【文章內(nèi)容簡介】 是否能被燒透，爐口能否正常出鋼。均熱段主要將鋼坯均勻加熱到規(guī)定的出鋼溫度。若均熱段溫度過高，將出現(xiàn)鋼體打滑現(xiàn)象，溫度過低，則不能出鋼。三段的溫度互相耦合，互相影響 [5]。 為了便于靈活調(diào)節(jié)各段爐溫，在加熱二段與均熱段之間設(shè)有無水冷隔墻。用無水冷隔墻隔開，可以精確控制兩段爐溫和爐壓，減少兩段之間的輻射干擾。各段均為上下加熱，采用分布在爐子側(cè)墻上的蓄熱式燒 嘴進(jìn)行供熱。通過每對蓄熱式燒嘴的切換燃燒，加強(qiáng)爐氣在爐內(nèi)的擾動，增強(qiáng)爐氣對鋼坯的傳熱?？諝忸A(yù)熱溫度 1000℃ 以上，排煙溫度鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 5 頁 150℃ 以下。 爐內(nèi)鋼坯通過步進(jìn)梁的步進(jìn)動作，自裝料端一步一步經(jīng)過加熱一段、加熱二段和均熱段傳送到爐子的出料端。在接到軋機(jī)要鋼信號后，步進(jìn)梁就將固定梁上最終料位處的鋼坯托放在出料懸臂輥上面，然后送出進(jìn)入軋線軋制。 加熱爐的 熱工制度 主要包括：溫度制度，燃料燃燒制度和爐壓制度等，為了保證燃燒的正常進(jìn)行，一般采用雙交叉限幅燃燒控制 方法 和動態(tài)補(bǔ)償?shù)臓t膛壓力控制 方法 ，同時 對煤氣的 流量、 壓力與助燃 空氣 的 流量、 壓力以及 爐膛 溫度 、壓力 分別進(jìn)行 檢測 控制。 加熱爐檢測系統(tǒng)控制流程圖 如圖 所 示 。 主要 的檢測項(xiàng)目 有 ： （ 1）溫度檢測：加熱爐第一加熱段內(nèi)溫度檢測，加熱爐第二 加熱 段內(nèi)溫度檢測，加熱爐均熱段爐內(nèi)溫度檢測，煤氣、熱風(fēng)溫度檢測，換熱前后煙道溫度檢測 ； （ 2）流量檢測：加熱爐一段煤氣、空氣流量檢測，加熱爐二段煤氣、空氣流量檢測，加熱爐 均熱 段煤氣、空氣流量檢測，熱風(fēng)流量檢測 ； （ 3）壓力檢測：煤氣熱風(fēng)壓力檢測，加熱爐爐膛壓力檢測，煤氣總管壓力檢測，熱風(fēng)管壓力檢測。 圖 加熱爐檢測系統(tǒng)控制流程圖 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 6 頁 其中 ， PV： 表示閥、擋板 PIC：表示壓力指示、調(diào)節(jié) FIC：表示流量指示、調(diào)節(jié) PE：表示壓力測量元件 FT：表示流量變送器 TIC：表示溫度指示、調(diào)節(jié) FE：表示流量測量元件 為保證爐溫燃燒控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，穩(wěn)定燃料壓力是十分必要的。因此在步進(jìn) 式 加熱爐上，應(yīng)設(shè)燃料壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 煤氣壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成，如圖 所示。 圖 煤氣壓力 自動調(diào)節(jié) 系統(tǒng)流程圖 從煤氣管取出的壓力 ， 經(jīng)壓力變送器，配電器輸出 DC420mA 的電流信號進(jìn)入 PLC，與設(shè)定值 SP 進(jìn)行比較，如果輸出的信號小于設(shè)定值 SP，則開大調(diào)節(jié)閥；如果輸出信號大于設(shè)定 值 SP，則關(guān)小調(diào)節(jié)閥，以保證主管 壓力的穩(wěn)定，此時 PLC 調(diào)節(jié)塊應(yīng)選擇 PI型反作用調(diào)節(jié)模塊。 當(dāng)煤氣壓力降低到一定限值時，必須自動切斷煤氣，以保證生產(chǎn)的安全。即當(dāng)煤氣壓力降低到低于允許值時，應(yīng)自動關(guān)閉煤氣切斷閥。當(dāng)事故處理后，煤氣壓力恢復(fù)時，應(yīng)采用手動恢復(fù)的方式，以保證生產(chǎn)的安全 [6]。 空氣壓力的檢測與煤氣的壓力檢測 原理 相同。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 7 頁 煤氣流量的 檢測 直接影響 加熱爐 燃燒控制 ， 所以對煤氣流量的檢測是十分必要 的 。 煤氣流量自動檢測控制系統(tǒng)如圖 所示。 圖 煤氣流量 自動 檢測 控制 系統(tǒng)流程圖 煤氣總管道安有一孔板，當(dāng)煤氣流量經(jīng)過孔板時，經(jīng)壓差變送器和配電器轉(zhuǎn)換DC420mA 的電流，它與 SP 設(shè)定值的 DC420mA 進(jìn)行比較，當(dāng)大于 SP 的設(shè)定值時，調(diào)節(jié) 閥 根據(jù)計算機(jī)系統(tǒng)的指示自動調(diào)??；反之調(diào)節(jié)閥開大。此回路中調(diào)節(jié)器采用 PID 調(diào)節(jié)，能很快 地 ，穩(wěn)定 地 對信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。 加熱爐內(nèi)分均熱段、加熱段和預(yù)熱段，其每段爐溫測量設(shè) 2 支熱電偶，熱電偶可選擇兩種方式：工作模式（選擇兩支熱電偶中的高選值進(jìn) 行燃燒控制）、維護(hù)模式（當(dāng)任何一支熱電偶出 現(xiàn) 故障時，輸入信號自動切換到另一支熱電偶），在一般情況下，溫度控制器只 使 用其中一支熱電偶信號，而另一支熱電偶信號僅作監(jiān)視用。 調(diào)節(jié) 項(xiàng)目 加熱爐的自動調(diào)節(jié)項(xiàng)目主要有： （ 1）煤氣 、空氣 主管道壓力調(diào)節(jié) ； （ 2）煤氣 、空氣 支管道壓力調(diào)節(jié) ； （ 3）爐膛壓力調(diào)節(jié) ； （ 4） 爐膛各加熱段溫度調(diào)節(jié) 。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 8 頁 3 加熱爐燃燒控制系統(tǒng) 設(shè)計 加熱爐控制 應(yīng)該 采用合理的控制策略 ， 使?fàn)t內(nèi) 燃料 燃燒盡可能完全 ，并 使加熱對象加熱到目標(biāo)溫度。國際上從 20 世紀(jì) 70 年 代就開始加熱爐計算機(jī)控制的研究，國 內(nèi) 在這方面起步較晚，從 80 年代才開始這方面的研究工作。但近十多年來，由于計算機(jī)技術(shù)以及智能控制技術(shù)的迅速發(fā)展，加熱爐計算機(jī)控制的應(yīng)用日趨廣泛，控制水平有明顯提高。 在儀表控制系統(tǒng)中，處理燃料與空氣的關(guān)系通常采用配比調(diào)節(jié)，由于燃料與空氣調(diào)節(jié)回路響應(yīng)速度不一致，燃料的熱值又不穩(wěn)定以及燒嘴特性的變化，這種配比關(guān)系難于保證，特別是在燃燒負(fù)荷發(fā)生變化的情況下，更無法保持最佳配比。目前 加熱爐爐溫控制 廣泛采用交叉限幅控制方式來解決這個問題，即根據(jù)給定的空燃比，合理調(diào)節(jié)空氣流量和燃料量，以 保證在爐溫調(diào)節(jié)過程中， 煤氣 和空氣都達(dá)到充分燃燒，這樣既可節(jié)約能源，又可防止環(huán)境污染。 空燃比對于在加熱爐各段內(nèi)取得最佳的燃燒效率是重要的，正確 地 調(diào)整空燃比對于爐子安全及產(chǎn)品質(zhì)量也是重要的。 目前， 通常 采用 3 種 方法 處理空燃關(guān)系：（ 1）單交叉限幅法；（ 2）雙交叉限幅法；（ 3）改進(jìn)型雙交叉限幅法。 單交叉限幅是一種基礎(chǔ)的交叉限幅控制方法 。 圖 為 單交叉限幅系統(tǒng)原理圖 。 當(dāng)溫度調(diào)節(jié)器輸出增加時，開通高值選擇器 HS， 當(dāng) 使空氣流量調(diào)節(jié)設(shè)定值輸出減少時，開通低值選擇器 LS，使燃料流量調(diào)節(jié)設(shè)定值先行降低 ，達(dá)到變化過程始終維持足夠的空氣量的目的。反之，則燃料先行。這種方式使瞬態(tài)響應(yīng)能保證足夠的空氣量。但是，兩個流量系統(tǒng)的控制響應(yīng)不同，雖然加有限幅器，振蕩仍較劇烈。為減輕振蕩和跟蹤設(shè)定值帶來的超調(diào)，在 FIC 前加有兩個設(shè)定值濾波器 SVF。 當(dāng)負(fù)荷增加空氣先行時，因空氣系統(tǒng)慣性，致使流量實(shí)際值來不及變化，低值選擇器 LS 選擇 ? ? ??/1 1KFA ? 作為燃料側(cè)設(shè)定值。式中 AF 為實(shí)際空氣量， 1K 為燃料側(cè)設(shè)定限幅值 ，取 3%～ 5%， ? 為理論空燃比， ? 為空氣過剩系數(shù)。此時空燃比處于低限幅，將冒黑煙。這種現(xiàn)象一直持續(xù)到過渡過程結(jié)束，即燃料側(cè)選擇器重新選擇溫度調(diào)節(jié)器鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 9 頁 TIC 的輸出。 圖 單交叉限幅系統(tǒng)原理圖 當(dāng)負(fù)荷減少燃料先行時，高值選擇器 HS 選擇 ? ?21 KFF ? ,式中 F 為燃料量， 2K 為空氣側(cè)設(shè)定限幅值，取 3%～ 5%，空氣過剩偏多。這種現(xiàn)象一直持續(xù)到過渡過程結(jié)束，即空氣側(cè)的選擇器重新選擇溫度調(diào)節(jié) TIC 的輸出。 單交叉限幅控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：在需要增加爐溫時，先增加空氣量，再增加燃料量；在減少爐溫時，則先減燃料量，再減空氣量。這樣保證了合適的空氣過剩系數(shù)，使燃料更為合理。 單 交叉限幅的限幅值 1K 和 2K 只限定發(fā)煙界限，在負(fù)荷突減時空氣過剩不受控制，使過渡過程排煙損失和公害變大。和雙 交叉 限幅相比，單 交叉 限幅的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)響應(yīng)快。但這種系統(tǒng)，對燃料閥動作快于空氣閥的系統(tǒng)來說，會發(fā)生比例失調(diào)，使燃料增加過快，以致早冒黑煙 [7]。 雙交叉限幅控制方式 能夠 克服單交叉限幅控制燃燒不充分等問題 ，以減少了污染氣體的對外排放 ， 保證煤氣 充分 燃燒 ， 有效地提高系統(tǒng)空燃比的穩(wěn)定性，增強(qiáng)爐溫的控制效果。 雙交叉 系統(tǒng) 采用流量內(nèi)環(huán)和爐溫外環(huán)的 PID 調(diào)節(jié)系統(tǒng)來完成爐內(nèi)溫度的自動調(diào)節(jié)，具體的實(shí)現(xiàn)方式為： DCS 控制系統(tǒng)先對各有效爐溫控制點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)采樣比較，將采樣點(diǎn)鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 10 頁 的溫度值送入 PID 調(diào)節(jié)器（溫度外環(huán)）進(jìn)行溫度趨勢調(diào)節(jié)；同時 將溫度外環(huán) PID 調(diào)節(jié)器的輸出值送入流量內(nèi)環(huán)的 PI 調(diào)節(jié)器，再對系統(tǒng)中空氣和煤氣的輸出進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，以最終實(shí)現(xiàn)加熱爐的溫度自動控制。 雙交叉限幅系統(tǒng)原理如圖 所示，圖中所示的雙交叉限幅系統(tǒng)由 1 個溫度調(diào)節(jié)器，1 個煤氣流量調(diào)節(jié)器， 1 個空氣流量調(diào)節(jié)器， 4 個高低選擇器和一些運(yùn)算單元構(gòu)成，系統(tǒng)中溫度調(diào)節(jié)器采用 PID 型反作用式，空氣和煤氣流量調(diào)節(jié)器采用 PI 型反作用式。 燃燒控制系統(tǒng)的主要目的是將爐溫控制在允許的范圍內(nèi)，并保證燃燒過程的合理性。在加熱爐的加熱段和均熱段，每個溫度控制調(diào)節(jié)器的輸出值 e ，通過 HS， LS 選擇器作為煤氣和空氣流量內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)定值 SP ，各段熱電偶為溫度調(diào)節(jié)器提供測量值PV ，系統(tǒng)中的限幅值 1K ， 2K 取值為 4.、 5， 3K ， 4K 取值為 7（調(diào)試值）， a ， b ， c ，d 為空氣，燃料的測量修正值； F ， AF 分別為煤氣、空氣的相對值； ? 為理論空然比；? 為空氣過剩系數(shù)。 圖 雙交叉限幅系統(tǒng)原理圖 雙交叉限幅系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程簡述如下： （ 1） 正常工作情況時，溫度調(diào)節(jié)器的 PVSP? ，煤氣和空氣側(cè)的流量調(diào)節(jié)器設(shè)定值均由 e 決定。 （ 2） 當(dāng)檢測點(diǎn)的實(shí)際溫度 PV 小于溫度調(diào)節(jié)器的給定值 SP （升溫）時，由于溫鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 11 頁 度調(diào)節(jié)器為 PID 反作用式，故其輸出值 e 大幅度增加。 ① 對煤氣回路來講，在 HS 中， e與 c 進(jìn)行比較，因 為 ce? ，為輸出，故選 e ，在 LS 中， e 與 a 進(jìn)行比較，因 ae? ，為出，故選 a ,此時 a 成為煤氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，即 ? ? ? ? ???? /??? 。② 對空氣回路來講，由于 e 增加， de? ,LS 輸出為 d ,又因?yàn)?bd? ，所以 HS 輸出為 d ，由 d 作為空氣調(diào)節(jié)器的給定值， ? ? FF FFKd ??? 。上述情況表明：升溫時，煤氣和空氣同時取上限限幅值；隨著溫度的上升， e 值逐漸變小，當(dāng)溫度上升到溫度調(diào)節(jié)器的 SPPV? 時，雙交叉限幅過程結(jié)束。 （ 3） 當(dāng)檢測點(diǎn)的實(shí)際溫度值 PV 高于溫度調(diào)節(jié)器的給定 SP （降溫）時，其輸出值 e 大幅度減小。 ① 對煤氣回路來講，在 HS 中 ,e 與 c 進(jìn)行比較，因 ce? ，為輸出，故選 c ；在 LS 中， c 與 a 進(jìn)行比較，因 ac? ,故選 c 為輸出，此時 c 成為煤氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，即 ? ? AA FFKc 9 5 0 0/1 0 0 2 ??? 。 ② 對空氣回路來講，因 e 減少， de? ， LS 輸出為 e ， 又因 為 be? , 所以 HS 輸 出為 b ，由 b 作 為 空氣 調(diào)節(jié) 器的 給 定值 ，? ? FF FFKb 9 5 0 0/1 0 0 2 ??? 。上述情況表明：降溫時，煤氣和空氣同時取下限限幅值；隨著溫度下降， e 值逐漸增大，當(dāng)溫度降低到溫度調(diào)節(jié)器的 SPPV? 時，雙交 叉限幅調(diào)節(jié)過程結(jié)束。 改進(jìn)型雙交叉限幅控制， 是 基于雙交叉限幅的控制， 在 系統(tǒng) 中 增 加了 ? ?1Xf ， 使動態(tài)響應(yīng)時間提高， 如 下 圖 所示，讓 ? ?1Xf 按 TIC 輸出與燃料流量的比值或按 TIC 輸出的變化率計算限幅值的偏置 △ K，比值或變化率越大， △ K 越大。加入偏置 △ K 等于放寬限制條件，使雙限幅的優(yōu)越性變得不明顯，當(dāng) △ K 足夠大時，系統(tǒng)將蛻變成空氣和燃料兩個流量回路同時跟蹤 TIC 輸出的并行系統(tǒng)。并行的兩個回路因回路特性不同產(chǎn) 生的相位差使動態(tài)流量比變壞，是超調(diào)大和有明顯振蕩的系統(tǒng)，動態(tài)流量比將難以控制。 本文采用 雙 交叉 限幅的控制方法來實(shí)