智能控制在軋鋼加熱爐上的節能應用

仝軍營 秦建軍 劉虎 徐興

摘 要：為減少燃料消耗，降低氧化燒損，提高加熱質量，降低勞動強度，實現了加熱爐自動燃燒優化控制，優化空燃比、鋼坯加熱質量、爐內溫度、爐內氣氛（空燃比）、爐壓、排煙溫度等工藝參數，從而達到節約燃氣消耗、減少氧化燒損目的。本文對智能控制在軋鋼加熱爐上的節能應用進行探討。

關鍵詞：優化控制系統;自尋優;先進控制

1優化控制系統在棒材加熱爐應用設計方案

優化控制系統組成：加熱爐增加一套上海策立公司優化控制系統，采用西門子TCP/IP通訊協議采集原系統數據，經過優化控制系統模型計算再送回原系統各執行機構，使燃燒優化系統與原系統無縫整合到一起，在調試與運行過程中不影響原系統的正常運行。

2加熱爐各回路優化控制方案設計

2.1爐膛溫度控制回路

燃燒制度設定功能：根據軋制工藝要求、熱裝情況，設定加熱爐各段溫度控制點，同時加熱爐根據各段溫度自動調節煤氣閥和空氣閥，同時對各控制點（排煙溫度、爐膛負壓等）進行自動調節。溫度擾動觀測器模型：它通過計算爐內溫度變化趨勢來提前調整煤氣量和風量，以保證爐內溫度的穩定性，模型輸出同時會調整煤氣量控制點、煤氣閥位和空氣閥位以提高調節的快速性。空燃比是一個可變的比值，通過自尋優算法計算得出，當煤氣熱值、煤氣壓力、生產負荷甚至儀表性能等發生改變時，它都會被煤氣、空氣優化功能所自動改變。

空氣量優化模型：由于煤氣質量的頻繁波動以及前一級燃燒效果的影響，造成在該點與等量煤氣相對應的空氣量也是不固定的，它應根據煤氣熱值等變化而變化，最終目標是讓所配風量能讓進爐煤氣完全燃燒，當燃燒最完全時，會造成該段溫度有所上升，溫度優化控制回路就會相應降低煤氣量控制點，這樣就完成了又一次的優化節能。智能手操：由于煤氣閥、空氣閥使用久了閥門的性能變差，如空行程大、死區大等，在控制指令送出之前，要經過該智能手操，它能克服調節閥的這些約束而保證爐內溫度的穩定性。閥位安全限幅與聯鎖功能：通過設置合理的上限或下限來保證生產安全。

2.2爐膛壓力控制回路

爐膛負壓前饋調節器：當進爐煤氣/空氣流量變大或變小，提前正作用煤煙/空煙引風機動作，輸出到“爐壓智能調節器”模塊，穩定爐膛壓力作用。爐壓智能調節器：處理后的爐壓測量值與爐壓設定值比較，經該模塊計算輸出開度到智能軟手操;該調節器采用區間控制，在爐膛壓力高或低的情況下，優先調整各段煤煙/空煙閥位，超限后則提高或降低煤煙/ 空煙引風機頻率。閥位安全限幅與聯鎖功能：通過設置合理的上限或下限來保證生產安全。根據現場的實際情況，在爐膛壓力超標的情況下，優先提高煙溫的閥位，在排除換向的特殊情況下，持續過高的壓力，則提高引風機的頻率;為了實現穩定的爐膛壓力控制，在空氣總管、煤氣總管的壓力及流量變化時，引風機提前動作。在負壓調節回路上增加前饋調節器用于改善調節品質，前饋調節解決的是當進爐煤氣、空氣發生量變化時提前給煙道閥一個改變量。

2.3煙溫控制回路

根據對應的支管流量來前饋控制煙溫閥門的動作。同時采用軟伺服技術、擾動觀察器、重疊控制技術等先進控制算法，提高煙溫的控制精度;擾動觀測器模型將被控變量的變化趨勢、幅度以及干擾來源進行智能計算，作為智能控制器的前饋輸入而很好地提高了控制品質;由于燃燒裝置的控制系統復雜，耦合性、時變性和非線性嚴重，執行機構性能差等原因，常規PID算法是無法讓人滿意的。智能控制器的設計則充分考慮了這些因素，把人的操作經驗和現代控制理論結合在了一起，達到了非常理想的控制效果。

2.4爐膛壓力與煙溫協調控制設計

爐膛壓力與煙溫協調控制主要在保證爐膛微正壓的情況下，根據壓力情況調整煙溫的控制點，當爐膛壓力過高造成高溫煙氣的泄漏，不利于煙氣熱量的有效利用;實現空煙溫度和煤煙溫度的均衡控制，保證由于溫度偏差大造成煙氣熱量利用率低和高溫煙氣排出的排煙溫度的增大。

2.5加熱爐安全運行控制功能設計

（1）智能語音報警功能。優化控制系統將加熱爐的主要運行故障都納進了智能語音報警模型，當某種故障發生或將要發生，優化控制系統會以不同的模仿真人聲音進行報警，直接定位到點。如果優化控制系統處于全面自動優化狀態，操作人員只在報警出現時進行干預，這就是我們所說的“準無人化操作”。（2）通訊故障自動切換功能。當優化控制系統與PLC 系統的DB通訊出現異常且在一定時間沒有自動恢復時，優化控制系統會自動將控制權無擾切換到PLC側并報警。（3）軟測量模型——部分儀表故障的自動處理。主要有三種情形：一是測量儀表不準確，優化控制系統會根據其變化趨勢實施有效的優化操作;二是優化控制系統可以自動剔除完全損壞的儀表，如煤氣流量，并自動消除由此帶來的突變影響或可切換至軟測量模型;三是設計了智能控制器用于對付那些特性不好的閥門或液力耦合器等。（4）部分工藝故障的自動處理。優化控制系統已完成了如下工藝故障的自動處理模型：一是預防不完全燃燒控制模型，二是爐膛溫度梯度不平衡處理模型。（5）智能閥門軟伺服模型。該功能模塊僅用來結合現場閥門情況，設定閥門動作幅度和頻次，延長閥門使用壽命。該模型與控制功能中的擾動觀察器模型配合使用，在不降低控制精度的情況下，最大程度地保證閥門動作符合操作習慣，保護閥門壽命。（6）高抗干擾能力。系統的諸多數據處理和控制方案中，涉及到煤氣壓力波動和煤氣熱值波動的處理，使得系統在煤氣壓力波動和煤氣熱值波動時候，依然能夠穩定地、安全地、經濟地運行。

3加熱爐經濟運行統計與考核功能

針對每一個班的主要運行參數以及噸鋼煤氣消耗、運行穩定性等關鍵運行參數進行統計顯示，同時還對本班的各個回路的自控率及總自控率進行統計，可以直觀地顯示本班、上班及本月的統計結果，讓運行人員能夠了解上班及以前的操作水平，為其運行提供參考。

結束語：加熱爐優化控制技術在一棒加熱爐上應用已有一年時間，提高了加熱爐燃燒系統的自動化水平，使加熱爐軋鋼溫度運行更加平穩，生產更安全，降低了操作人員的勞動強度，在相同鋼種、相同生產節奏下優化控制系統較改造前各段爐膛溫度、排煙溫度波動明顯減小，能耗顯著下降，減少氧化燒損，提高了企業的經濟效益。該技術對現場的硬件設備要求較低，非常適合工業現場情況，具有良好的推廣價值。

參考文獻：

[1]華羅庚.優選學[M].北京：科學出版社，1981.

[2]吳劍恒，陳文強，高瑞峰，等.燃燒優化控制技術在循環流化床鍋爐上的應用與效果[J].工業鍋爐，2010，（1）：32-35.