[发明专利]加热锅炉炉温燃料流量与空气流量空燃比比值控制系统

说明书

本发明涉及一种加热锅炉炉温燃料流量与空气流量空燃比比值控制系统，属于锅炉技术领域。控制系统包括可编程逻辑控制器PLC和现场仪表；所述PLC与现场仪表相连；所述现场仪表包括炉温热电偶、燃料流量调节阀、燃料流量测量装置和空气流量孔板；所述PLC包括温度调节器、燃料流量调节器、流量高低报警器一、流量高低报警器二、控制信号限幅或保持器一、控制信号限幅或保持器二、量程换算器一、量程换算器二、微分前馈控制器、空燃比系数比值控制器和空气流量调节器。本发明炉温升温快，生产效率高，减少废气排放对环境污染，有利于节能环保。

技术领域

本发明属于锅炉技术领域，涉及一种加热锅炉炉温燃料流量与空气流量空燃比比值控制系统。

背景技术

加热炉锅炉的炉温控制就使用燃料与空气流量双交叉控制系统控制炉温，即当炉温调节器发生设定值与测量值偏差时，其温度调节器的输出信号同时作为燃料调节器和空气调节器的给定信号串级控制，经双交叉限幅运算后分别以5％的燃料流量和5％的空气流量交替上升去控制燃烧，防止空气过剩对钢坯的氧化或燃料过剩导致燃烧不充分的浪费污染空气现象。这种向爬楼梯的控制方式缺点是炉温控制的过渡响应时间太长，一般要15分钟左右才能使炉温控制稳定。这种方式一直使用到现在，有近四十年的时间。缺点是炉温自动控制使响应时间太长，导致现场操作人员常使用手动控制使炉温快速升温。手动控制不容易控制燃料流量与空气流量的空燃比。手动控制方式后果是空气过剩导致钢坯氧化和燃料过剩导致的冒黑烟燃料浪费污染空气时常发生。由于调节蝶阀蝶阀的固有特性决定只能在20％～70％是最好调节范围，70％～90％的调节性能差，故调节阀口径计算时，为节约投资，调节蝶阀的开度范围在15％～75％，75％～90％为超过最大流量的过烧区域，会使孔板节流装置超量程无法计量，使自动控制失效产生过多烟气废气污染环境。现有双交叉限幅控制系统没有对燃料流量调节阀和空气流量调节阀的控制信号作最大流量报警限幅或保持，导致燃料流量和空气流量超过工艺对加热炉锅炉设计的最大值，因调节阀开度超过设计最大流量值开度过烧产生的过量废气排放对大气的污染。

随着90年代PLC和DCS的广泛使用，PLC和DCS的控制运算功能强大，双交叉限幅控制炉温的方式不能真正实现钢铁厂加热炉炉温自始至终的自动控制，加热炉锅炉炉温燃料流量与空气流量空燃比比值控制系统技术就能解决这个难题，不但能炉温控制响应时间大大缩短使炉温迅速得到控制，提高加热炉的生产效率，同时确保炉温自动控制始终常态化，炉温的快速控制使操作人员没有必要手动控制。防止了因手动控制导致的空气过剩氧化，又能防止燃料过剩的燃料浪费及空气污染。真正做到自动控制炉温，节能环保又提高加热炉的生产能力和自动控制效率，提供相关设备的性价比。

加热炉锅炉炉温燃料流量与空气流量空燃比比值控制系统就是炉温调节器的输出信号只作为燃料流量调节器的给定信号串级控制去控制燃料流量调节阀开度，不去作为空气流量调节器的给定信号作串级控制去控制空气调节阀开度，而是把燃料流量的信号乘以空燃比后作为空气流量调节器的给定信号作比值控制去控制空气流量调节阀的开度。燃料流量调节器的输出信号通过微分限幅后作为空气流量调节器输出的前馈修正控制；对燃料流量调节器的输出控制信号作燃料流量最大流量和最小流量报警值控制的限幅值或保持值后去控制燃料流量调节阀的开度，防止燃料流量超过工艺给出的最大值；对空气流量调节器的输出控制信号作空气流量最大流量和最小流量报警值控制的限幅值或保持值后去控制空气流量调节阀的开度，防止空气流量超过工艺给出的最大值。同时使燃料流量和空气流量的最大值和最小值保持空燃比关系，使得加热炉锅炉的燃烧始终是在工艺设计参数内运行，避免了现有系统因调节阀开度超过设计最大流量值开度过烧产生的过量废气排放对大气的污染，有利于节能环保。同时能使炉温变化时燃料流量最大值到最小流量和空气流量最大值到最小流量的自动控制始终是空燃比比值的关系，炉温快速得以控制，避免了手动控制导致的不良结果和过烧，提高加热炉锅炉生产效率，节能环保和提高相关设备性价比。

发明内容