本發(fā)明屬于工業(yè)加熱爐領(lǐng)域，涉及一種基于網(wǎng)格測溫的加熱爐爐溫耦合型控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)加熱爐在鋼鐵全流程中扮演著承上啟下的重要角色，它上接連鑄單元，下接軋鋼單元。其主要功能是將連鑄機(jī)熱坯料或堆放庫冷坯料加熱至滿足軋制需求的坯料表面溫度和芯部溫度。工業(yè)加熱爐作為軋鋼區(qū)域的關(guān)鍵設(shè)備，對于坯料加熱質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。同時，加熱爐單元的能耗在軋鋼工序能耗中占據(jù)高達(dá)80％的比例，對于軋鋼區(qū)域的節(jié)能減排具有舉足輕重的效果。

2、在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工業(yè)加熱爐面臨的挑戰(zhàn)包括市場訂單的連續(xù)性波動、單一設(shè)備的故障影響生產(chǎn)穩(wěn)定性，以及連鑄單元、軋鋼單元設(shè)備配置的全局性不足等。這些因素導(dǎo)致工業(yè)加熱爐在入爐坯料時時而面臨熱坯、時而面臨冷坯的情況。如果加熱系統(tǒng)完全按照熱坯考慮，在加熱冷坯時容易出現(xiàn)供熱能力不足的現(xiàn)象；而如果加熱爐系統(tǒng)完全按照冷坯考慮，在加熱熱坯時則容易造成能源浪費(fèi)。

3、因此，針對不同的生產(chǎn)情況、不同的溫度坯料等外部條件，綜合考慮投資收益、加熱效率、加熱質(zhì)量、能源消耗等因素，提出了一種基于網(wǎng)格測溫的加熱爐爐溫耦合型控制系統(tǒng)和控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于網(wǎng)格測溫的加熱爐爐溫耦合型控制系統(tǒng)及控制方法，旨在解決加熱爐實(shí)際生產(chǎn)中坯料溫度劇烈波動、能源流量頻繁變化、加熱質(zhì)量優(yōu)劣同存的問題，實(shí)現(xiàn)坯料加熱過程能源消耗趨優(yōu)、加熱質(zhì)量向強(qiáng)的目標(biāo)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于網(wǎng)格測溫的加熱爐爐溫耦合型控制系統(tǒng)，包括：

4、加熱爐本體；

5、網(wǎng)格測溫系統(tǒng)，包括x個高溫氣體傳感器，布置于加熱爐本體；

6、耦合型控制系統(tǒng)，包括脈沖型燃燒控制系統(tǒng)和段調(diào)節(jié)型燃燒控制系統(tǒng)；

7、脈沖型燃燒控制系統(tǒng)，包括空氣脈沖環(huán)管、煤氣脈沖環(huán)管、n個脈沖燃燒器，以及與脈沖燃燒器連接的n個第一空氣管道和n個第一煤氣管道，每個脈沖燃燒器的第一空氣管道與空氣脈沖環(huán)管連接，第一煤氣管道與煤氣脈沖環(huán)管連接，進(jìn)而與空氣主管道和煤氣主管道連接；

8、段調(diào)節(jié)型燃燒控制系統(tǒng)，包括空氣段流量孔板、空氣段調(diào)節(jié)切斷閥、煤氣段流量孔板、煤氣段調(diào)節(jié)切斷閥、m個平焰燃燒器，以及與平焰燃燒器連接的m個第二空氣管道和m個第二煤氣管道；空氣段流量孔板、空氣段調(diào)節(jié)切斷閥組成空氣段管，煤氣段流量孔板、煤氣段調(diào)節(jié)切斷閥組成煤氣段管；每個平焰燃燒器的第二空氣管道與空氣段管連接，第二煤氣管道與煤氣段管連接，進(jìn)而與空氣主管道和煤氣主管道連接。

9、可選的，加熱爐本體，按爐長方向分為坯料預(yù)熱區(qū)、坯料加熱區(qū)、坯料均熱區(qū)，加熱爐坯料預(yù)熱區(qū)不供熱，坯料加熱區(qū)上部、下部采用爐溫脈沖型燃燒控制系統(tǒng)，坯料均熱區(qū)上部采用爐溫段調(diào)節(jié)型燃燒控制系統(tǒng)，坯料均熱區(qū)下部采用爐溫脈沖型燃燒控制系統(tǒng)。

10、可選的，加熱爐本體按爐高方向分為爐底、側(cè)墻、爐頂，脈沖燃燒器安裝于加熱爐側(cè)墻，平焰燃燒器安裝于加熱爐爐頂；按爐寬方向，加熱爐側(cè)墻及爐頂燃燒器對稱布置。

11、可選的，高溫氣體傳感器布置于加熱爐坯料預(yù)熱區(qū)爐頂、坯料加熱區(qū)側(cè)墻和/或爐頂、坯料均熱區(qū)側(cè)墻和/或爐頂；所述高溫氣體傳感器用于測量安裝位置區(qū)域的煙氣溫度。

12、可選的，坯料加熱區(qū)下部每兩個脈沖燃燒器之間安裝1個高溫氣體傳感器，作為1個溫度網(wǎng)格控制區(qū)，其高溫氣體傳感器安裝在側(cè)墻；

13、坯料加熱區(qū)上部每兩個脈沖燃燒器之間安裝1個高溫氣體傳感器，作為1個溫度網(wǎng)格控制區(qū)，其高溫氣體傳感器安裝在爐頂；

14、坯料均熱區(qū)下部每兩個脈沖燃燒器之間安裝1個高溫氣體傳感器，作為1個溫度網(wǎng)格控制區(qū)，其高溫氣體傳感器安裝在側(cè)墻；

15、坯料均熱區(qū)上部多個平焰燃燒器之間安裝1個高溫氣體傳感器，作為1個溫度網(wǎng)格控制區(qū)，其高溫氣體傳感器安裝在爐頂。

16、一種基于網(wǎng)格測溫的加熱爐爐溫耦合型控制方法，包括脈沖型燃燒控制及段調(diào)節(jié)型燃燒控制；

17、脈沖型燃燒控制：在單個脈沖燃燒器工作周期為t(t＝t燃+t不燃)的情況下，以網(wǎng)格控制區(qū)實(shí)際溫度t1及網(wǎng)格控制區(qū)設(shè)定溫度t2的差值△t和差值變化率為信號，實(shí)時控制網(wǎng)格控制區(qū)內(nèi)脈沖燃燒器的工作周期t的百分比(t燃)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格控制區(qū)溫度的控制；

18、段調(diào)節(jié)型燃燒控制：以平焰燃燒器網(wǎng)格控制區(qū)實(shí)際溫度t1及網(wǎng)格控制區(qū)設(shè)定溫度t2的差值△t和差值變化率為信號，實(shí)時控制煤氣段調(diào)節(jié)切斷閥、空氣段調(diào)節(jié)切斷閥的開度，調(diào)整段內(nèi)煤氣、空氣流量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格控制區(qū)溫度的控制。

19、可選的，第一煤氣管道的煤氣終端脈沖閥與第一空氣管道的空氣終端脈沖閥為互鎖關(guān)系，一方打開則另一方相應(yīng)打開，一方關(guān)閉則另一方相應(yīng)關(guān)閉。

20、可選的，第一煤氣管道的煤氣終端孔板、煤氣終端蝶閥，將網(wǎng)格控制區(qū)內(nèi)脈沖燃燒器標(biāo)定到額定功率；

21、第一煤氣管道的煤氣終端球閥，將手動切斷脈沖燃燒器煤氣供應(yīng)；

22、第一煤氣管道的煤氣終端脈沖閥，通過閥門“開”和“關(guān)”控制網(wǎng)格控制區(qū)內(nèi)脈沖燃燒器的工作周期t的百分比；

23、第一空氣管道的空氣終端孔板、空氣終端蝶閥，將網(wǎng)格控制區(qū)內(nèi)脈沖燃燒器標(biāo)定到額定功率；

24、第一空氣管道的煤氣終端蝶閥，同時可以手動切斷脈沖燃燒器煤氣供應(yīng)；

25、第一空氣管道的空氣終端脈沖閥，通過閥門“開”和“關(guān)”控制網(wǎng)格控制區(qū)內(nèi)脈沖燃燒器的工作周期t的百分比；

26、第一煤氣管道的煤氣終端脈沖閥與第一空氣管道的空氣終端脈沖閥為互鎖關(guān)系，一方打開則另一方相應(yīng)打開，一方關(guān)閉則另一方相應(yīng)關(guān)閉。

27、可選的，第二煤氣管道的煤氣終端蝶閥，將網(wǎng)格控制區(qū)內(nèi)平焰燃燒器標(biāo)定到額定功率，第二煤氣管道的煤氣終端球閥，將手動切斷平焰燃燒器煤氣供應(yīng)；

28、第二空氣管道的空氣終端蝶閥，將網(wǎng)格控制區(qū)內(nèi)平焰燃燒器標(biāo)定到額定功率，并手動切斷平焰燃燒器煤氣供應(yīng)；

29、段調(diào)節(jié)型燃燒控制系統(tǒng)的煤氣段調(diào)節(jié)切斷閥和空氣段調(diào)節(jié)切斷閥為互調(diào)互切關(guān)系，一方調(diào)大則另一方相應(yīng)調(diào)大，一方關(guān)閉則另一方相應(yīng)關(guān)閉。

30、可選的，加熱爐入爐坯料為20℃-400℃的全冷坯時采用第一控制方法，加熱爐入爐坯料為冷熱混裝時采用第二控制方法，加熱爐入爐坯料為400℃-900℃的全熱裝時采用第三控制方法；

31、加熱爐爐溫耦合控制系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟：a.判斷加熱爐入爐坯料溫度處于第幾階段的溫度區(qū)間，選擇相應(yīng)溫度區(qū)間的控制方法；b.根據(jù)選用的控制方法進(jìn)行加熱爐爐溫加熱；

32、其中，第一控制方法為控制方法設(shè)定加熱爐各區(qū)溫度分別為t冷預(yù)、t冷加、t冷均，冷坯料進(jìn)入加熱爐后，按設(shè)定溫度進(jìn)行加熱，此時脈沖燃燒器工作周期為t內(nèi)的燃燒時間t燃占比較高，段調(diào)節(jié)切斷閥開度v值較高；

33、其中，第二控制方法為控制方法設(shè)定加熱爐各區(qū)溫度分別為t混預(yù)、t混加、t混均，冷熱混裝坯料進(jìn)入加熱爐后，按設(shè)定溫度進(jìn)行加熱，此時脈沖燃燒器工作周期為t內(nèi)的燃燒時間t燃占比較居中，段調(diào)節(jié)切斷閥開度v值居中；

34、其中，第三控制方法為控制方法設(shè)定加熱爐各區(qū)溫度分別為t熱預(yù)、t熱加、t熱均，熱坯料進(jìn)入加熱爐后，按設(shè)定溫度進(jìn)行加熱，此時脈沖燃燒器工作周期為t內(nèi)的燃燒時間t燃占比較低，段調(diào)節(jié)切斷閥開度v值較低。

35、本發(fā)明的有益效果在于：

36、本發(fā)明將加熱爐爐體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，可以實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)部溫度的精準(zhǔn)控制；

37、本發(fā)明將加熱爐加熱區(qū)上下部、均熱區(qū)下部采用脈沖型燃燒控制系統(tǒng)，保證每個脈沖燃燒器在t燃周期內(nèi)以額定負(fù)荷工作，可避免燃燒器及閥門的小流量調(diào)節(jié)問題，可保證燃料燃燒充分，可實(shí)現(xiàn)沿爐寬方向的火焰長度和爐溫的均勻性，既能提高坯料加熱質(zhì)量，又能節(jié)約燃燒消耗量；

38、本發(fā)明將加熱爐均熱區(qū)上部采用段調(diào)節(jié)型燃燒控制系統(tǒng)，保證煤氣、空氣的充分燃燒，可提高燃燒效率，降低氧化鐵皮損耗，可保證坯料在爐寬方向的溫度均勻性，降低坯料斷面溫度差，提高坯料加熱質(zhì)量；

39、本發(fā)明將依托耦合型控制系統(tǒng)制定三種控制方法，分別針對入爐坯料為全冷裝、冷熱混裝、全熱裝三種狀態(tài)，以此控制脈沖型燃燒控制系統(tǒng)、段調(diào)節(jié)型燃燒控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)爐體分區(qū)溫度網(wǎng)格化精準(zhǔn)控制，滿足加熱爐“高質(zhì)、高效、低耗”連續(xù)生產(chǎn)的目標(biāo)。

40、本方案通過網(wǎng)格化測溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)加熱爐內(nèi)不同區(qū)域的溫度進(jìn)行精準(zhǔn)控制，從而顯著提高了加熱質(zhì)量和效率。這一創(chuàng)新技術(shù)不僅能夠根據(jù)入爐坯料的溫度范圍，采用不同的控制策略，優(yōu)化能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，而且還具有極高的靈活適應(yīng)性，能夠有效應(yīng)對生產(chǎn)過程中溫度波動的挑戰(zhàn)。

41、此外，該系統(tǒng)的設(shè)計考慮了操作簡便性，降低了操作難度和維護(hù)成本，有助于提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，減少因溫度控制不當(dāng)導(dǎo)致的設(shè)備磨損，延長加熱爐及相關(guān)設(shè)備的使用壽命。通過精確控制爐內(nèi)溫度，本方案有助于提高生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，減少因溫度波動導(dǎo)致的生產(chǎn)問題，確保生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性。

42、更為重要的是，精準(zhǔn)的溫度控制不僅提高了坯料的加熱效率，還進(jìn)一步提高了整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。這種高效的加熱過程不僅能夠滿足生產(chǎn)需求，還能降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。

43、綜上所述，本方案在提高生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本以及延長設(shè)備壽命等方面都具有顯著的優(yōu)勢，為工業(yè)加熱爐技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)效率的提升提供了有力的技術(shù)支持。

44、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。