DCS在中型加熱爐燃燒控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、    DCS在中型加熱爐燃燒控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1引言萊鋼中型廠加熱爐采用連鑄坯，實(shí)現(xiàn)了坯料的熱裝、冷裝及熱緩沖工藝，其中熱裝比例達(dá)80%。加熱爐采用步進(jìn)式加熱爐，加熱能力130t/h，年設(shè)計(jì)加熱量52萬(wàn)噸。使用燃料為高、焦?fàn)t混合煤氣，分6段加熱,加熱到1250出爐。2系統(tǒng)配置(1)系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)由1臺(tái)控制器和1臺(tái)工作站構(gòu)成?？刂破鞑捎萌毡緰|芝公司MCS1000系統(tǒng)，該控制器有控制回路32路，控制點(diǎn)數(shù)1200余點(diǎn)。工作站采用東芝FA3100工控機(jī)。該控制器可接4個(gè)操作員接口站，工作站1 引言萊鋼中型廠加熱爐采用連鑄坯，實(shí)現(xiàn)了坯料的熱裝、冷裝及熱緩沖工藝，

2、其中熱裝比例達(dá)80%。加熱爐采用步進(jìn)式加熱爐，加熱能力130t/h，年設(shè)計(jì)加熱量52萬(wàn)噸。使用燃料為高、焦?fàn)t混合煤氣，分6段加熱,加熱到1250出爐。2 系統(tǒng)配置(1) 系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)由1臺(tái)控制器和1臺(tái)工作站構(gòu)成?？刂破鞑捎萌毡緰|芝公司MCS1000系統(tǒng)，該控制器有控制回路32路，控制點(diǎn)數(shù)1200余點(diǎn)。工作站采用東芝FA3100工控機(jī)。該控制器可接4個(gè)操作員接口站，工作站通過(guò)光纖連接到控制器上?？刂破魍ㄟ^(guò)以太網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)連接到遠(yuǎn)程過(guò)程級(jí)計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)配置圖如圖1所示。(2) 系統(tǒng)軟件控制器采用日本東芝基于分散控制系統(tǒng)DCS的集總式控制系統(tǒng)TOSDIC-CIE1000，它是一種開(kāi)放性的可靈活改變規(guī)

3、模的控制系統(tǒng)，采用ENGINGEERING TOOL為控制軟件。操作員接口站由OIS1000系統(tǒng)構(gòu)成，采用INTELLUTION公司生產(chǎn)的基于WINDOWS操作系統(tǒng)的 FIXDMACS 5.65為監(jiān)控軟件。該監(jiān)控系統(tǒng)具有人機(jī)交互、通訊、顯示及存儲(chǔ)、打印等功能，主要用于數(shù)據(jù)、圖形顯示，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)控，機(jī)組數(shù)據(jù)輸入，信息存儲(chǔ)等各種有關(guān)操作的功能畫(huà)面。操作的功能畫(huà)面主要有兩類(lèi)，一是顯示操作畫(huà)面:本畫(huà)面一方面顯示數(shù)據(jù)，顯示方式為數(shù)字、曲線、棒圖、歷史趨勢(shì)等。另一方面，具有功能軟開(kāi)關(guān)、軟按鈕等供操作人員進(jìn)行操作。 二是工藝流程畫(huà)面:顯示設(shè)備的工藝布置、工藝流程及相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。OIS1000標(biāo)準(zhǔn)屏幕管理流

4、程如圖2所示。3 系統(tǒng)控制功能3.1 爐溫控制加熱爐被分成上下預(yù)熱、上下加熱、上下均熱6個(gè)溫度控制區(qū)。區(qū)溫度由DCS中的單回路PID控制器控制。分為C(級(jí)聯(lián))、A(自動(dòng))和M(手動(dòng))3種控制方式。其中C方式為計(jì)算機(jī)即程序加熱方式，由CPU即加熱爐過(guò)程級(jí)控制。A方式中操作人員可從CRT設(shè)置SV(溫度設(shè)定點(diǎn)變量)來(lái)自動(dòng)燒鋼。M方式從CRT操縱MV(操縱變量)來(lái)手圖1 硬件配置圖動(dòng)拖動(dòng)流量閥門(mén)的開(kāi)口度以調(diào)節(jié)爐溫。溫度控制器輸出通過(guò)比例控制結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)以確定助燃空氣流量控制器和燃?xì)饬髁靠刂破鞯脑O(shè)定點(diǎn)。每個(gè)區(qū)都配備有一對(duì)熱電偶，DCS會(huì)自動(dòng)選擇溫度較高的熱電偶或有源的熱電偶。為了防止上區(qū)和下區(qū)相互干擾，提供

5、了主/從控制方式。上區(qū)溫度控制優(yōu)先于下區(qū)溫度控制，下區(qū)的溫度由上區(qū)按操作員設(shè)定的主/從比控制。主/從控制只有在選擇“主/從控制”時(shí)才開(kāi)始。3.2 區(qū)助燃空氣和燃?xì)饬髁靠刂迫紵刂朴扇細(xì)饬髁靠刂坪椭伎諝饬髁靠刂平M成。2個(gè)流量控制均由區(qū)溫度控制器控制輸出。燃?xì)饬髁亢椭紙D2 OIS1000標(biāo)準(zhǔn)屏幕管理流程空氣流量受“雙交叉限幅燃燒”控制，即便在瞬間條件下也能使空氣燃?xì)獗缺３衷谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)。助燃空氣流量借助測(cè)量孔板測(cè)量，通過(guò)差壓變送器，并用助燃空氣總管的溫度和壓力加以補(bǔ)償。燃?xì)饬髁拷柚髁靠装鍦y(cè)量，通過(guò)差壓變送器，用燃?xì)饪偣艿臏囟群蛪毫ρa(bǔ)償?？諝?燃?xì)獗劝匆罁?jù)燒嘴特性和燃燒負(fù)荷及燃?xì)鉄崃恐档目?燃

6、比曲線自動(dòng)補(bǔ)償。雙交叉限幅燃燒法通過(guò)根據(jù)爐溫控制器的輸出來(lái)控制燃?xì)夂涂諝饬髁勘榷哂惺谷?空比保持在一適當(dāng)范圍的功能，而每個(gè)流量設(shè)定值都有依據(jù)實(shí)際流量確定的上下限。采用這種控制，能在任何瞬間以及穩(wěn)定條件下高精度保持燃燒系統(tǒng)的多余空氣流量。雙交叉限幅控制原理如圖3所示。3.3 爐壓前饋控制爐壓控制用來(lái)保持一個(gè)恒定的爐膛壓力,由DCS中的PID控制器控制。爐壓在均熱區(qū)測(cè)量并借助于用汽缸致動(dòng)的煙道閘板進(jìn)行控制。為了在出料門(mén)開(kāi)關(guān)期間爐壓保持在一定的范圍內(nèi)，爐壓控制器輸出用前饋修正系數(shù)補(bǔ)償。除了防止?fàn)t壓隨燃燒負(fù)荷改變而改變外，把總的燃燒氣流量當(dāng)作計(jì)算爐壓控制器輸出的前饋修正系數(shù)的基準(zhǔn)值。前饋控制通過(guò)稀釋

7、閘板打開(kāi)或助燃空氣流量改變時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償值由下面公式確定。dD=K1*(Dn-Dn-1)閘板+K1*(Dn-Dn-1)空氣流量K1:常數(shù) Dn:干擾量n    Dn-1:干擾量n-1當(dāng)出料爐門(mén)被打開(kāi)時(shí),閘板鎖定操縱控制變量MV被記憶(MV1),PID隨即被鎖定,MV2供給了閘板制動(dòng)器,MV2用公式MV2=MV1-X%定義,X%從CRT上設(shè)定。當(dāng)出料門(mén)關(guān)閉時(shí)。在T1(由軟件定時(shí)器設(shè)定)時(shí)間到前，仍向閘板制動(dòng)器提供MV1。3.4 空氣換熱器上游側(cè)廢氣溫度控制為了防止換熱器溫度超出預(yù)設(shè)定溫度,通過(guò)向廢氣管道鼓入冷氣體來(lái)控制空氣換熱器上游側(cè)廢氣溫度。上游側(cè)廢圖

8、3    雙交叉限幅控制原理圖氣溫度用一個(gè)熱電偶來(lái)測(cè)量，其信號(hào)送往DCS中的PID控制器。控制器用一個(gè)信號(hào)控制位于稀釋空氣鼓風(fēng)機(jī)入口的兩只控制閥的位置。鼓風(fēng)機(jī)起/停信號(hào)送至電氣系統(tǒng)。3.5 氣體換熱器下游側(cè)廢氣溫度控制氣體換熱器下游側(cè)廢氣溫度控制通過(guò)控制助燃空氣的空氣換熱器旁通流量保持在最低溫度上,以便在較低的溫度下防止2臺(tái)換熱器受酸的腐蝕?？刂破魍ㄟ^(guò)控制助燃空氣進(jìn)氣管與助燃空氣換熱器出口管之間的調(diào)節(jié)閥(旁通閥)的位置來(lái)調(diào)節(jié)溫度。3.6 熱空氣泄露控制為了使換熱器溫度保持在安全水平上并防止助燃空氣溫度過(guò)高,通過(guò)向大氣泄放熱空氣來(lái)提高通過(guò)換熱器的空氣流量。

9、溫度由位于助燃空氣主總管的熱電偶測(cè)量，其信號(hào)送往DCS中的一個(gè)溫度PID控制器(TIC-3020)。同時(shí)，要求有一個(gè)防止助燃空氣鼓風(fēng)機(jī)喘振的最小流量。因此，放泄流量由位于放泄閥管道上的孔板測(cè)量，其信號(hào)在經(jīng)過(guò)壓力和溫度補(bǔ)償后送往DCS中的流量PID控制器(FIC-3030)。TIC-3020與FIC-3030之間的高選信號(hào)將控制位于熱空氣排放系統(tǒng)中的放泄閥(TCV-3020)。在燃?xì)饪偣艿那袛嚅y關(guān)斷的情況下，TCV-3020由小于T1(助燃空氣)和T2(氣體換熱器下游處的排氣溫度)的TIC-3020，F(xiàn)IC-3030及TIC-2081中的高選信號(hào)控制。TI，T2:由操作員預(yù)設(shè)定溫度。3.7 燃燒

10、安全和切斷系統(tǒng)由于加熱爐使用的氣體為混合煤氣，為了保證人和設(shè)備安全,燃燒控制在出現(xiàn)下列情況之一時(shí)要自動(dòng)停爐或自動(dòng)鎖定。煤氣切斷后自動(dòng)進(jìn)行氮?dú)獯祾摺４送?，在操作臺(tái)發(fā)出報(bào)警閃光和聲響。(1) 自動(dòng)停爐的因素a)電源“故障”b) 儀表壓縮空氣動(dòng)力壓力“低”c) 助燃空氣壓力“低”d) 氣壓力“低”e) 冷卻水壓力“低”f) 通過(guò)操作員“事故停爐”(2) 其它報(bào)警信號(hào)操作中出現(xiàn)下列報(bào)警時(shí),下面的一些控制如燃燒控制, 氮?dú)鈮毫刂?爐膛壓力控制及換熱器進(jìn)口側(cè)廢氣溫度控制均繼續(xù)。報(bào)警在屏幕上顯示。a) 氮?dú)鈮毫Α暗汀眀) 助燃空氣溫度“高”c) 空氣換熱器上游溫度“高”d) 冷卻水溫度“高”e) 爐膛溫度“高”f) 氣體換熱器下游側(cè)燃?xì)鉁囟取案摺?/p>