2022年环形加热炉在线优化控制研究报告与应用.docx

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1、精品学习资源环形加热炉在线优化掌握的讨论与应用姜泽毅张欣欣董补全陈晓丹于百勤夏建良刘华飞摘 要 开发了环形加热炉在线优化掌握系统；该系统由在线运行的物料跟踪、温度跟踪和炉温优化设定等功能模块组成，以满意生产产量和产品质量为前提，以燃耗和氧化烧损最低为目标，通过离线讨论，得到了适应生产节奏、管坯长度和材质变化的优化炉温制度，并在实际应用中取得了良好的掌握效 果；关键词环形加热炉数学模型优化掌握运算机掌握Study and application of on-line optimum control for rotary reheating furnaceJiang Zeyi Zhang Xinx

2、in Dong BuquanDept of Thermal Energy Engineering, University of Science and Technology BeijingBeijing 100083Chen Xiaodan Yu Baiqin Xia Jianliang Liu HuafeiSteel Tube Company, Shanghai Baosteel Group CorporationAbstractAn online optimum control system for rotary reheating furnace, which consists of f

3、unction modules for materials tracking, temperature tracking and optimum furnace temperature setting,is developed. In order to reduce fuel consumption and oxide loss based on the best quality and quantity demand, the optimum furnace temperature system adapted to production rhythm, length of tuberoun

4、ds and change of materials is obtained through offline simulation and good control result has been achieved in practical application.Key wordsrotary reheating furnace； mathematical model； optimumcontrol； computer control0 前言从进展次序和掌握水平两个方面总结轧钢加热炉的运算机掌握大体上可以 划分为 3 个层次： 1以提高燃料利用效率、维护合理空燃比为目的，以炉温为掌握对象的燃

5、烧过程掌握，简称为基础燃烧掌握；2以炉内传热数学模型为基础，以被加热物料温度为掌握对象，实现炉温顺燃耗量的优化掌握，称为过程 优化掌握； 3在全部单体设备实现自动化的基础上，以和谐整个生产系统为目标，实现加热工段的运算机优化调度治理，称为工序优化掌握；一般而言，加 热炉加热过程优化掌握目标可表述为：在满意轧线产量的条件下，使钢坯出炉 温度最准，截面温差最小，氧化烧损最少，燃耗最低；加热过程优化掌握可归 纳为 3 种方式： 1生产率与炉温 或燃料供应量 直接优化掌握方式，如常用的欢迎下载精品学习资源炉温设定值查询图或“地毯”图 1 ；2基于数学模型的钢温掌握方式，实践中应用最广泛的是优化钢温曲线

6、方法 2 4 ；3带钢温负反馈的钢温掌握方式1 ，5 ；上海宝钢钢管公司环形加热炉用于管坯穿孔前加热，是首尾相接的一种特殊形式的连续加热炉；该炉设计产量160t/h ，中径 35m，炉膛有效宽度 5m，分为 6 个掌握段和 1 个预热段， 16 段共有 96 个油气两用侧烧咀向炉膛空间供热，预热段不供热；该炉已采纳运算机集散掌握系统Max1000，在炉温设定和燃烧掌握方面的成效较好；为了进一步提高钢管的产量和质量、降低生产成本，必需进一步提高环形加热炉的掌握水平；因此，在基础燃烧掌握的基础 上，依据环形加热炉传热数学模型，我们开发了一种环形加热炉优化掌握系 统；该系统以满意产量和加热质量为前提

7、，以燃耗和氧化烧损最低为目标，建立了物料跟踪、温度跟踪和炉温优化设定等基础掌握模块，取得了良好的掌握成效；1 优化掌握系统所建立的以炉内传热数学模型为基础的优化掌握系统由多个模块组成，其中以物料跟踪、温度跟踪和炉温优化设定为基本模块；1.1 物料跟踪模块物料跟踪模块依据环形加热炉装料、出料和炉底转动信号，以及从生产治理运算机网络取得的装料料坯的信息，通过推理和判定，在线标定环形加热炉区域内管坯的位置和运动，为温度跟踪和炉温优化设定供应物料信息，并在现场的操作治理运算机屏幕上实时显示管坯位置和运动的动态跟踪画面；1.2 温度跟踪模块管坯温度在线跟踪模块是优化掌握系统的核心；它依据物料跟踪信息以及

8、在线监测的各段炉温、空气和煤气流量，利用管坯加热过程的数学模型，以适当的频率运算确定炉内每根管坯的温度分布和氧化烧损情形，实现全炉管坯温度的在线动态运算，为炉温优化设定供应直接的依据；1.3 炉温优化设定模块在正常生产情形下，炉温优化设定模块依据生产节奏的变化、炉内物料分布情形和各段管坯的温度水平，以离线优化运算得到的优化炉温制度为依据， 动态设定各掌握段的炉温，在保证加热质量和产量的前提下使炉子燃耗和管坯氧化烧损最小；2 优化炉温制度的讨论 2.1 目标函数和讨论方法依据所讨论的环形加热炉掌握系统的特点，管坯加热过程的最优掌握与环形加热炉炉温制度的最优设定是等价的，即动态确定各段炉温的设定值

9、，使环形加热炉燃耗最低、管坯氧化烧损最小，并满意如下约束条件：1 管坯加热温度 表面平均温度 满意工艺要求； 2 管坯断面最大温度偏差满意匀称性要求； 3 满意产量 即生产节奏 的要求； 4 各段炉温在答应的最高炉温顺最低炉温的范畴之内； 5 各段的供热量在炉子的供热才能范畴之内；6 管坯的升温速度小于最大答应的升温速度；采纳炉温设定值直接优化法，依据离线数学模型确定出不同钢种、不同尺欢迎下载精品学习资源寸规格的管坯在不同生产节奏情形下最优的管坯升温曲线和相应的炉温曲线；经讨论发觉，在满意加热工艺要求的前提下，设定的加热时间内的管坯平均温度对加热时间的积分值与加热过程中燃料消耗量、管坯的氧化烧

10、损量之间存在着单调的依变关系，对于肯定规格的管坯和生产节奏，该积分值可以作为衡量燃耗水平和管坯氧化烧损水平的尺度；2.2 标准炉温设定值分析以一般钢种和标准长度的管坯在设计炉温设定值条件下的加热过程为分析对象，模拟运算生产节奏变化对加热质量、燃耗及氧化烧损的影响 对应加热管坯产量 90200t/h ，如图 14 中虚线所示；.-1产量/th图 1优化前、后表面平均温度比较图 2优化前、后最大断面温差比较欢迎下载精品学习资源图 3优化前、后温度积分值 燃耗比较图 4 优化前、后氧化烧损率比较从图中可以看出，生产节奏对加热质量、燃耗和氧化烧损都有明显的影响；生产节奏加快，出炉管坯的表面平均温度降低

11、，最大断面温差增大，而燃料消耗和氧化烧损削减；在产量较低的情形下，虽然断面温差较小，但表面温度简单高出目标温度，而且燃耗较大，氧化烧损严峻；在产量较高的情形下， 燃耗和氧化烧损都有所降低，但出炉管坯的表面平均温度达不到目标温度要 求，断面温差也较大，不能满意生产工艺的要求；因此，当生产节奏波动较大时，假如仍采纳固定不变的炉温设定值，会直接影响管坯的加热质量和炉子的燃料消耗；2.3 离线优化结果在不同的生产节奏情形下，通过调整炉温设定值，可使管坯的加热质量掌握在答应的范畴之内，使燃料消耗和金属氧化烧损掌握在相应的最低水平；对不同工艺要求的钢种分别进行了生产节奏变化时正确炉温设定的优化运算；以一般

12、钢种和标准长度的管坯为例，优化后的加热质量、燃耗和氧化烧损 实线绘于图 1 4；从图中可以看出，优化后出炉管坯表面平均温度 图 1基本不随生产节奏变化；在高产情形下，最大断面温差比优化前有明显减小，但燃耗和氧化烧损 略有增加；在低产情形下，燃耗和氧化烧损比优化前明显降低，但断面温差稍 有增大；这正反映出提高加热质量与降低燃耗、削减氧化烧损之间在一般情形 下是相互冲突的；另外，采纳优化炉温设定值加热管坯，在不同生产节奏条件欢迎下载精品学习资源下管坯的升温曲线基本上是一样的，这与坯温优化思想相符合；不同长度 860 4500mm和 不同热物性 材质不同 的管坯加热时，其加热质量也略有差异；通过分析

13、运算，引入了管坯长度和热物性的修正；因此，适应生产节奏、管坯尺寸和材质变化的优化炉温制度的在线设定数学表达式为Tr=T0 T1 T21式中 Tr 为优化炉温设定值， T0 为依据生产节奏和管坯工艺要求确定的标准优化炉温设定值， T1 为管坯长度影响修正值， T2 为管坯材质影响修正值；3 炉温优化设定策略与掌握实践3.1 炉温优化设定策略在正常生产情形下，由于生产节奏的波动和料坯规格的变化，对炉温进行动态实时设定是非常必要的；另外，受到炉子特性的影响，实际炉温与设定炉温之间有时也存在着较大的偏差，使得管坯的升温过程并不能真正依据目标曲线来实现，当管坯温度与目标温度有较大偏差时，就有必要对炉温进

14、行再次修正；在线掌握过程中，把经离线优化得到的适应生产节奏、管坯尺寸和材质变化的优化炉温制度做成数据库，依据物料跟踪模块供应的生产节奏和各掌握段加热管坯的规格，由优化设定模块自动动态查询该数据库，得到各掌握段相应的基准炉温设定值 Tr ；然后，依据温度跟踪模块供应的各段坯温情形对Tr 做适量的调整，再考虑到炉温限值和调剂量限值等因素后，得到的综合炉温设定值为实际优化炉温设定值，可表示为Tsp=Tr T32要求 Tsp 满意： Trmin TspTrmax式中Tr 为基准炉温设定值， T3 为依据管坯温度偏离量对炉温的修正， Trmax 和 Trmin 为炉温上限和下限值， Tr1 为当时的实测

15、炉温， Trmax 为炉温的最大调剂量限值；炉温优化设定模块与待轧掌握模块、反馈掌握模块、空燃比智能设定模块等共同构成完整的优化掌握系统；3.2 掌握实践数模优化掌握系统于 1997 年 8 月正式投入运行；它装载在 MAX1000系统的信息治理站 AP机上，以肯定的频率进行跟踪运算和优化设定；在生产节奏波动时，掌握系统对炉温设定进行适量的调整，在生产节奏加快时提高炉温设定值，节奏减慢时降低炉温设定值；图5 为在数模优化掌握下某一天内的管坯出炉温度和断面最大温差的变化情形，出炉坯温顺断面温差基本掌握在目标温度 范畴内，达到了掌握要求；欢迎下载精品学习资源图 5 管坯出炉温度和断面温差4 结论在炉内传热数学模型的基础上，建立了环形加热炉在线优化掌握系统，实现了在线物料跟踪、温度跟踪和炉温优化设定；采纳直接优化炉温设定值的方法，通过优化运算，得到了适应生产节奏波动及管坯长度和材质变化的优化炉温制度，并在现场实际应用；依据现场的能源统计，该系统投入运行后，管坯的加热质量有明显改善，环形炉燃耗和氧化烧损分别比系统投入运行前降低了约 6和 8，取得了明显的经济效益；作者简介：姜泽毅男 1973 年生 讲师 主要从事热能工程专业的教案和科研工作；作者单位：北京科技高校热能工程系 姜泽毅张欣欣董补全）上海宝钢集团公司钢管公司 陈晓丹于百勤夏建良刘华飞）欢迎下载