轧钢加热炉的控制与节能
钢铁企业轧钢加热炉节能设计技术规范
中华人民共和国黑色冶金行业标准YB钢铁企业轧钢加热炉节能设计技术规范（征求意见稿）中华人民共和国工业和信息化部 发布前言本规范由中国钢铁工业协会提出。
本规范由全国钢标准化技术委员会归口。
本规范编制单位：本规范主要起草人：钢铁企业轧钢加热炉节能设计技术规范1总则1.1本规范仅对连续式轧钢加热炉适用，间断式加热炉（如车底式、室式、坑式加热炉）不在此规范内。
1.2本规范仅涉及到轧钢加热炉设计时应采用的综合节能技术和应达到的单耗指标，全面的设计规范按GB50486执行。
1.3炉子设计者须贯彻国家和行业的有关节能的方针、政策和法规，根据车间工艺、燃料条件，确定采用的技术措施，必须满足技术先进，确保产品质量、节能低耗，排放达标，运行安全可靠，生产操作自动化程度高的要求。
1.4加热炉节能不仅需要有一个好的设计，还需要炉子操作者的精心操作。
炉子操作工应经过培训，具有流体力学、传热学、耐火材料、热工测量和控制、液压和机械等有关知识。
1.5炉子设计应以节能环保为中心，积极采用国内外行之有效的各种技术，包括蓄热燃烧技术、脉冲燃烧技术、汽化冷却技术、低热惰性炉衬、低NOx烧嘴、空煤气预热器等。
大力研发具有自主知识产权的低NOx烧嘴、无焰燃烧器、富氧和全氧燃烧器、蓄热式辐射管烧嘴、全纤维炉衬板坯加热炉、全脉冲燃烧控制的步进炉等。
1.6生产厂根据具体情况，制定符合实际的供热和温度制度，既保证良好的加热质量，又得到最低的燃料消耗。
2.规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T3486-93 评价企业合理用热技术导则GB16297 大气污染物排放物标准GB/T17195 工业炉名词术语GB50486 钢铁厂工业炉设计规范3.术语和定义GB/T17195中确立的以及下列术语和定义适用于本规范。
轧钢加热炉节能技术研究
轧钢加热炉节能技术研究1. 引言1.1 背景介绍轧钢加热炉是钢铁生产过程中的关键设备，通过对钢坯进行加热，使其达到适合轧制的温度，为后续轧制工艺提供必要的条件。
在传统的轧钢加热炉技术中，存在着能耗高、效率低、环境污染严重等问题，亟需进行节能技术的研究与应用。
随着人们对能源资源的重视和环境保护意识的增强，节能技术在钢铁行业中得到了广泛关注。
采用先进的节能技术可以有效降低轧钢加热炉的能耗，提高生产效率，减少污染排放，符合现代工业可持续发展的要求。
开展轧钢加热炉节能技术研究具有重要的意义和价值。
本文将从现有轧钢加热炉技术及存在问题、节能技术研究方向、节能技术应用案例、节能技术的效果评估以及技术改进与优化等方面进行探讨，旨在为推动轧钢加热炉节能技术的发展提供参考和借鉴。
【背景介绍】1.2 研究目的研究目的：本文旨在深入探讨轧钢加热炉节能技术的研究现状与发展趋势，分析现有技术存在的问题和不足之处，提出针对性的节能技术研究方向。
通过对节能技术的应用案例进行分析与总结，评估其效果，并探讨技术改进与优化的方向。
本研究旨在为轧钢加热炉的节能技术提供参考，提高其能源利用效率，减少资源浪费，促进工业生产的可持续发展。
2. 正文2.1 现有轧钢加热炉技术及存在问题现有轧钢加热炉技术主要包括燃气加热炉、电阻加热炉和感应加热炉等。
燃气加热炉以其便捷和稳定的特点被广泛应用，但存在能源消耗较大、热效率低下、排放污染物等问题。
电阻加热炉受到电能价格波动的影响，成本较高且能效较低。
感应加热炉虽然效率较高，但设备维护费用高昂，投资成本较大。
在现有轧钢加热炉技术中，存在以下问题：一是能源利用率低，导致能源浪费严重；二是传热效率不高，加热速度慢、生产效率低；三是设备老化严重，运行稳定性差，需要频繁维护和更换；四是排放污染物多，对环境造成影响。
现有技术在节能方面还存在短板，缺乏有效的节能措施和管理机制，未能实现能源资源的有效利用和循环利用。
轧钢加热炉综合节能技术分析
轧钢加热炉综合节能技术分析轧钢加热炉是钢铁生产中的关键设备之一，其能耗占整个生产线的比例较大。
对加热炉的综合节能技术进行分析和研究具有重要意义。
加热炉的主要能源消耗是燃料和电能。
目前，燃料的消耗是加热炉能耗的主要部分。
优化燃料的选择和燃烧过程是实现加热炉节能的关键。
可以通过使用高效燃烧器和燃烧控制系统来提高燃烧效率，减少燃料消耗。
加热炉的热损失也是能耗的重要部分。
传统的加热炉通常存在着热损失较大的问题，所以改善炉膛和烟道的隔热，采用热工程设计方法来降低热损失是非常必要的。
可以通过增加加热炉的预热装置，充分利用烟气中含有的热量，来提高炉膛的热效率。
加热炉在运行过程中还会产生大量的废热，如果能有效地利用这些废热，将会进一步提高热效率。
可以采用废热锅炉、废热蒸发器等设备来回收废热，实现能量的再利用。
加热炉的控制系统也是节能的重要手段。
良好的控制系统可以实现对加热炉的精确控制，避免能量的浪费。
可以通过自动化技术来实现对加热炉的智能化管理，进一步提高能源利用效率。
加热炉的清洁化燃烧也是节能的重要方向。
采用先进的燃烧技术，降低燃烧产物中的污染物含量，不仅可以减少环境污染，同时还能提高能量利用效率。
加热炉的综合节能还需要依靠科学的管理和维护。
定期对加热炉进行维护和修复，保持设备的正常运行，可以避免能耗的不必要增加。
加强对操作人员的培训，提高工人的节能意识和技能，也是节能的重要环节。
轧钢加热炉的综合节能技术包括优化燃烧工艺、降低热损失、废热回收利用、控制系统优化、清洁化燃烧和科学的管理与维护等方面。
通过综合运用各项节能技术，可以有效地降低加热炉的能耗，提高能源利用效率，实现对加热炉的可持续发展。
轧钢车间加热炉温度自动控制的实现与节能问题的分析
科 技 论 坛
自
张
７ １ ０ ０ ６ ５
பைடு நூலகம்
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明
陕西 西安
西安文理学院物 电学院
摘 要 ：作为轧钢工业 中相 当重要 的组成方 面之一 ，轧钢车 间加热 炉 ２ １ ２ 烧嘴发 生堵塞 及腐蚀 漏气 的能源消耗 占车 间总体能耗的６ Ｏ ％ ＿ ７ ０ ％ 。加热 炉主要用来对钢坯进行加 对于烧 嘴发生堵 塞 以及 腐蚀 漏气而 言 ，这 方面 主要是 由于煤 气 热，以确保钢 坯出炉的温度能够达到轧钢 的要求 ，因此，如何 实现轧钢 的净化 程度不 足 引起的 ，因煤气 中含大 量硫 、苯 、尘 以及焦 油等 杂 车间加 热炉温度的 自 动化控制，并 实现此过程的节能降耗成 为相 关领域 质 ，因而冬季 将蒸汽 进行管 道 的通 入 时 ，将会 直接导 致管道 的末端 的重点问题。 以及烧 嘴的通 道发 生堵塞 ，或者 因腐蚀 而发生 漏气情 况 ，直 接导致 关键 词 ：轧钢 ；加 热炉；温度； 自 动控制 ；节能对策 加热炉 加热 能力 的大幅下 降 ，导致 不充分 燃烧 程度 的增大 ，对于加 热炉 的节能 降耗 以及 安全生产 均十分 不利 。 对于钢 铁生 产的各 个环 节和工 序 中，轧 钢 工序 的能 耗所 占的 比 ２ ． １ ． ３ 换热器 受损 例是 相 当大的 ，而在轧 钢车 间中加 热炉燃料 耗能 约 占轧 钢工序 总能 对 于 轧钢 厂 而 言 ，无论 是 煤 气或 者 空气 换 热器 ，均会 出现 一 量消 耗的 百分之 六十 。因此 ，为 了做 好节 能降耗 工作 ，必须先 从能 定程度 的损坏 情况 。例如 ，空气换 热器首 排 的导气管被 封死 ，或者 耗大 户—— 加热 炉的节 能工作 出发 ，以便 实现钢铁 生产 成本 的大幅 煤气换 热器腐 蚀老化 而导致 煤气发 生泄 漏 ，若 无备件 准备 ，则必 须 降低 ，提高 轧钢厂 的生产效 益 。 将其甩 掉 ，无法对 煤气进行 预热 ，此情 况直接 导致煤 气的不 充分燃 １ 轧钢车 间加热炉 湿度 自动控 制系统及 实现 烧 ，并 导致能耗 的上升 ，影 响加热炉 生产 的节能性 。 如今 ，随着 钢铁 生产技术 、工 艺 以及 生产设 备等 的不 断发 展 ， ２ ． １ ． ４ 炉头及 炉墙发 生 冒火 微型 计算机 以及 可编程 控制器 等 的逐 步推广 和应 用 ，加 热炉窑 的 自 不 少加 热炉各 侧墙 的密封程 度不一 致 ，某 侧密封 较好 ，而另 一 动化 控制也 得到 了全面 的发展 ，并 以现代化 控 制理 论 为指导 ，逐步 侧则较 差 ，此 时若 进行小规 格产 品的轧 制时 ，由于轧 制的节 奏相对 实现 系统 的优化 控制 。对于 加热炉 而言 ，其 自动化 控制 大体包 括 以 较慢 ，因而基 本没 有冒火现 象 出现 ，但在 进行 较大规格 产 品的轧 制 下层 次 ： 过程 中 ，由于轧制 的节奏相 对较快 。因此 炉压也 较高 ，此 时密封 性 １ ． １ 结 合 燃料 的利 用率 情 况 以及 空燃 比 的合 理 性 ，确 保 加 热 较差 的那一侧 容易 冒火 ，导 致 窜火 及透 红现象 的发生 ，对于 节能 降 炉 燃烧 过 程 中 自动化 控 制 目的的 实现 ，也 就 是 控制 对 象 为炉温 的 耗 十分 不利 。 Ｄ Ｄ Ｃ 级控 制 ： ２ ． １ ． ５ 加热炉 底结渣 情况严重 １ ． ２ 将钢 坯 的加 热过 程进 行优 化 为 目标 ，对炉 温及 燃耗 量 进行 随着轧钢 产量 的不 断增 加 ，加热炉 的负荷也 在 随之不 断提高 ， 自动 化控 制 ，即所 谓的 控制对象 为钢温 的Ｓ Ｐ Ｃ 级控 制 ； 再加上 加热炉 的炉压 较难进 行控 制 ，因此 吸冷风 的情 况较 为严重 ， １ ． ３ 将 生产 系统 的协 调 与优化 为 目标 ，基 于前 后 工序 的 自动化 这将会 直接导 致加 热炉炉底 的严重 结渣 ，炉底 结渣呈 不规则 浪丘形 来确 保加 热段调 度及管 理 自动化 的实现 ，即所谓 的控制 对象 为全系 式 ，并 从炉 头方 向一直延伸 至 出钢 滑道 ，这不 仅直接 影响 出钢的正 统最 优化 的Ｓ ＣＣ 级控制 。 目前使 用较 多的加热 炉温度 自动化 控制系 常性 ，更增加 了能耗 。 统是 以串级比值 控制 为原理 实现 的 ，此种 控制 方法是一 种基本 的加 此 外 ，有些加 热炉仍在 使 用水冷 ，且水温 较高 ，这不仅 导致 炉 热炉 温度 控制方 法 ，也 是如今 使用 最多 的温 度 控制方法 之一 。其不 内水管 结垢 ，还 会将炉 膛热量 带走 ，从而导致 热耗 的增加 。 仅可 以克服 煤气 及空气 压力 的波动 等不 良因素 ，确保空 燃 比 ，而且 ２ ２ 加热炉 节能措 施分析 十分 简单 易行。 ２ ＿ ２ ｌ １ 对 于加 热炉 煤压 及 热值 波动 问 题而 言 ，可通 过 煤气 稳压 为 了实现 空燃 比控制过 程的精 细化 ，后来 又出现 了一种新 的控 装置来 解决 ，规划 过程 中应 考虑进 行煤 气柜 的建设 ， 以便调 节煤 气 制 方法 ，即在 串级 比值 控制 法 中包 含 了双 交叉 限幅。此 法能够 对空 的供 需平 衡 性 。此 外 ，加 热 炉进 行 燃料 的使 用 时 ，应 进行 单 一 煤 燃 比进行 动态控 制 ，但 是 由于其限 幅过程使 得 系统 的响应速度 大大 气 的应 用 ，或 者调 节 好煤 气 的混 合 比例 ，以便 对煤 气 的热 值 进 行 降低 了，因而对 负荷 变化情 况的跟 踪速度 有较 大影响 。因而此 法仅 稳定 。除此 以外 ，还应增设 热值仪 ，以便 加强 对煤气 热值 的监控 力 仅 适用于温 度调 整范 围及速度相 对较小 的热段 控制过 程 中。 度。进 行检修 时应 错开对不 同加 热炉之 间的检修 时 间 ，以缓 解煤压 针对 上述情 况 ，为提高 其响应 速度 ，可通过 将限幅 系数设 置 为 以及热 值 的波动等 问题 。可 借助 于最佳 控制燃 烧技术 来有效 减少 煤 自动进行 温度偏 差 的修 正来 对此法 进行 改进 ，这样 ，在 温度偏 差相 压及热 值波动对 加热 炉燃烧过 程所 带来的 影响。 对较 大 的情况 下能够取 消此 种限幅 的功 能。此种 改进型 的双 交叉限 ２ ｌ ２ ． ２ 可 采 用干 法替代 湿 法 ，以降低 煤气 的含 水 量 ，加强 对 煤 幅 控制 系统较 旧有 的串级 比值 控制 系统而 言 ，其无论是 在控 制方法 气的 净化 。同时定 期对烧 嘴 中的粘结物 进行清 理 ，尽 量降低 出钢 的 上 ，还是 在控 制效果 方面均 更具优 势 ，并且系统 响应速 度也 有很大 温度 ，以便 实现待 轧时 间的进一 步减少 。此外 注意对 加热 工艺进 行 程 度的提 高。 进一步 优化 。
轧钢加热炉综合节能技术分析
轧钢加热炉综合节能技术分析随着钢铁工业的发展，轧钢生产逐渐成为钢铁生产的重要组成部分。
而轧钢加热炉作为轧钢生产的核心设备之一，其能否实现节能降耗，对钢铁企业的经济效益和环境保护都有着重要影响。
1. 告别传统加热方式。
传统的轧钢加热炉主要采用燃煤加热技术，而这种技术会产生大量的热能损失，同时还会对环境造成污染。
因此，采用清洁加热方式，如燃气加热、电加热和感应加热等，可以大幅度减少能源损失和环境污染。
2. 实现自动化控制。
采用自动化控制系统可以实现对加热过程的精细控制，不仅能够降低能耗，还能提高加热效率。
在自动化控制系统的帮助下，调整时间、温度等参数可以更加精确地进行控制，实现节能的目的。
3. 采用节能材料。
轧钢加热炉中的炉壁、保温材料等都可以采用优质的节能材料，减少热能损失，提高加热效率。
同时，也可以在减少热能损失的前提下，提高加热速度。
4. 采用热回收技术。
轧钢加热炉的热能损失是比较严重的，采用热回收技术可以将这些热能重新利用。
例如，在燃气加热的时候，可以在燃气燃烧后的废气中回收热能，用于其他地方的加热。
1. 减少能耗。
采取综合技术手段进行节能，使得轧钢加热炉的能耗大大降低。
2. 提高产能。
通过采用加速加热技术和精细控制技术等手段，轧钢加热炉的产能可以得到提高，在满足生产质量要求的前提下，能够生产出更多的产品。
3. 减少烟气和废气的排放。
采用清洁加热方式和热能回收技术，可以有效地减少烟气和废气的排放量，从而减少对环境的污染。
4. 提高设备的使用寿命。
采用节能材料和自动化控制技术等手段，可以降低设备的热应力和机械应力，延长设备的使用寿命。
1. 江铜集团有限公司采用感应加热技术，成功开发出新型高功率（3×3.2MW)多级自动控制中频感应加热炉，取得了显著的节能效果。
2. 新疆天业集团新材料有限公司采用热设备优化技术和节能材料，有效降低加热能耗，提高了生产效率，增加了经济效益。
3. 横滨轧钢（广东）有限公司将原有的热风炉改造为燃气加热炉，同时采用节能材料加热炉壁和保温材料等方法，实现了能耗的大幅度降低，同时生产效率也得到提高。
探讨轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的途径
探讨轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的途径轧钢加热炉是钢铁生产过程中的重要环节，对钢材进行加热热处理，以提高钢材的塑性和韧性，减少体积缩减和内部应力，从而保证钢材的质量。
传统的加热炉存在能源浪费和氧化烧损等问题，为了实现节能和降低氧化烧损，可以采取以下途径：1. 优化炉膛结构：对加热炉的炉膛结构进行优化设计，在保证加热效果的前提下，尽量减少炉膛的内部空气流动，降低燃料的消耗。
改善炉膛内的温度分布，使其更加均匀，减少钢材的温度梯度和应力，提高钢材的质量。
2. 采用先进的燃烧技术：采用高效率和低氮氧化物燃烧技术，如燃烧器预混技术、气液混合燃烧技术等，提高燃料的利用率，降低燃料的消耗。
还可以采用多炉联控技术，实现燃烧系统的精细化调控，进一步提高能效。
3. 循环利用废热：将炉膛的废热进行回收利用，供给其他工艺流程或者热水供暖等用途，减少能源的浪费。
可以通过增加余热锅炉或者蒸汽发生器，将废热转化为热能，提高能源利用效率。
4. 控制氧化烧损：采取有效的技术手段，控制氧化烧损的产生。
可以通过控制燃烧过程中的氧气含量，减少钢材与氧气的接触，从而降低氧化烧损。
还可以采用保护气体或者真空炉等方法，减少氧化烧损的发生。
5. 提高设备的运行效率：定期对加热炉进行维护和保养，确保设备的正常运行。
可以采用有效的清洗、检修和调整措施，保证燃烧器、烟囱和热交换器等设备的效率和稳定性，减少能源的损耗和浪费。
轧钢加热炉节能和降低氧化烧损的途径多种多样，可以通过优化炉膛结构、应用先进的燃烧技术、循环利用废热、控制氧化烧损以及提高设备的运行效率等方法来实现。
这些措施能够有效减少能源的消耗和浪费，提高钢材的质量和产能，对于钢铁生产的可持续发展具有重要意义。
简谈轧钢加热炉问题及节能_陈冠军
＊国家“十一五”科技支撑计划资助2006B A E 03A 06-2收稿日期:2008-07-02陈冠军(1972- ),高工;100043北京市石景山区。
简谈轧钢加热炉问题及节能＊陈冠军(首钢技术研究院)摘 要 通过对首钢各厂轧钢加热炉现状调查、热平衡测试和指标监测,分析出了目前轧钢加热炉使用与运行过程存在的问题。
针对这些问题,提出轧钢加热炉节能改进的对策,通过实施这些对策,可以进一步降低轧钢加热炉能耗并延长其寿命。
关键词 加热炉 节能 轧钢T h e p r o b l e m a n de n e r g y -s a v i n go f r e h e a t i n g f u r n a c eC h e n G u a n j u n(S h o u g a n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y )A b s t r a c tB a s e d o nt h e i n v e s t i g a t i o n o f s t e e l r o l l i n g r e h e a t i n g f u r n a c e i n S h o u g a n g e a c h p l a n t a n d t h e h e a t b a l a n c e a n d i n d e x t e s t ,t h e p r o b l e m s o f s t e e l r o l l i n g f u r n a c e w h e n u s i n g a n d r u n n i n g a r e a n a l y z e d .A c c o r d i n g t o t h e s e p r o b l e m s ,p u t f o r w a r d t h e m e a s u r e s o f e n e r g y -s a v i n g a n di m p r o v e m e n t .B y i m p l e -m e n t i n g t h e s e m e a s u r e s ,t h e e n e r g y c o n s u m eo f s t e e l r o l l i n gf u r n a c e w i l l b e l o w e r a n di t s l i f e -s p a n w i l l p r o l o n g .K e y w o r d s r e h e a t i n g f u r n a c e e n e r g y -s a v i n g s t e e l r o l l i n g 随着近年钢铁产量迅速增长,钢铁工业能耗占全国总能耗的比重越来越高,到2007年,钢铁工业总能耗占全国能耗的14.71%。
轧钢加热炉综合节能技术分析
轧钢加热炉综合节能技术分析轧钢加热炉是钢铁生产过程中重要的设备之一，其主要功能是将冷却的钢坯加热至适宜的温度，为后续的轧制工艺提供所需的条件。
由于加热炉的能源消耗较大，对能源的高度依赖给企业带来了巨大的经济压力。
如何利用先进的节能技术来降低加热炉的能耗，已经成为钢铁行业亟待解决的问题。
目前，钢铁企业在加热炉节能方面主要采取了以下几种综合节能技术。
第一，改进燃烧系统。
传统的加热炉燃烧系统大多为单燃区结构，存在燃烧不充分、热效率低等问题。
通过采用燃烧高效率的燃烧器，增加燃烧区域密度，可以提高燃烧效率，并减少燃料的消耗。
第二，采用闭路循环水冷却系统。
在传统的加热炉中，冷却水一般是单独供给的，使用后循环冷却或者排放。
而闭路循环水冷却系统可以有效地回收和利用冷却水的热能，降低了冷却水的消耗，并减少了对环境的污染。
利用余热发电。
加热炉在工作过程中会产生大量的余热，通过余热发电系统可以将这部分余热转化为电能，提高能源利用效率。
余热发电可以有效地减少电力供应的依赖，降低生产成本。
第四，开展能耗分析和管理。
通过对加热炉能耗进行全面的分析和评估，找出能源消耗的瓶颈和问题所在，并制定相应的管理措施和技术改进方案。
还可以通过引入能源管理系统，实时监测和控制能源消耗，提高能源利用效率。
轧钢加热炉综合节能技术主要包括改进燃烧系统、采用闭路循环水冷却系统、利用余热发电以及开展能耗分析和管理等方面。
这些技术的应用可以有效地降低加热炉的能耗，提高能源利用效率，为钢铁企业带来更加可观的经济利益。
这些技术也符合环保要求，能够减少对环境的污染，提升企业的可持续发展能力。
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轧钢加热炉的控制与节能杨志1邓仁明1李太福2胡德声31(重庆大学自动化学院重庆400044)2(重庆工学院电子工程系重庆400050)3(重庆工业职业技术学院重庆400050)摘要针对轧钢加热炉控制的难点,讨论了被控对象的特性,实施控制策略,工程控制算法与控制的节能效果等。
事实表明,实施有效的控制,节能效果是显著的。
关键词轧钢加热炉自动控制节能系统C o n t r o l a n dE n e r g y S a v i n go nS t e e l R o l l i n gF u r n a c eY a n gZ h i1D e n gR e n m i n g1L i T a i f u2H uD e s h e n g31(A u t o m a t i o nC o l l e g e,C h o n g q i n gU n i v e r s i t y,C h o n g q i n g4c c c44)d(e l e f t r o n i f s e n g i n e e r i n gg e h a r t m e n t,C h o n g q i n gi n s t i t u t e o jk e f h n o l o g y,C h o n g q i n g4c c c44)l(C h o n g q i n gi n s t i t u e o ji n m u s t r yn f f u h a t i o n,C h o n g q i n g4c c c o c)p q r t r a c t s i m e ta u u h e t i f f i v u w u x e yz{i n u s{f v{n u|{w i ns u e e w|{w w i n gf u|n a v e,i u i s t i s v u s s e tu{u h e z|{z e|u y{f v{n u|{w w e t{}~e v u,s u|a u e g y{f a z z w i e tv{n u|{w,a w g{|i u h m{f e n g i n e e|i n gv{n u|{w,a n te f f e v u{f v{n u|{w e n e|g y s a v i n g,a n ts{{ni nu h i s z a z e|.T h e f a v u s h{w s u h a u u h e e f f e v u{f e n e|g ys a v i n gi s s a u i s f a v u{|y}e v a u s e{f u h e e f f e v u i v e v{n u|{w}e i n ga z z w i e t.K e y w o r d r S u e e w|{w w i n gf u|n a v e s u u{m a u i v v{n u|{w E n e|g ys a v i n gs y s u e m1引言大中型轧钢加热炉是能源的消耗大户。
现在一般都改为气(高、焦、转炉煤气,天然气,或它们的恰当配比;烧油的本质也是烧气,只不过是先将油先气化后再燃烧)与空气氧化燃烧,空气由风机强制送风,以保证充分燃烧,钢坯料置于炉中底部的水冷却钢管之上。
钢坯在炉中经预热段、加热段、均热段均热后,送出轧制成型。
整个生产过程,要消耗大量的能量资源,能源成本居高不下。
由于控制不当,燃气未充分燃烧而随废气排放至大气,造成空气的污染。
轧钢加热炉控制质量的好坏直接关系到经济效益,特别是炉温控制对杜绝粘钢现象,提高加热炉寿命,降低钢坯烧损、提高成材率、节能降耗、减少环境污染有重要意义。
除对加热炉各段温度控制外,还要对流量,压力、炉膛压力、汽包水位、风量等实施控制。
由于各加热段间的烧嘴属强关联耦合,加热炉本身又是一个大惯性,大滞后的对象,烧气烧质波动,再加上随机和人为因素的影响,要做到对生产过程的优化控制,既要节气节电节水,又要保证工艺要求,在技术实现上是有很大难度的。
本文从控制角度,对在保证工艺要求的前提下,最大限度节能有关问题结合作者的工程实践作些讨论。
2被控对象特性与控制策略2.1被控对象特性加热炉难以用严格的数学表达式描述它的特性,是具有大惯性、大滞后和严重非线性等特性的对象,其结构复杂,受许多干扰因素的影响,燃料的发热值及残氧又很难在线准确测量,因此一般线性调节器不能满足对象及工艺控制的要求,很难实现全自动化,采用P I D算法双交叉限幅控制器的效果很差。
甚至看似简单的调节阀这样的对象,其动作过程可用微分方程精确描述,但运行时间稍长,阀的参数就会发生变化,动作变得呆滞,描述调节阀特性的微分方程便会失去意义,致使整个系统无法正常运行。
从上述可归纳出被控对象有以下的特性:第22卷第3期增刊仪器仪表学报2001年6月(1)系统参数的未知性、时变性、随机性和分散性;(2)系统滞的未知性和时变性;(3)系统严重的非线性;(4)系统各变量间的关联性;(5)环境干扰的未知性、多样性和随机性。
显然,轧钢加热炉是不确定性的复杂控制对象。
2.2控制策略选取由于难于建立精确的数学模型,传统控制方法(P I D)及基于现代控制理论的方法(如最优控制、自适应控制等)并不适用。
现在用得较多模糊控制在一定程度上是比较切合实际的。
因为它避开了许多物理量难于检测和检测不准及建立精确数学模型等困难,采用模糊数学中的模糊集合来刻画系统中的模糊现象,由I Fc o n d i t i o nT H E N a c t i o n语句来实现。
但因燃烧系统预热段、第一加热段(上加热段,下加热段)第二加热段(上加热段,下加热段)及均热段之间的强耦合,模糊解耦控制效果并不十分令人满意。
表1和表2表示某加热炉实施模糊解耦控制的效果。
表1相邻烧嘴间的相互影响相同工况其它烧嘴对本烧嘴的平均耦合度本烧嘴对其它烧嘴的平均耦合度适应性使用解耦控制0.020.012基本正常工作不使用解耦控制0.30.28不能正常工作表2相邻烧嘴间的相互影响使用解耦控制在不同工况下其它烧嘴对本烧嘴的平均耦合度本烧嘴对其它烧嘴的平均耦合度适应性工况10.01980.0187基本正常工作工况20.020130.0195基本正常工作如果采用人-机学习系统原理来研究控制策略可以发现,人的学习、适应性等很多的优点在于人的巨大智能功能,迄今为止还没有一种控制优于人脑的控制功能。
因此,在控制策略选取方面,最终选择了仿人智能控制策略,其优点,在于该策略无需建立精确的数学模型,抗干扰能力强,鲁棒好,控制品质好,可以做到过渡过程时间短,上升时间快且无超调,控制精确高,解耦性能好。
3工程控制算法基本思路是对不同的系统误差特征模式采用不同的控制策略。
其算法结构可以概括为:1)若e·e·≥0且e+e·≠0则比例--半微分控制(P H-D)模式。
P r o p o r t i o nH a l f D e r i v a t i o n:2)若e·e·≤0或e=e·=0则半开环控制(H O控制模式,H a l f O p e n-l o o p)。
由结构化英语描述法可归纳为如下的表达式:I f e·e≥0a n de·≠0T h e nI f e··e‥≥0T h e np(t)=P-n=1+K p e+P H D(注:P H D=p～l-1+k K p e·)I f e··e‥<0T h e nP(t)=P～n-1+K p e+P H D(注:P H D=k K pΣli=1e·m,i)I f(e·e·<0O R|e|+|e·|≤δ)T h e nI f|e|≥12|e m,n|>δT h e nP(t)=P-n+k K p(e-12e m,n)e l s e P(t)=P-n其中:P-n=k K pΣni=1e m,i;P--输出(至被控对象);e--输入(系统误差信号);e··e‥--e对时间的一、二阶导数;e m,i--e的第i个极值点;K p--比例增益;k--抑制系数;P-n--P的第n次需要保持的常数值。
(定义P-0= 0误差极值记忆);P H D--P-H D模式P中的半微分分量;e·m,i--P-H D模式中e·的第i个极值点;P～l--P-H D模式中半微分输出分量P H D的第l次需要保持的常数值。
定义P～0=0(微分极值记忆);i,l,n--自然数;δ--控制器输入灵敏度限;按上述模式控制的系统如图1所示。
图1控制系统框图算法模型中有两个参数:比例增益Kp和抑制系数k主要决定P-H D模式e·e·≥0a n de-e·≠0的控制强弱,Kp越大动态误差越小;k用来抑制H O模式e ·e·<0o r|e|+|e·|<δ中的控制作用,它能补偿不适当Kp值的影响。
如果把Kp固定取较大的允许值,则控制(下转第443页)934第3期增刊轧钢加热炉的控制与节能(上接第439页)质量可通过k来调节。
上述算法模仿了操作者灵活应用记忆和经验适应系统情况突变的能力,使适应性和灵活性大大增加,鲁棒性得以提高。
系统中多个控制回路均采用上述算法。
4工程实现与控制为保证安全,冷却循环水及气泡水位、炉膛压力、引风系统风量等均实施了有效控制;对燃烧控制系统的各段控制采用上述控制算法,保证各加热段间实施解耦控制,克服了坯料进出对炉温造成的大的波动,该算法的鲁棒性和解耦性能远优于其他控制算法。
加热炉采用分布式计算机控制系统实施控制,其计算机硬件采用工控机,软件采用视窗操作系统WI N D O WS配以台湾研华研制的G E N I E工控组态软件作平台,开发相关子系统的应用软件,由于G E N I E有丰富的软件资源,该系统最终集成为管理控制一体化的系统。
系统投运近5年来,控制效果和控制品质令人满意,鲁棒性好,节水节电节气,受到用户好评。
由于对系统实施了有效控制,其经济效益是明显的:燃气节约>4%,风机节电>20%,减少烧损> 0.5%,提高单产1%。
5结束语加热炉的控制是比较复杂的,由于是复杂关联控制系统,控制算法要考虑解耦性能,因此传统P I D控制算法其控制效果是很差的。
对这类系统的控制采用模糊控制算法一般效果也可以,从作者的工程实践看,采用仿人智能的控制算法较之模糊控制算法有明显的优点。
参考文献1杨志,邓仁明,等.节能控制系统中的融合控制策略.全国电技术节能学术会议论文集,2000,285～2922熊建平.仿人智能伺服控制器.[硕士学位论文].重庆大学, 1984,19～24.3E.J.D a v i s o na n dI.J.F e r g u s o n.T h ed e s i g no f c o n t r o l l e r sf o r t h e m u l t i v a r i a b l e R o b u s t S e r v o m e c h a n i s m P r o b l e mU s i n g P a r a m e t e r O p t i m i z i t i o n Me t h o d s.I E E E T r a n s.A u t o m a t.C o n t r.,1981,A C-26(1):93～110.。