加热炉的过程控制系统的设计.doc

学校代码：10904 学 士 学 位 论 文 加热炉的过程控制系统的设计 姓 名：江鹏学 号：200806130160指导教师：付玲院系(部所)：机电工程学院专 业：过程装备与控制工程完成日期：2012年04月20日 学 士 学 位 论 文 加热炉的过程控制系统的设计姓 名：江鹏学 号：200806130160指导教师：付玲院系(部所)：机电工程学院专 业：过程装备与控制工程完成日期：2012年04月20日 摘要加热炉作为钢铁工业轧钢生产线的关键设备和能耗设备，其过程控制水平直接影响到能耗、烧损率、废钢率、产量、质量等指标。随着现代化技术的迅猛发展，如何采用先进的过程控制技术与设备，提高基础过程控制效果与水平，确保钢坯的加热质量、实现高效节能、减少污染是本文研究的意义所在。本文对国内外加热炉控制技术的发展和现状进行了综述。介绍了串级控制系统的构成，实现了加热炉炉温控制、流量控制、炉压控制、煤气总管和空气总管的压力控制等。实践证明，本系统运行可靠稳定，操作方便，正确调整有关参数就能达到较好的控制效果，具有推广价值。关键词：加热炉;过程控制；节能AbstractHeating furnace of steel rolling production line in iron and steel industry as the key equipment and energy consumption of equipment, the process control level directly affects the energy consumption, burning rate, scrap rate, yield, quality index. With the development of modern technology, how the use of advanced process control technology and equipment, improve the basic process control effect and level, to ensure that the billet heating quality, achieve high efficiency and energy saving, pollution reduction is the significance of this study.The heating furnace control technology development and the present situation are reviewed. Introduced the cascade control system, realizes the heating furnace temperature control, flow control, furnace pressure control, gas duct and air manifold pressure control.Proved by practice, this system is stable and reliable operation, convenient operation, correctly adjust relevant parameters can achieve better control effect, have promotion value.Key words: heating furnace; process control; energy saving. 目录第1章 绪论11.1加热炉的发展和现状11.2加热炉控制技术发展和应用现状21.3 课题的意义和本文的主要工作41.3.1 课题的意义41.3.2 本文的主要工作5第2章 加热炉控制系统的设计62.1 串级控制系统62.1.1串级控制简介62.1.2炉温一燃料量串级控制72.2流量控制92.2.1燃料量空气流量双闭环控制系统112.2.2燃料量空气流量双交叉限幅控制122.3炉压控制142.3.1加热一段和加热二段炉压自动控制142.3.2均热段炉压自动控制152.4煤气总管和空气总管的压力控制以及汽包液位控制16本章小结17第3章 总结和展望18参考文献19致谢21加热炉的过程控制系统的设计作者：江鹏 第 22 页 共 21 页第1章 绪论加热炉的耗能量在轧钢等生产中占据了很大的比例，大约占所有耗能总值的70%左右，是冶金行业中主要的耗能设备。此外，目前我国加热炉的热效率普遍较低，据统计，步进式加热炉的热效率只有35%。因此，如何实现加热炉的优化控制，提高加热炉的热效率，降低能耗是当前加热炉技术改造以及节能工作中具有深远意义的课题。1.1加热炉的发展和现状加热炉是轧钢行业中重要的生产设备之一。加热炉的生产过程是：钢坯由炉尾装入加热并往前运送达到所需温度通过出钢口出炉沿着辊道送向轧钢机。加热炉不仅要完成加热钢坯的任务，还要保证有安全的运行环境，同时还要考虑高效率和节省燃料。当前冶金业关注的课题是如何设计出一个合理有效的控制系统，该系统能在燃料质量、空气流量和控制系统负荷等因素变化时，仍能保证加热炉的炉膛压力、炉膛温度及排烟温度等参数稳定在控制范围中，并且能使加热炉处在最佳燃烧的工作状态下，以此来提高产品的质量同时节约能耗、减少加热钢坯的氧化程度、减少排出烟气对环境的污染等等。我国轧钢工业中加热炉主要有推钢式炉和步进式炉两种类型，推钢式炉有烧损大、产量低、长度短等缺陷，如果操作不当有时还会粘钢，出现各种各样的生产问题。同时板坯背面滑轨的摩擦痕迹较多，钢坯断面层的温差较大，这样的加热炉很难实现自动化管理。相比于这些，步进梁式炉所用的是专用的步进式结构，能使板坯在炉内按矩形移动，这样板坯之间可以留出空隙，同时步进梁和板坯之间也不存在摩擦板，出炉的时候板坯通过专门的托出装置出炉，完全消除了滑轨擦痕，钢坯断面层的温差较小、炉长不受限制、可出空炉料、产量高、生产操作灵活等特点，其生产符合高质量、多产量、低能耗、无公害、节能环保以及生产自动化的工艺要求。自60年代起，人们就开始对加热炉进行改造，随之计算机应用的普及和高速发展，自动化技术也飞速发展着，人们把这两样技术用于加热炉控制技术改造上，使其在高质量、多产量、多品种、低能耗和环保方面有了极大的提高。计算机控制系统在加热炉上面的使用，使节能率一般达到5%左右，减少氧化烧损0.2%左右。我国7080年代的大部分轧钢生产线都存在着质量差、产量低、耗能高、自动化生产水平低之类的问题。1979年12月，我国召开了全国轧钢会议，本次会议对我国轧钢工业现在所存在的问题与其后的发展前进方向进行了全面深入的讨论，提出应用用步进式加替推钢式，用冷轧硅钢片代替热轧硅钢片，用连铸逐步代替初轧，用连续式冷热宽带钢轧机代替劳特式中板轧机和迭轧薄板轧机等改进措施3，并取得很大的成效。1.2加热炉控制技术发展和应用现状以前我国加热炉的大部分控制系统都是采用模拟控制系统,有关数据只在加热炉控制系统中单独贮存，人们只能通过加热炉自身的仪表进行观测、判断故障并解决故障。随着网络技术普及到人们生活和各个行业中，整个工厂逐步开始实现两级自动化管理,人们通过相应的终端计算机就可以了解任何一个位置的设备或装置的生产情况以及控制情况。这时加热炉基础自动化控制（一级控制）已经不能满足人们需求，实现加热炉的过程控制（二级控制）已经迫切的被提到日程上来。因此,过程控制系统开始在加热炉系统中得到广泛的应用,它开始成为加热炉控制系统的重要组成部分,它是对一级控制系统的一个总领和扩充。过程控制系统的使用将使加热炉的控制水平上升到一个崭新的台阶。目前在我国加热炉生产控制系统广泛应用的主要有以下技术:(1)计算机网络技术随着现代计算机互联网技术的飞速发展，计算机网络既可以用通信线路将几台计算机连成简单的网络，实现信息的收集、分配、传输和处理，也可以将数百台计算机系统，用数千公里的通信线路连成全国或全球通信网，以实现资源共享。(2)现场总线技术现场总线技术指的是应用于生产现场的、在微机化测量控制设备之间实现双向串行数字通信的系统，也被人称为多点化、数字化、开放化通信技术。现场总线既是一个通信网络，又是一个自主控制系统。它作为一个通信网络，传送的不是人们平常用于传送声音、文字和图像等，它所传送的是有关接通或切断电源、开启或关闭阀门的一些指令和数据，这些数据直接关系到处于生产操作过程中的装置和人身安全，这就要求信号在恶劣的环境比如噪声、电磁波、粉尘干扰很严重的环境下能做到及时、精确的传送，同时它还具有大量分散的节点、间断的报文等特点。而它作为一个自主控制系统，它的结构跟一般的控制系统不同，它能通过信号的传送，可由单个节点完成或多个节点共同完成所需求的控制功能。它是一种由网络集成的自主控制系统。(3)全数字式传动技术随着电子技术和计算机技术的发展，全数字直流调速技术已经逐步完善起来。近几年来，各个工业生产环节已广泛开始应用全数字直流调速装置。高智能化的数字系统使其具有常规模拟系统无法比拟的优点，全数字直流调速装置体积小、安全、易调试、易维护并且具有优良的静、动态特性。原先模拟控制系统的直/交流供电装置也被全数字化的交流逆变装置和全数字化的可控硅整流装置所替代。(4)PLC及DCS控制技术PLC控制系统和DCS控制系统已成为目前加热炉控制系统的主流。往往一些大规模的系统，其电控部分采用PLC控制系统，而回路部分采用DCS系统。DCS系统综合了控制(Control)技术、CRT技术、通信(Communication)技术、计算机技术(Computer)即4C技术，集中了数据采集、逻辑顺序控制、批量控制、连续控制等功能。想要提高加热炉的控制水平既应该着眼于改造工艺、充分利用先进的计算机资源，又应该从具体实际出发，采用先进的过程控制技术以及合理的控制策略，设计不仅能适应加热炉复杂状况而且能使加热炉更加稳定、安全、高效、节能的控制系统。近年来，现代控制理论应用于更多的加热炉控制系统，出现了一些自主适应控制、专家系统控制、自主校正控制、智能控制和模糊控制等新型加热炉过程控制系统，也取得了许多成效。表1.1和1.2分别介绍了国内、外加热炉控制系统应用的现状。7表1.1 加热炉控制在国内应用的现状厂名所用机型应用现状首钢初轧厂TK280炉温、炉压、空气流量、煤气流量控制鞍钢第一初轧厂WDPFDDC、SPC、SCC级控制太钢初轧厂TI565机煤气、空气流量以及炉压的PID控制、自寻优及专家控制算法、温度检测及越限报警大连钢厂初轧分厂M6809油风自动配比、残氧闭环控制、炉温炉压控制马钢初轧厂TMC280单板机过程控制与监视、残氧闭环控制、按加热曲线烧钢 表1.2 加热炉控制在国外应用的现状国家及厂名所用机型应用现状美国Dofasco公司1 级: PLC控制器HoneywellTDC230002 级: DEC VAX8350空燃比控制、炉温控制、坯料跟踪、钢温预报、炉温设定值调节、待轧策略、加热炉步进速率控制、设备诊断、加热炉各区段热量平衡、系统报警、记录和报告、人机界面新西兰Hoogovens公司PDP 11-40 计算机采用热传导微分方程进行钢温预报、炉温优化控制、空燃比控制、推钢速率控制、直接燃料控制美国Yamatake Honeywell 公司TDC 3000 BASIC 系统步进辐射式加热炉全自动燃烧控制系统具有过程控制、作业顺序管理、钢坯跟踪及生产管理功能美国Conshohocken厂DEC MICRO VAXII空燃比控制、炉压控制、空气压力控制、热风放散控制、坯料跟踪、设定值选择、生产调度模型、加热炉温度模型1.3 课题的意义和本文的主要工作1.3.1 课题的意义加热炉是冶金行业生产环节中非常关键的热工设备之一，也是主要的耗能设备,加热炉的主要作用是将钢材加热到工艺所要求的温度水平和加热炉计算机控制系统的设计以及实现热质量，而钢坯加热的质量直接影响着钢材的质量、产量、能源消耗和轧机的寿命等。随着现代化轧机向连续、大型、高速、高精度和多品种方向发展，人们对钢坯加热质量的要求越来越高，从而对加热过程提出了更高的要求，因此，采用先进的计算机控制技术解决包括钢铁行业在内的工业优化控制问题，改造传统产业，提高我国工业的市场竞争能力已经成为共识。另外随着国家经济的飞速发展和世界人口的不断增多，能源危机也日益加深，石油涨价引发的一系列经济社会问题也说明了节能降耗迫在眉睫。1973年，第一次石油危机爆发，之后开发新能源和节约现有能源的研究便成为各国关注的主要课题。冶金工业非常消耗能源，这里面钢坯加热炉就占钢铁工业总能耗的25%。因此，开发先进的加热炉计过程控制系统，对提高加热炉热效率、降低能耗，乃至整个钢铁工业节能具有重要意义。1.3.2 本文的主要工作 本文初步设计了加热炉的过程控制系统，包括关于炉温控制的炉温燃料量串级控制系统，关于流量控制的燃料量（煤气流量）空气流量双闭环比值控制系统和燃料量（煤气流量）空气流量双交叉限幅控制系统。此外，本文还对炉压控制、煤气总管和空气总管的压力控制以及汽包液位控制方式进行了分析讨论。第2章 加热炉控制系统的设计2.1 串级控制系统2.1.1串级控制简介串级控制系统指的就是两台控制器串联在一起，以此来控制一个控制阀的一种控制系统。串级控制系统工作原理如图2.1所示。 Y主控制器 副控制器 执行器 副对象 主对象 副检测、变送器 主检测、变送器 + - PV + - Y 图2.1串级控制系统原理图与单回路控制系统相比，由于串级控制系统在系统的结构上比单回路控制系统多了一个副回路，因而串级控制系统具有以下特点:(l)串级控制系统改善了被控对象的动态特征，使系统的响应速度加快，使控制更为迅捷、及时;(2)串级控制系统具有较强的自适应能力。(3)串级控制系统具有较强的抗干扰能力;(4)串级控制系统提高了过程控制系统的工作频率，使其振荡周期大大缩短。综上，串级控制系统相比于单回路控制系统来讲，控制质量较高，但是串级控制系统所用的仪器设备较多，投资成本较高，调节器参数设定也比较较复杂。所以在工业生产应用之中，串级控制系统并不是所有的工作场合都适用，其通常适用于以下场合:(1)用于克服被控对象的非线性化问题。(2)用于抑制剧烈的变化和大幅度的扰动;(3)用于克服被控对象纯滞后问题;(4)用于克服被控对象较大的容量滞后问题;2.1.2炉温一燃料量串级控制由于加热炉炉温的控制过程具有惯性大、扰动多、非线性等特点，根据上述的串级控制系统所具有的特性，本文决定采用炉温一燃料量（煤气流量）串级控制这一方案来实现加热炉炉温的自动控制。在这个串级控制系统中，剧烈变化的煤气流量之类的干扰因素全部被包含在副环回路之中，副环回路所具有的优良特性可以很好抑制这些干扰因素对因变量即炉温的影响。同时，串级控制系统具有的优良特性可以很好地克服加热炉炉温的非线性问题和较大的容量滞后等T 问题。炉温控制器 燃料量控制器 执行器 燃料量对象 炉温对象 燃料量检测、变送器 炉温检测、变送器 + - SP PV + - Q 图2.2炉温燃料量串级控制系统框图在图2.2中，主控制器是炉温控制器，它的输出值就直接作为副控制器即燃料量控制器的设定值，而燃料量控制器的输出值接着去控制煤气的调节阀开关，通常调节阀都采用气开式，这里炉温控制器和燃料量控制器都是以反作用的方式来运行的。在平稳的状态下，炉温控制器以及燃料量控制器的输出值都是相对比较稳定的值，作用于煤气调节阀使调节阀也处于某一稳定的开度之上。一旦这种平稳的状态被破坏掉，这时候炉温燃料量这一串级控制系统就开始工作了。此过程包括了三种情况:(1)炉温发生变化而燃料量稳定。不妨假设当实测炉温高于1380时，由于炉温产生了变化，对炉温控制器起到了反作用，使炉温控制器控制输出值减小，即燃料量的设定值减小。由于此时燃料量稳定没有发生变化，也就是测量值暂时还没有变化，又根据燃料量控制器的作用，其输出值将减小，调节阀随之减小了开度，燃料量随之减少，炉温就开始逐渐下降，等炉温降低到13001380时控制作用停止。同样的当炉温降低时，该串级系统的调节过程与上述过程相反。(2)燃料量发生变化而炉温稳定。假设当实际燃料量值高于设定值5000Nm3/h时，燃料量控制器的输出值就减小，然后执行器开始调整燃料量，逐渐恢复至设定值。所以如果燃料量只发生很小的变化，通过燃料量控制器就可以进行控制，结果不会引起炉温发生变化;而如果燃料量发生很大的变化，该控制也将会在很大程度上削弱它对炉温变化产生影响。但随着时间的增长，燃料量的变化对炉温变化产生的影响必将显示出来。这时炉温发生变化，同时炉温控制器也开始工作，不断控制输出值，直到炉温重新回归到设定值。(3)炉温和燃料量同时发生变化。此时又分为两种情况:一种情况是炉温、燃料量同向变大或变小。假设炉温升高同时燃料量变大，这时，炉温控制器输出的输出值减小，即燃料量的设定值随之变小。同时燃料量的实际测量值却变大，综合双方的作用，流量控制器的输出值将会大幅度地变小，同时调节阀也将会大幅度地缩小其开度，导致燃料量随之大幅度减小，炉温在此作用下很快地返回到设定值；而另一种情况是炉温、燃料量反向变化。假设炉温升高的同时燃料量减小，这时，炉温控制器输出的输出值减小，即燃料量的设定值随之变小。同时，燃料量的实际测量值减小，综合双方的作用，燃料量控制器的输入值将会是正偏差或者是负偏差，然后经燃料量控制器开始作用于调节阀，通过控制调节阀的开度大小，使炉温重新回归到设定值。2.2流量控制燃料想要充分的燃烧则需要足够多的空气，即充分燃烧必须要保证过剩空气系数或者空燃比处于一定值。二者的计算分别为= =其中，Fa和Famax分别代表空气流量的实际测量值和最大值，Ff和Ffmax分别代表燃料量（煤气流量）的实际测量值和最大值，A代表单位体积或单位质量的煤气达到完全燃烧所需要消耗的空气量的理论值。而过剩空气系数与空燃比的关系为=其中叫做量程修正系数，它的计算式为若是以煤气当做原料来燃烧，其燃烧过程中过剩空气系数在减少能耗和防止污染环境上起到了关键作用。如果空气流量不足则会导致燃烧不完全，会有大量黑烟冒出，这代表热损失很大，也就意味着热效率很低；如果空气流量过量的话流量通过时会从炉内带走大量热能，这时火焰温度会降低，这将导致氧化氮、氧化硫等有害气体的排量增加，严重地污染了环境。过剩空气系数与热损失以及热效率之间的关系如图2.3所示。不完全燃烧热损失 最佳燃烧区域 热效率 烟气热损失 空气过剩率 黑烟 空气不足 最小污染 低空气过剩率 高空气过剩率 图2.3各种热损失与过剩空气系数之间的关系由图可知，除了上述两个情况，还存在有一个热效率最高、热损失最小同时污染最小的燃烧区，这个区域的燃烧状态使得排烟量大量减少，同时高温区热效率也随着火焰温度的升高而得到提高。这个区域就是最佳燃烧区，一般情况下，把煤气当做燃料的燃烧系统的最佳燃烧区的过剩空气系数在1.051.10之间。人们通常说的理想的燃烧过程指的就是不论是负荷稳定的情况下或者是负荷发生急剧变化的情况下，燃烧都能在最佳燃烧区内进行的一种燃烧过程。在实际的生产过程中，为保证加热炉的燃烧过程中燃料充分、经济、合理的燃烧，就需要对进入炉内的燃料量和空气流量进行合理的配比。本文采用了比值控制法来保证完成进入炉内的燃料量和空气流量之间的配比。双闭环比值控制系统作为比值控制系统的一种，其自变量（主动量）控制回路能很好的克服来自自变量的扰动，实现对其的定值控制。因变量（从动量）控制回路能克服作用于因变量回路中的扰动，维持与自变量之间的比值关系。正是由于它对比值控制系统中自变量、因变量进行的闭环调节，使得它不仅能保证两种物料流量之间的静态比值关系，而且该控制系统的动态比值特性也较好。2.2.1燃料量空气流量双闭环控制系统燃烧系统控制的主要目的是为了保证燃料充分燃烧，释放全部热量，加热炉在正常、平稳的燃烧状态下状况下释放的有害气体才会最少。但是，空气剩余量太大的话，过多的热量将会被带走。因此，本方案采用燃料量（煤气流量）空气流量比值控制系统。为克服燃料量和空气流量的波动，分别对燃料量和空气流量设计闭环控制系统，使流量跟随给定，即燃料量空气流量双闭环比值控制系统。根据控制系统中主物料、副物料选择的原则，选取燃料为主物料，空气为副物料。在加热炉燃烧过程中，在燃烧的负荷状态比较稳定的情况下，为了实现燃料量和空气流量之间合理的配比，本文采用了双闭环比值控制系统。在这个系统中，主动量是燃料量，从动量是空气流量，燃料量空气流量双闭环比值控制系统框图如图2.4所示。炉温控制器 空燃比 燃料量检测、变送器 燃料量控制器 空气流量控制器 执行器 执行器 燃料量对象 空气流量对象 空气流量检测、变送器 + - + - 空气流量 燃料量 图2.4燃料量空气流量双闭环比值控制系统框图在平稳正常的燃烧状态下，燃料量和空气流量按一定的比值地进入加热炉中。当炉温收到扰动但燃烧负荷稳定或者工艺上需要升降负荷的时候，炉温控制器的输出值一方面输进燃料量控制器进行燃料量的控制，另一方面作为设定值经比值器后输入空气流量控制器中。这时候燃料量空气流量双闭环比值控制开始作用:如果炉温降低，在炉温控制器的反作用下，其输出值变大，也就是燃料量的设定值增大，同时，经比值器输入空气流量控制器的设定值也相应增大。此时，燃料量的实际测量值暂时没有变化，经燃料量控制器输出增大，煤气调节阀开度也随之变大;同样空气流量的实际测量值暂时也没有变化，经空气流量控制器输出也增大，相应地空气调节阀开度也随之变大。如果炉温升高，在炉温控制器的反作用下，其输出值减小，也就是燃料量的设定值减小，同时，经比值器输入空气流量控制器的设定值也相应减小。此时，燃料量的实际测量值暂时没有变化，经燃料量控制器输出减小，煤气调节阀开度也随之减小;同样空气流量的实际测量值暂时也没有变化，经空气流量控制器输出也减小，相应地空气调节阀开度也随之减小。综上，不论炉温是降低还是升高，通过燃料量空气流量双闭环比值控制，都可以具有较好的动态比值特性。 2.2.2燃料量空气流量双交叉限幅控制在负荷发生剧烈变化的燃烧状态下，因为燃料流动管道与空气流动管道特性间的不同，系统的响应速度和阀门的响应速度不同，会发生缺少氧气燃烧的情况和过量氧气燃烧的情况，这个时候燃料量一空气流量双闭环比值控制就没办法保证燃料与空气之间的最佳动态配比关系。于是本文采用燃料量空气流量双交叉限幅控制系统来保证燃料量和空气流量之间的最佳动态配比关系。燃料量空气流量双交叉限幅控制系统框图如图2.5所示炉膛温度控制器 双交叉限幅 空燃比 燃料量检测、变送器 燃料量控制器 空气流量控制器 空气流量对象 燃料量对象 调节阀 调节阀 空气流量检测、变送器 + - + - PV PV SP SP PV PV 图2.5燃料量空气流量双交叉限幅控制系统框图其中双交叉限幅工作原理示意图2.6所示。 炉膛温度控制器 燃料量控制器 空气流量控制器 取中值 取中值 SP空流 PV空流 SP煤流 PV煤流 空燃比 PV煤流 PV空流 SP煤流 PV空流 PV空流 SP煤流 PV空流 PV空流 I-fg I+fg I-fg 双交叉限幅 U I+fg U U U - - U 为空气过剩率 注：fg 为限幅系数 图2.6双交叉限幅原理图双交叉限幅控制系统所用的方法是用燃料量和空气流量的实际测量值来分别对副回路控制器所接受的空气流量和燃料量的设定值进行限幅，让他们相互制约来防止负荷发生剧烈变化时出现燃料或者空气的过剩。通过燃料量空气流量双交叉限幅系统，副回路控制器可以在防止燃烧出现缺氧或者过氧燃烧的上下限和主回路的输出中选择一个合适的值作为设定值，这样，燃料量和空气流量就会严格地按照一个合理的比值交替地进行变化，这样空燃比就能保持在一个合理的范围之内。8双交叉限幅控制系统的优点:双交叉限幅控制系统克服了传统的串级控制系统的不足，有力的限制了过剩空气率的实际值，保证了过剩空气率在设定值的允许范围内波动，使燃烧工作在最佳燃烧区内进行，减少了能耗并很大程度上降低了黑烟和有害气体带来的污染。2.3炉压控制造成加热炉燃料浪费的最主要原因之一是炉压控制不当，炉内负压会使得冷空气通过炉门、裂缝以及其它一些开口进入到炉膛中。而这些冷空气必须要被加热到与炉温相同温度以后才能排出炉外，这样大量的燃料被浪费掉。另外，如果炉膛内炉压太高的话，加热炉的使用寿命将大大缩短，同时炉膛口的高压将使炉门往外喷火，这样一样会浪费掉大量的燃料。所以，为保证设备和人身安全和减少燃料消耗，我们需要对炉压实现自动控制，来确保炉膛内的微正压，杜绝上述问题的发生。加热炉的炉压控制，包括加热一段压力控制、加热二段压力控制、均热段压力控制三个方面。由于加热段没有压力检测点，所以可以通过对排烟温度的控制来间接地实现对炉压的控制。而均热段炉顶有压力检测点，因此，对均热段的炉压可以进行直接控制。2.3.1加热一段和加热二段炉压自动控制控制合适、相对平稳的排烟温度对为加热炉提供稳定温度的预热空气和维持炉内压力以及提高加热炉的热效率非常重要。一般地，排烟温度不能低于120，否则说明加热炉蓄热效果太差，达不到节能这一目的，同时也会影响预热空气的质量;另外，排烟温度也不能太高，否则很大一部分热量将会被排烟温度带走，导致加热炉的热效率低下。同时排烟温度过高，像阀门之类的非耐热部件会被烧坏，因此要对排烟温度进行控制。若排烟温度过高，就适当地减小该段排烟阀的开度大小，减少烟气的流通量。若有阀门排烟温度高高报警(一般来说排烟温度大于180)，采立即采取措施，强行关闭排烟阀。只有当高高报警消除时，才能重新将该排烟阀打开。但是，如果整段排烟被禁止，炉内稳定和压力都会受到很大影响，所以不能使排烟阀长时间处于关闭状态中。本文加热炉的设计中，加热段的排烟阀控制方法都是一样的。每个加热段都会装上4个铂热电阻来测量该段的排烟温度，当该段的4个排烟温度没有烟温高高报警信号时，那么取该段的4个排烟温度的平均值作为其受控量，把其调节至设定的要求范围之内即可。通过排烟温度间接调节炉压的控制系统如图2.7所示。烟温控制器 排烟调节阀 加热炉 烟温检测、变送器 排烟温度设定值 + - 图2.7加热段炉压控制系统框图2.3.2均热段炉压自动控制当均热段的炉压过高时，炉膛内的热气会从钢口往外喷，这一很大一部分热能会损失掉;当均热段炉压过低时，尤其是出现负炉压时，冷空气进入炉膛导致大量燃料浪费掉。因此，必须要保证均热段炉压的稳定。由于在均热段跟加热段不同，其炉顶有压力检测点，因此，均热段炉压可以采用直接控制的方式。但是，如果排烟温度过高导致蓄热室温度也过高，若是达到了蓄热体的耐热极限，将会缩短蓄热体的寿命，所以如果加热炉烟温过高的话，均热段炉压波动就变成了次要问题，而烟温过高成为了主要的问题，所以必须先将烟温恢复到正常范围。于是，本文设计了均热段炉压和排烟温度选择性控制系统，来解决上述问题。如果烟温正常，该系统将选择炉压控制器来控制调节阀的开度，来实现炉压的稳定控制;如果烟温过高，该系统将选择烟温控制器来控制调节阀的开度，从而先使烟温能够尽快恢复到正常范围内。均热段炉压与排烟温度选择性控制系统如图2.8所示。烟温检测、变送器 选择控制器 烟温控制器 压力控制器 调节阀 压力检测、变送器 加热炉 + - + - SP SP PV PV 图2.8均热段炉压与排烟温度选择性控制系统框图可见，均热段炉压与排烟温度选择性控制系统不仅能够在烟温正常的状态下克服外来扰动进行压力控制，实现平衡操作，还可以在烟温偏高的状态下克服对排烟温度过高对加热炉蓄热体的影响，延长加热炉的寿命。2.4煤气总管和空气总管的压力控制以及汽包液位控制为了确保烧嘴喷出的空气和煤气都具有一定的速度并且二者能混合充分，需要把空气总管压力和煤气总管的压力控制在一定的范围之内。煤气气总管和空气总管的压力控制以及汽包液位控制器一般都是采用单回路PID控制器。该控制器当煤气总管压力低于1500Pa或空气总管压力低于200OPa时会使换向阀全部强制关闭。3由于加热炉内长期处于高温状态中，为防止支撑炉膛的机构被烧坏，需设置汽包冷却水循环对这些机构降温，为保证管内水压力，汽包液位要求控制在一定水位。通常采用电触点式和压差式两种水位检测方式。压差式灵敏程度比较高，与电动阀及手操器能构成PID调节回路，电触点式精度差，但具有可靠的性能，可以用作备用。本章小结本章初步设计了加热炉控制系统中的炉温燃料量控制、燃料量空气流量双闭环控制和燃料量空气流量双交叉限幅控制、炉压控制、煤气总管和空气总管的压力控制以及汽包液位控制等控制方法，在实际中能起到较好的效果。 第3章 总结和展望在加热炉控制方面，目前对加热炉控制系统的研究大都集中于加热炉本身，工业生产过程中控制与决策大多都停留在单元级的自动化控制水平上，现代化冶金业要求加热炉控制系统更加先进、高级、智能化。未来加热炉控制系统应该有一下发展趋势：（1） 控制系统网络化；（2） 加热炉控制系统容错控制。容错控制指的就是具有冗余能力的控制系统，意思是即使有些部件发生了一些故障，系统仍能按照原定的性能指标完成其控制任务；鉴于现在复杂的加热炉系统，该控制系统具有较强的抗干扰能力；（3） 系统集成分析能力。对加热炉这样复杂的系统进行系统集成分析，能及时的知道加热炉的工作状态，比如加热炉的运行效率、是否存在安全隐患等；（4） 多项先进技术和领域的融合；（5） 系统风险评估。该项能力能及时诊断出事故源，缩短设备检修时间，有效的提高加热炉的安全性；（6） 控制系统智能化。现在人工智能、神经网络、模糊控制能智能控制越来越多的应用于工业生产中，但这些思想都不是很完善。未来的控制发展趋势是结合多种控制理论设计出符合工业现场的控制系统。参考文献1杨卫波.加热炉热过程计算机控制系统的研究与开发D.包头钢铁学院硕士学位论文,20032潘刚,义科.基于 PLC的加热炉热过程专家控制的实现J.工业加热，20093杨爱春.基于DCS控制技术的加热炉控制系统研究与实践D.山东大学硕士学位论文,20084张凯举,邵诚.钢铁工业加热炉先进控制技术及其发展.冶金自动化,2003. 5李义科,李保卫.加热炉燃烧过程计算机控制的研究J冶金能源，2001，20(5)：58-62 6潘炼.加热炉燃烧的计算机智能控制系统J自动化仪表，2003，24(12)：48-507王文杰.加热炉燃烧优化控制的设计D.北京科技大学.2009.8葛朋.基于神经网络的PID算法在加热炉温度控制中的应用研究D.东北大学.2005.9王立刚.蓄热式均热炉全自动控制系统设计与研究D.鞍山科技大学.2006.10刘昌培，张洪霆.提高加热炉热效率的方法论析J科技风，2010,1(7) ：262 26711天佑,王中杰,王伟.加热炉控制技术的回顾与展望J.冶金自动化,1998(5).12刘兴军,李励洁