[发明专利]工业炉高精度脉冲燃烧控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业炉高精度脉冲燃烧控制方法。

背景技术

工业炉是我国的耗能大户，对工业炉的燃烧控制也成为社会和各企业关注的重点之一。因为工业炉的燃烧控制水平不但直接影响工业炉的整体性能，包括温度均匀性、控制灵活性及应用经济性等，影响产品质量，同时它还决定了工业炉的节能水平及其对环境污染的程度。

与常规的空气／燃气流量比例控制方式不同，脉冲控制系统辐射管烧嘴的输出功率不依靠空气／燃气的流量改变，并且在预先设定的最佳空燃比条件下，控制烧嘴的燃烧时间，即通过燃烧的通断时间比来调节。在任何燃烧工况条件下，每个烧嘴的燃气流量与空气流量都是固定值，不随烧嘴输出功率的大小而变化。其突出优点是燃烧充分完全，特别是小功率条件下，节约了燃气消耗；辐射管温度均匀，有利于延长辐射管使用寿命。

目前高档工业产品对炉内温度场的均匀性要求较高，对燃烧气氛的稳定可控性要求较高，随着宽断面、大容量的工业炉的出现，脉冲燃烧控制技术应用范围越来越广，随着对产品质量要求的不断提高，对于炉温控制精度的要求也越来越高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工业炉高精度脉冲燃烧控制方法，该控制方法采用模糊PID控制，减小系统超调，提高了传热效率，节能及环保性能好。

本发明提供一种工业炉高精度脉冲燃烧控制方法，包括以下几个步骤：

步骤一：采用模糊PID控制器设计炉段加热负荷的理论计算值；

步骤二：根据炉段加热负荷的理论计算值U(t)计算烧嘴实际燃烧负荷值F(t)及烧嘴实际燃烧循环周期T；

步骤三：根据烧嘴实际燃烧负荷值F(t)及烧嘴实际燃烧循环周期T，计算每个烧嘴的燃烧时间，并完成对烧嘴的点火及关闭操作。

本发明具有的优点在于：

1、脉冲燃烧控制提高了传热效率，节能及环保性能好。

在脉冲燃烧中，任何情况下烧嘴只有一种工作状态——满负荷工作，保证烧嘴始终工作在最佳的燃烧状态下，因此即便在炉段需求负荷较小时烧嘴燃烧也非常充分，节能效果非常明显，比普通调节系统节能10％。同时，由于脉冲燃烧控制系统内烧嘴的空气燃气比始终在理想状态下，燃气燃烧充分，也有效的减少了氮氧化物的排放，降低了对大气的污染。

2、采用模糊PID控制，减小系统超调。

对于退火炉这样大惯性、纯滞后、参数时变的非线性对象，采用模糊PID控制，具有鲁棒性强和动态品质好的特点，具有较高的稳态精度，减小了调节系统的超调。

3、负荷实时调整，炉温调节快速响应。

在每个扫描周期内，程序自动判断各烧嘴状态及其变化，实时计算炉段需求负荷，实时调整各烧嘴的燃烧时间及燃烧次序，响应周期根据程序扫描周期设定值可达ms级，在实现炉温快速稳定调节的同时，也避免了出现温度振荡的现象，适应于工业炉这样的大惯性大滞后特性场合。

4、变周期燃烧控制，炉温调节范围广，控制稳定性高。

根据烧嘴实际使用情况，采用可变周期调节方式，在满足烧嘴工作工艺的同时，使得在炉段需求负荷较低或较高时，控制系统仍具有较高的稳定性，大大提高了炉温的调节范围。

附图说明

图1：本发明中烧嘴工作原理时序图；

图2：本发明中工业炉高精度脉冲燃烧控制方法的流程图；

图3：本发明中模糊PID控制器的实现结构图；

图4：本发明步骤三中烧嘴输出控制单元的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

脉冲燃烧控制采用的是一种间断燃烧的方式，使用脉宽调制技术，通过调节燃烧时间的占空比(通断比)实现工业炉的温度控制。燃料流量可通过压力调整预先设定，烧嘴一旦工作，就处于满负荷状态，保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。当需要升温时，自动切换为高供热负荷燃烧，脉冲时间长（烧嘴燃烧时间加长），间断时间减小；需要降温时，采用低供热负荷燃烧，脉冲时间短（烧嘴燃烧时间减小），间断时间加长。