炉燃烧模式的区别进行改进，仍采用PID控制，在国内基本没有蓄热式加热炉实现自动燃烧控制。

2 重钢板坯加热炉全自动烧钢定义

（1）一级自动烧钢是指人工输入设定目标温度，控制系统能自动控制煤气和空气阀门开度，实现炉内温度无限接近控制目標。

（2）二级自动烧钢是指模型计算各段实时控制目标温度，使钢坯出炉时计算温度无限接近出炉目标温度。模型将计算该段所需加热实时温度下达给一级，一级作为段控制目标温度。

（3）同时实现一级、二级自动烧钢称为全自动烧钢。

3 技术方案和实施

3.1 一级方案

采用模糊控制与流量PID相结合的方式，实现一级自动烧钢。重钢热轧薄板厂的加热炉为蓄热式加热炉，采用流量PID进行控制，由于在燃烧换向时温度、煤气流量会产生波动，不易实现自动，因此攻关时，煤气调节阀使用模糊控制，空气调节阀采用模糊控制与流量PID相结合的方式，实现一级自动烧钢。当煤气阀门开口度低于特定值时，空气阀门采用模糊控制，反之则采用流量PID控制。

模糊控制技术的原理在于模拟人工操作思想，即实现当实测温度低于/高于设定温度时增加/减小煤气阀和空气阀开度。煤气阀位的变化量由温差和温阀系数决定。空气阀的变化量由煤气阀位变化量与空阀系数共同决定。阀门开度固定周期内按目标温度与实际进行比对进行调节，同时设置温度控制精度，在精度范围内，调节阀开度设定维持不变。

煤气段调节阀自动控制，按合理固定的周期，通过对目标温度与炉内温度比较，温差与经验系数计算阀门开度，对阀门进行调整。

3.2 二级方案

模型优化：智能控制系统的模型是为了对钢坯的加热过程进行优化控制，使加热炉自动适应多种生产状况而提供的燃烧控制功能。通过优化控制钢坯的升温过程，精确控制钢坯的出炉温度和均匀度，在提高产品质量及产量的前提下，降低能耗、减少氧化烧损。

智能控制系统的数学模型实时计算炉内的各钢坯温度及钢坯内部的温度分布，并根据预测的剩余在炉时间计算将该钢坯加热到目标出炉温度所必需的炉温，然后综合考虑炉内各温度控制段所有钢坯的加热要求，最终计算加热炉各段炉温的设定值；从而对钢坯进行优化加热，精确控制钢坯的出炉温度及升温过程。

4 实施效果与巩固措施

板坯加热炉自动燃烧系统从构思模拟人工操作到收集大量现场操作人员、技术人员意见建议形成讨论方案，经工艺与自动化程序员从编译和执行性、可行性等发面讨论和论证最后定下实施方案。通过一级、二级分步实现自动烧钢最终达到全自动钢坯加热。在实施过程中也遇到一些难题，比如一级控制目标温度的平稳性较差、一级程序反应的及时性、跟随性、收敛性滞后，通过逐步优化参数，设置一级目标温度升降幅度和一级目标温度收敛范围，有效的解决了难题最终实现了全自动加热。

板坯加热炉自动燃烧系统调试完成后，得到热轧薄板厂加热炉所有看火工的认可和接受，并喜欢和愿意使用该系统。板坯加热炉自动燃烧控制系统应用后降低煤气消耗9%左右、降低氧化烧损0.11%左右、钢坯计算温度与目标温度差在10℃以内，炉间差在7℃，温度长度方向同板差减小8℃、炉子使用周期延长2个月、减少操作工4人。加热炉自动燃烧控制系统的应用降低了煤气消耗、减少氧化烧损、提高加热质量、延长炉子使用周期减少操作工劳动强度，对企业降成本促生产有较大意义！

在调试和使用过程中主要出现两个问题：二级给一级下达的目标温度（必须炉内温度）变化波动太快，比如温度经常从1210℃升到1290℃，然后又从1290℃降到1200℃，由于波动较大，一级实施和跟踪非常困难。阀门控制和温度的滞后性，阀门动作后必须燃烧后温度才能有反馈，温度反馈比较滞后，因此阀门围绕目标温度不停的调整效果较差。设定二级每次下达指令幅度不高于10℃，避免调整太快一级不能适应，将计算温度策略优化，保证温度计算准确性。炉温检测温度与目标温度差正负8℃以内，默认接近目标值，不在进行阀位调整。

5 结论

加热炉自动燃烧系统不仅仅局限适应于重钢热轧薄板厂，可以推广到板坯式加热炉。由于燃烧系统不一样，比如蓄热式和常规燃烧模式燃烧过程中煤气流量和温度稳定性不一样，要适当的调整一级自动控制方案；同时由于一些厂特殊产品要求不一样，需要逐步优化和完善，比如有的特钢对加热速度等有特别要求，需将特殊要求与二级模型中有机结合才能更好适应现场生产要求，只有现场操作好用、职工愿意用才能得到较好推广。板坯加热炉自动燃烧控制系统继续开发结合不同炉子特点和不同现场需求，满足现场需求才有较强推广性！

参考文献

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