内蒙古科技大学：《材料成型控制工程基础》课程授课教案（讲义）第8章 连续式加热炉生产过程自动控制

蒙古科技大学教案 材料与冶金学院李振亮 课程名称：《材料成型控制工程基础》（第8章，共11章 编写时间：2010年8月31日 8.连续式加热炉生产过程自动控制 授课章节 8.1燃科与空气的比例控制8.2加热炉炉温控制8.3炉膛压力控制模型8.4连续式加热炉的 散控制系统 目的要求 学习本章内容，了解加热炉计算机控制系统的组成与功能，掌握空气过剩率、最佳燃烧带的 概念，掌握炉温控制、炉膛压力的控制方式与控制原理。 重点：重点掌握空燃比在炉温调控中的作用，以及双交叉限幅燃烧控制的工作原理、预测函 重点难点 数控制的特点。 难点：双交叉限幅燃烧控制的工作原理

1 内 蒙 古 科 技 大 学 教 案 材 料 与 冶 金 学 院 李 振 亮 课程名称：《材料成型控制工程基础》 （第 8 章，共 11 章） 编写时间：2010 年 8 月 31 日 授课章节 8.连续式加热炉生产过程自动控制 8.1 燃料与空气的比例控制 8.2 加热炉炉温控制 8.3 炉膛压力控制模型 8.4 连续式加热炉的集 散控制系统 目的要求 学习本章内容，了解加热炉计算机控制系统的组成与功能，掌握空气过剩率、最佳燃烧带的 概念，掌握炉温控制、炉膛压力的控制方式与控制原理。 重点难点 重点：重点掌握空燃比在炉温调控中的作用，以及双交叉限幅燃烧控制的工作原理、预测函 数控制的特点。 难点： 双交叉限幅燃烧控制的工作原理

8.连续式加热炉生产过程自动控制 典型的加热炉结构如图81所示。炉子沿炉长方向通常分为三段：预热段、加热段和 均热段。 钢还方向 烟气方向☐ 熟悉 预热段 加热段一 均热段 图8-1典型加热炉结构示意图 本章从加热炉的燃料控制、炉温控制、过程计算机系统三方面进行介绍。 3.1燃料与空气的比例控制 空气过列率是描述燃料流量与空气流量比例之间是否合适的重要参数。 :值定义为：入炉空气量与燃烧中实际空气用量4的比值，记作： 掌握 (8-1) 在燃烧过程中，空气过剩系数“的大小直接反映了加热炉的燃烧状况。 内蒙古科技大学教案

2 8.连续式加热炉生产过程自动控制 典型的加热炉结构如图 8-1 所示。炉子沿炉长方向通常分为三段：预热段、 加热段和 均热段。 图 8-1 典型加热炉结构示意图 本章从加热炉的燃料控制、炉温控制、过程计算机系统三方面进行介绍。 8.1 燃料与空气的比例控制 空气过剩率 μ 是描述燃料流量与空气流量比例之间是否合适的重要参数。 μ 值定义为：入炉空气量 At 与燃烧中实际空气用量 Ar 的比值，记作： r t A A  = （8-1） 在燃烧过程中，空气过剩系数 μ 的大小直接反映了加热炉的燃烧状况。 熟悉 掌握 内 蒙 古 科 技 大 学 教 案

82加热炉炉温控制 8.2.1炉温控制原理 上节中讨论的把4值控制在（空气过有率区域（最住燃烧区）的空燃比控制系，就 包括在加热炉温度控制系统中。空燃比控制系统原理图见图84所示。 燃料设定（温度调节器输出） 燃料调节器]◆您料调节网 「燃料实测值 特子流量计 + 掌握 空气设定十 空燃比曲线 +公+空气调节器+空气调节阀 空气实测值 孔板 图84空燃比控制系统 8.2.2双交叉限幅燃烧控制方式 双交叉控制系统是以炉温调节为主回路，以煤气流量、空气流量为副回路的串级控制 系统，加上煤气流量调节器的高、低选择器以及空气流量调节器的高、低选择器组成的比 值调节系统。 空燃比逆击城. 重点掌握 图8-6双交叉限幅燃烧控制系统 在燃料流量控制回路中，温度调节器输出T。与空气流量实测值Ap(赋予负偏置：后) 同送入高选器HS(选择特性为高值通过)：高选器输出值再与空气流量实测值（赋予正 偏置后)一同送入低选器LS(选择特性为低值通过)。低选器输出值即为燃料流量调节 器的设定值F。上述a,a,as,a:的值均很小，一般取为燃料流量实测值和空气流量实 测值的1~3%且a=as>a1=41。 双交叉限幅燃烧控制系统不仅能在热负荷恒定的工况下保持适当的空燃比，而且在热 负荷变化的工况下，仍能保持适当的空燃比，不会因空气不足产生黑烟现象，也不会因空 气过量产生过氧燃烧现象。 内蒙古科技大学教案

3 8.2 加热炉炉温控制 8.2.1 炉温控制原理 上节中讨论的把 μ 值控制在低空气过剩率区域（最佳燃烧区）的空燃比控制系统，就 包括在加热炉温度控制系统中。空燃比控制系统原理图见图 8-4 所示。 图 8-4 空燃比控制系统 8.2.2 双交叉限幅燃烧控制方式 双交叉控制系统是以炉温调节为主回路，以煤气流量、空气流量为副回路的串级控制 系统，加上煤气流量调节器的高、低选择器以及空气流量调节器的高、低选择器组成的比 值调节系统。 图 8-6 双交叉限幅燃烧控制系统 在燃料流量控制回路中，温度调节器输出 To 与空气流量实测值 Ap（赋予负偏置 a3 后） 一同送入高选器 HS（选择特性为高值通过）；高选器输出值再与空气流量实测值（赋予正 偏置 a1 后）一同送入低选器 LS（选择特性为低值通过）。低选器输出值即为燃料流量调节 器的设定值 Fs。上述 a1，a2，a3，a4 的值均很小，一般取为燃料流量实测值和空气流量实 测值的 1~3%且 a2=a3>a1=a4。 双交叉限幅燃烧控制系统不仅能在热负荷恒定的工况下保持适当的空燃比，而且在热 负荷变化的工况下，仍能保持适当的空燃比，不会因空气不足产生黑烟现象，也不会因空 气过量产生过氧燃烧现象。 掌握 重点掌握 掌握 内 蒙 古 科 技 大 学 教 案

8.2.3回路基本报著、连锁等功能 83炉压力控制模型 了解 图87炉膛压力控制系统 将PFC与PID控制相结合组成新型预测函数控制器PFC-PID。PFC-PID控制策略可以兼顾各项性 能指标，消除了鲁棒性能与抗干扰性能互相矛盾的现象。其控制方块图如图8-9所示。 EGE(s) PFC +PID4⑧-+G2s) 了解 图8-9PFC-PID控制方框图P6 8.4连续式加热炉的集散控制系统 841控制系续的结构和功能 8.4,2过程控制仪表的结构和功能 8.43连续式加热炉集散控制系统实例

4 8.2.3 回路基本报警、连锁等功能 8.3 炉膛压力控制模型 图 8-7 炉膛压力控制系统 将 PFC 与 PID 控制相结合组成新型预测函数控制器 PFC-PID。PFC-PID 控制策略可以兼顾各项性 能指标，消除了鲁棒性能与抗干扰性能互相矛盾的现象。其控制方块图如图 8-9 所示。 图 8-9 PFC-PID 控制方框图[26] 8.4 连续式加热炉的集散控制系统 8.4.1 控制系统的结构和功能 8.4.2 过程控制仪表的结构和功能 8.4.3 连续式加热炉集散控制系统实例 了解 了解