热风炉拱顶温度控制优化.docx

控制系统中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2007年第23卷第5-1期文章编号:1008- 0570(2007)05- 1- 0040-03热风炉拱顶温度控制优化optim ization about arch tem perature control on Hot- blast stove(辽宁科技大学)王锡钢 张春娜邢桂菊WANG XIGANG ZHANG CHUNNA XING GUIJU摘要:针对热风炉常规拱顶温度模糊控制器波动较大的问题,讨论了引入可调整因子的系统优化控制策略,并通过仿真测试加以验证。事实证明,控制效果提高显著,对实现热风炉燃烧过程的稳定性、经济性、合理性起到了一定的作用。关键词:热风炉;模糊控制器;系统优化;燃烧中图分类号:TP273+.4文献标识码:BAbstract:In view of the hot- blast stove convention arch temperature fuzzy controller undulation major problem, discussed theintro-duction adjustable integral divisor system optimization control strategy, and confirms through the simulation test. The fact provedthatthecontroleffectenhancesobviously,torealizedthehot-blaststovecombustionprocessstability,theefficiency,therationalityplayscertainrole.Key words:hot- blast stove; fuzzy controller ; system optimizing;combustion1 引言热风炉拱顶温度是热风炉生产中的重要参数,拱顶温度较低时,在送风期将不能保证规定的热风温度,而拱顶温度过高将会对拱顶造成损伤 。拱 顶温度控制有三个重要参数:拱顶控制温度,拱顶目标温度,拱顶上限温度。在燃烧控制过程中要求拱顶控制温度略低于拱顶目标温度, 拱顶上限温度略高于拱顶目标温度, 拱顶上限温度是热风炉拱顶的安全界限温度。根据热风炉的控制工艺可知,热风炉燃烧初期为强化燃烧期,通过调整空燃比实现最优燃烧,当拱顶温度超过界限温度后,进入蓄热期,通过调整空燃比,降低火焰温度,将拱顶温度控制在目标温度范围内,因此在整个燃烧期内,不论是强化燃烧期还是蓄热期,都通过调整空燃比来控制。控制器的输出量都是空燃比的增量,只是被控量不同,分别为烟气氧含量和拱顶温度。在实际生产中,进入拱顶温度控制阶段后,如果煤气热值降低到一定程度,以最优空燃比也无法维持目标拱顶温度,此时如果仍以目标拱顶温度为设定值, 进行拱顶温度控制,将会造成阀门频繁动作,拱顶温度上下波动,对正常燃烧造成不良影响。此时应停止拱顶温度控制,转换为最优燃烧控制;如果煤气热值上升到一定值,拱顶温度超过目标拱顶温度时,再进行拱顶温度控制。本文结合热风炉现场实际情况,设计一个具有可调整因子的双输入单输出的燃烧控制器, 输入控制量分别为烟气氧含量或拱顶温度及它们的变化, 输出控制量为空燃比的变化量,采用软件切换的方法,用一个控制器来控制整个热风炉燃烧过程。这个燃烧控制器采用选择开关,以拱顶温度为指标,当拱顶温度低于拱顶控制温度时,以烟气氧含量设定值为目标,进行燃烧控制,当拱顶温度超出拱顶控制温度时,则以固定拱顶温度为目标,切换为拱顶温度控制。王锡钢:副教授2 拱顶温度数学模型的建立2.1蓄热量数学模型的建立热风炉的燃烧期,单位时间内通过拱顶受热面的传热量为:?Q?SK?T?t?SK(T—T)?t(2.1)式(2.1)中S1和K1分别为拱顶与烟气的换热面积、换热系数,ΔT为烟气与拱顶之间的温差,Δt为单位时间量。与此同时,拱顶向外界散热,单位时间内通过拱顶向外界损失的热量为:?Q?SK?T?t?SK(T—T)?t(2.2)式(2.2)中S2和K2分别为拱顶与外界的换热面积、换热系数。因此,单位时间内拱顶蓄热量的变化量为:?Q??Q??Q(2.3)2.2空燃比数学模型优化在强化燃烧期,普遍采用快速烧炉法,这就要求最佳空燃比控制,这是热风炉获得最大热量的保证。但无论什么情况下都不能使煤气过量,换言之,达到最佳空燃比时的空气仍然是过量的。一般认为烟气中残氧的体积分数保持在0.2%～0.8%时 热风炉燃烧状况即为良好。本文选取0.5%作为控制目标,并把0.2%作为可接受波动区间。即在0.3%～0.7%范围内不进