[发明专利]一种立式退火炉燃烧段温度自动控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于退火炉冶金控制技术领域，特别涉及一种立式退火炉燃烧段温度自动控制系统及其方法。

背景技术

退火炉是镀铝、锌生产线中重要的组成部分，其控制系统承担着为退火工艺和镀铝、锌工艺提供合适温度和质量的重要任务。为满足市场的要求，高强度镀铝、锌带钢的质量和镀层的质量要求也越来越高。由于退火炉燃烧过程的复杂性、滞后性以及工艺设备的局限性，目前，退火炉燃烧方式由使用调节阀控制每段的天然气和空气的流量配比控制温度，过渡到由烧嘴采用最优功率控制燃气和空气的比例控制。现有技术中的天然气和空气配比燃烧控制效果较差，温度控制精度不高，对于退火炉燃烧这种大滞后的控制系统，目前最常用的方法是采用PID调节器来实现，空燃比是燃烧系统的主要参数，空燃比的设定是通过人工实现的，实现对退火炉温度的控制作用，其控制精度有所提高，并且没有考虑燃气热值的因素，导致在燃气热值不稳定的情况下，温度控制精度仍然不理想，并且由于燃烧不完全，造成的环境污染问题也比较严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立式退火炉燃烧段温度自动控制系统及其方法，内容在于使用on/off控制的工艺模式，采用增加氧化锆分析仪的方式，提供一种如何实现立式退火炉燃烧段温度控制的一种最优控制系统及其方法。本发明提出的一种立式退火炉燃烧段温度自动控制系统，其特征在于：所述自动控制系统包括：控制中心、控制模块、温度传感器、辐射管、烧嘴烟道、氧化锆分析仪、热值仪、天然气调节阀、空气调节阀、流量传感器、燃烧控制单元；其中一个天然气调节阀和一个空气调节阀为一组，分别与一个流量传感器相连接，退火炉燃烧段包括初始加热段、终了加热段、均热段；氧化锆分析仪安装在初始加热段的烧嘴烟道上；热值仪安装在天然气总管道上；立式退火炉包括多个烧嘴，每个烧嘴包括一个燃烧控制器，对烧嘴的开关进行控制，实现对燃烧段的加热过程，初始加热段和终了加热段又分成多个燃烧区域，每个燃烧区域各安装一个天然气调节阀和一个空气调节阀以及一个温度传感器；一个均热段的上下部分各安装一个温度传感器；控制模块通过通信网络与氧化锆分析仪、热值仪、温度传感器、流量传感器、天然气调节阀和空气调节阀相连接；所述控制模块接收氧化锆分析仪、热值仪、温度传感器、流量传感器发送的测量数据，并将控制指令发送给天然气调节阀和空气调节阀；氧化锆分析仪测量所述燃烧段的残氧含量，热值仪测量天然气总管的天然气的成分和各成分的含量，并计算得出天然气的热值信号；流量传感器测量天然气和空气的流量，温度传感器测量燃烧段的温度；控制模块接收氧化锆分析仪和热值仪测得的残氧含量信号以及热值信号，流量传感器测得的各燃烧区域的天然气、空气的实际流量，以及温度传感器测得的温度值，经过理论空燃比计算、过剩空气系数计算、空燃比计算、残氧修正量计算、实际使用空燃比计算，对天然气调节阀和空气调节阀发送控制信号，对阀门的开度进行控制，以达到合理的空燃配比；所述控制中心与控制模块、温度传感器、氧化锆分析仪、热值仪、天然气调节阀、空气调节阀、流量传感器、燃烧控制器等现场设备实现通信连接，并利用组态软件完成上述现场设备的组态设置，实现对上述现场设备的单独控制和集中显示。

进一步地，所述控制模块采用on/off的燃烧控制模式，即通过对各个烧嘴进行全开或全关控制的方式，根据区域内的烧嘴数量和每个烧嘴的燃烧能力，通过烧嘴燃烧数量计算、燃烧时间计算和燃烧间隔时间计算，得到各个区域烧嘴燃烧数量、燃烧时间和燃烧间隔时间，并这些参数发送给各个区域相对应的烧嘴的控制器上。

进一步地所述控制中心可以获得温度传感器、氧化锆分析仪、热值仪、流量传感器测得的测量数据以及天然气调节阀、空气调节阀以及燃烧控制器的相关控制参数，并可以对天然气调节阀、空气调节阀以及燃烧控制器进行具体的控制参数修改和设置，控制中心也可以获得控制模块的数据，并对控制模块的参数和程序进行编辑。

进一步地，所述控制中心采用EI-TEK工控机，操作系统为微软Windows Pro 7SP1；组态软件采用的是西门子Wincc7.0SP3版，用于对工艺流程进行监控画面的组态。

本发明还提出一种立式退火炉燃烧段温度自动控制系统，所述自动控制系统包括：

理论空燃比计算单元，根据热值分析仪实际测量得出燃气的成分及各成分的百分比含量，利用测量的各成分与氧气反应的化学反应式，根据5组成分差别较大的天然气，得到所需的空燃比和热值的关系，最后对热值和空燃比进行线性处理，可以计算得出热值在一定范围内时连续对应的理论空燃比；