内科大材料成型控制工程基础课件08连续式加热炉生产过程自动控制

8连续式加热炉生产过程自动控制主讲：李振亮教授

2本章主要内容：

■燃料与空气的“比例控制”

■加热炉炉温控制

■“炉膛压力”控制模型

■连续式加热炉的集散控制系统

复习思考题

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本章要点：

●学习本章内容

了解加热炉计算机控制系统的组成与功能，

掌握空气过剩率、最佳燃烧带的概念，掌握炉温控制、炉膛压力的控制方式与控制原理。

重点掌握“空燃比”在炉温调控中的作用，以及“双交叉限幅”燃烧控制的工作原理、“预测函数控制”的特点。45加热炉自动控制的基本要求包括：（1）限定加热时间，满足轧制节奏与生产的要求；（2）各段炉温分布波动在一个合理范围内，提高钢坯加热质量；（3）优化“空燃比”，实现节能、增产并减少氧化烧损；（4）在一定钢坯升温速度限定下，减少加热时间，提高生产率。6■燃料与空气的“比例控制”知识点：

（1）空气过剩率μ

（又称“空气过剩系数”）

（2）最佳燃烧带

（3）“空气过剩系数μ”与加热炉燃烧“热效率”的关系78由图8-2可见：当μ<1.0时,由于燃烧空气量不足,加热炉处于缺氧状态,虽然表面上排烟热损失减少,但由于燃料不完全燃烧,烟气中CO、C的含量迅速升高,冒黑烟，污染环境,热损失增加,热效率低。当μ>1.10时,加热炉处于过氧燃烧状态,虽然燃烧充分,但过剩空气从烟道跑掉,同样造成热效率下降,热损失增加；而且,在过氧燃烧时,过量的氧和铁反应,使钢坯表面氧化铁皮增加,浪费原料；同时过量的氧会与氮、硫发生化学反应生成有毒的氮氧化物和硫氧化物，也将造成环境污染。在上述两种状态之间，存在着一个热损失和污染最小、热效率最高的低过剩空气燃烧区，称为“最佳燃烧带”。低空气过剩率区域随着炉型和燃料的不同而不同，一般情况下大约在μ=1.02~1.10附近。为把μ值控制在“低空气过剩率区域”，通常是在炉温系统中设计一个“空燃比控制系统”来实现。9■加热炉炉温控制●炉温控制原理●双交叉限幅燃烧控制方式●回路基本报警、连锁等功能10●炉温控制原理11见P147解释“空燃比”的概念？作用？12“空燃比曲线”是预先测定的燃料流量和空气流量的比例关系，在这个比例关系下，燃料可达到最佳燃烧效果，很少造成燃料浪费和环境污染。通过“空燃比曲线”将燃料设定值转换为空气设定值，它与空气实测值进行比较后，利用偏差来控制空气调节阀，使空气流量保持在最佳燃烧所需的流量上。13●双交叉限幅燃烧控制方式双交叉限幅控制方式，即根据给定的空燃比，使系统在调节动态过程中，空气的变化受限于燃料的变化、燃料的变化受限于空气的变化，始终保持空气、燃料之间的相互跟随关系控制最佳空燃配比，保证在炉温调节过程中燃料和空气都达到充分燃烧，这样既可节约能源，提高钢坯加热质量，又可防止环境污染。双交叉控制系统是以炉温调节为主回路，以煤气流量、空气流量为副回路的串级控制系统，加上煤气流量调节器的高、低选择器以及空气流量调节器的高、低选择器组成的比值调节系统。14见P148解释15●回路基本报警、连锁等功能

回路基本报警主要包括超温报警功能和热电偶断偶保护、报警功能。连锁功能主要形式为温度调节器输出限制功能。16■“炉膛压力”控制模型加热炉的炉膛压力是实现加热自动控制的一个重要参数，炉膛压力控制将直接影响炉温、燃料消耗及加热炉设备的寿命。通常希望炉压保持在微正压为好。炉压过高时，火烟就会从装、出料口大量冒出，不仅使大量有效热量散失增加炉子的燃料消耗，而且也易烧坏炉子的钢结构和炉墙钢板，降低炉子的使用寿命，同时炉压过大引起的冒火还会导致劳动环境的恶化。炉压过低时，会吸入大量的冷风，不但增加炉子的热耗还会增加钢坯的氧化烧损、甚至引起烧钢，因此必须对炉压进行控制。17炉压设定值设为微压为正值，约为15~25Pa

1819预测函数控制（predictivecontrolfunction，PFC）是在模型预测控制基本原理的基础上发展起来的第3代预测控制算法。PFC具有一般预测控制算法相同的3项基本原理,即：预测模型、滚动优化、反馈校正。PFC把控制输入的结构视为关键问题,可以克服其它模型预测控制可能出现的控制输入规律不明确、计算量大、实时性差等问题。20■连续式加热炉的集散控制系统●控制系统的结构和功能●过程控制仪表的结构和功能

●连续式加热炉集散控制系统实例21●控制系统的结构和功能22●过程控制仪表的结构和功能

23●连续式加热炉集散控制系统实例2425

复习参考题1.空气过剩率、最佳燃烧带的概念？2.空气过剩系数与加热炉燃烧热效率的关系？3.空燃比控制系统的作用是什么？4.双交叉限幅控制系统的控制原理？5.试比较串