CN103499101A - 一种三元点火炉炉膛温度调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三元点火炉炉膛温度调节方法及装置，涉及烧结点火技术领域，所述方法包括以下步骤：S1：获取三元点火炉的当前状态参数及预设参数，所述预设参数包括：三元点火炉炉膛的预设目标温度；S2：根据所述当前状态参数及预设参数通过热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量；S3：根据计算出的煤气目标流量对所述三元点火炉上的煤气调节阀进行流量闭环控制，以实现对所述三元点火炉炉膛温度的调节。本发明通过热工数学模型来计算三元炉炉膛达到预设目标温度所需要通入的煤气目标流量，只需直接对煤气流量进行闭环控制，缩短了炉膛温度达到预设目标温度的响应时间，降低了滞后性。

Description

一种三元点火炉炉膛温度调节方法及装置

技术领域

本发明涉及烧结点火技术领域，特别涉及一种三元点火炉炉膛温度调节方法及装置。

背景技术

烧结工艺是冶炼技术中的重要环节，用于将不易冶炼的粉状混合原料或叫做混合料烧结为易于冶炼的烧结矿。点火是烧结工艺流程中一个非常重要的环节。烧结过程从混合料表层的固体燃料点火开始，混合好的烧结原料均匀分布到台车上以后，通过点火炉提供的高温带状火焰，将烧结原料表层加热到高于固体燃料的燃点并开始燃烧，再由抽风机抽风提供充分的氧量且促使烧结过程迅速向下进行。

烧结点火制度要求点火炉满足以下三个条件：

（1）有足够的点火温度和点火强度。

（2）适宜的高温保持时间。

（3）沿台车长度和宽度方向均匀点火。

点火质量的好坏将直接影响到烧结过程能否顺利进行以及烧结矿的强度。点火温度过低，表层烧结料积蓄的热量太少，不足以给下层创造充分燃烧的条件，无法使料层达到烧结强度，将产生大量的返矿。反之，点火温度过高或点火时间过长又会造成烧结料表层过熔影响气流通过，降低料层透气性，降低垂直烧结速度，从而导致生产率降低，同时使烧结矿的FeO含量升高，还原性能变坏。

另外，据统计，烧结厂的工序能耗占钢铁工业总能耗的10%左右，而烧结点火能耗占烧结工序能耗的7%-8%。因此，点火燃料的消耗还直接影响到烧结综合能耗的高低。

点火炉按照点火燃料的种类不同，可分为燃气式点火炉与燃油式点火炉。根据点火燃料种数的不同，可分为二元点火炉和三元点火炉。

专利公开号为：101984322A，专利名称为：一种烧结点火炉冷热风过渡时温度控制方法及***的专利公开了一种烧结点火炉助燃空气从启动时的冷风过渡为正常运行状态时热风的温度控制方法及***。该方法主要考虑了热电偶测温信号的滞后性以及助燃空气温度上升后，所需煤气量减少的问题。其控制方法是通过反复比对炉膛温度的检测值与设定值，来对煤气量进行调节，其实质仍为常规的闭环控制方法，存在阀门动作频繁、***响应时间长的问题。专利公开号为：201514580U，专利名称为：烧结机点火炉的复合控制装置的专利主要从硬件配置方面对烧结机点火炉的控制进行了阐述，提出了采用工业计算机，可编程逻辑控制器PLC，测温热电偶，以及安装在空煤气管道上的压力传感器、流量传感器和流量调节阀来对点火炉炉膛温度进行调节。专利公开号为：101739004A，专利名称为：烧结机点火炉的Fuzzy-PID复合控制***的专利，其基本控制原理为通过判断阀门开度与反馈阀门开度的差值大小，来选择采用Fuzzy控制策略还是PID控制策略。实际上也是通过调节燃料量及空气流量的比例来实现对点火温度的控制，也会存在阀门动作频繁、***响应滞后的问题。

对于三元点火炉，现有技术的三元点火炉在生产运行时，点火炉炉膛温度自动控制基本都是采用温度串级控制方式，即以炉膛温度为目标构成温度闭环控制方式，为主调节器；分别以两种煤气流量为目标构成流量闭环控制方式，为两个副调节器，主调节器的输出进行分配后作为两个副调节器的输出，如图1所示即为典型的三元点火炉炉膛温度串级控制原理框图。（所谓串级控制即前一个主调节器的输出作为后续副调节器的输入）。

分配器的作用是可以将两种煤气流量按比例分配，或固定其中一种调节另外一种，具体可由操作人员根据燃烧情况人工确定。

温度控制一般都是滞后较大且为非线性的控制，而流量控制通常反应较快。因此在点火炉温度控制中，调节器1的控制方式基本都采用PID控制，即Proportional比例，Integral积分，Differential微分控制方式。或采用Fuzzy控制结合PID的控制方式。

图1中内环调节器21、调节器22为流量变化时的调节，属精调，外环调节器1为温度变化时的调节，属粗调。该控制模式以炉膛温度T_sv为目标，热电偶检测的实际温度TI作为负反馈环节，两者进行比较得到偏差ΔE1，偏差ΔE1经过控制***中调节器1输出，经过分配器后作为两种煤气目标流量，两种煤气的目标流量分别与对应流量计检测的实际煤气流量比较得到对应偏差ΔE21、ΔE22，偏差分别经过控制***中调节器21、22输出作为煤气调节阀的开度控制信号，从而分别控制燃烧用煤气流量大小。

生产过程中当煤气压力波动或其它因素引起煤气流量波动时，对应流量调节器会及时执行调整输出重新改变煤气流量调节阀开度，保证目标流量的稳定；当流量调节反应不够及时而暂时失衡或因其它外部因素如烧结机速度变化、料层透气性变化等引起温度变化时，外环的温度调节器1会及时执行调整输出重新改变煤气目标流量，控制***反复调整，会尽可能快的达到新的稳态。对于煤气流量调节器21、22，采用传统的PI调节即可以很好的实现调节功能，但温度调节是个相对慢且比流量调节复杂的过程，因此调节器1无论采用PID调节器或模糊自适应调节器或其它的控制算法，调节器1均需通过多次比对炉膛温度测量值和设定值，不断改变煤气流量调节阀的开度，使得炉膛实际温度不断接近目标设定温度，一般情况调节阀门动作会比较频繁，炉膛温度达到设定温度***响应时间太长，滞后性太大。

空气流量需要根据煤气流量成一定比例调节，具体比例由煤气与空气反应确定，控制原理图如图2所示，空气流量闭环调节与煤气流量闭环调节完全一样，只是增加一个比例环节，即乘法器。当煤气目标流量F_sv21或F_sv22稳定时，空气目标流量F_sv3也会相应地稳定，空气煤气实际配比更加合理。

三元点火炉温度调节器的输出经流量分配后分别作为两个流量闭环控制的目标给定量，流量调节器的输出分别控制对应流量调节阀，从而改变煤气流量，达到温度控制的目的。

综上所述，目前点火炉温度调节方法均需通过多次比对炉膛温度测量值和设定值，通过PID调节阀或模糊控制等手段，不断改变煤气流量调节阀的开度，使得炉膛实际温度不断接近目标设定温度，但均会引起调节阀门频繁动作，炉膛温度达到设定温度的响应时间太长，滞后性太大，因此实际使用中为保持控制的稳定性，基本都是采用流量控制方式，即直接设定流量调节阀的目标流量，生产不稳定时需人工频繁调整煤气目标流量，从而增加操作人员的劳动强度，甚至会影响烧结矿的产量和质量。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何缩短炉膛温度达到设定目标温度的响应时间，以缩短滞后时间。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种三元点火炉炉膛温度调节方法，所述方法包括以下步骤：

S1：获取三元点火炉的当前状态参数及预设参数，所述预设参数包括：三元点火炉炉膛的预设目标温度；

S2：根据所述当前状态参数及预设参数通过热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量，所述热工数学模型为所述三元点火炉炉膛的预设目标温度与需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量的对应关系；

S3：根据计算出的煤气目标流量对所述三元点火炉上的煤气调节阀进行流量闭环控制，以实现对所述三元点火炉炉膛温度的调节。

其中，步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

对获得的当前状态参数进行预处理。

其中，所述预处理包括：滤波和平滑中的至少一种。

其中，所述状态参数包括：炉膛内的料层厚度H、炉膛所在处的环境温度T_环、第一煤气温度T_煤1、完全燃烧第一煤气所需的第一空气的温度T_空1、第二煤气温度T_煤2和完全燃烧第二煤气所需第二空气的温度T_空2，所述预设参数还包括：点火炉炉膛面积S_炉、烧结机台车底部至炉顶的高度为H₀、炉膛内烟气平均定压比热C_烟、点火炉热强度系数ε、第一煤气的低位发热值q_煤1、第二煤气的低位发热值q_煤2、标态时的基准温度T₀、第一空气和第一煤气比例系数k₁；第二空气和第二煤气的比例系数k2、第一煤气平均定压比热C_煤1、第二煤气平均定压比热C_煤2、第一空气的平均定压比热C_空1和第二空气的平均定压比热C_空2。

其中，所述热工数学模型为：

其中，F_煤1为第一煤气目标流量值；F_煤2为第二煤气目标流量值；T_炉为三元点火炉炉膛的预设目标温度。

其中，所述预设参数还包括：需固定的煤气标号和需固定的煤气的预设流量；

步骤S2中，计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量进一步包括：

根据接收的煤气标号判断是否固定第一煤气的流量，若是，则将所述第一煤气目标流量固定为所述预设流量，并通过所述热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第二煤气目标流量F_煤2，否则，将所述第二煤气目标流量固定为所述预设流量，并通过所述热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第一煤气目标流量F_煤1。

其中，所述当前状态参数还包括：所述三元点火炉炉膛的当前温度T；

步骤S2和S3之间还包括：

S201：判断是否满足炉膛温度处于稳定状态且炉膛的预设目标温度T_炉与当前温度T之差的绝对值不小于第一预设目标温度阈值，若是，则执行步骤S202，否则直接执行步骤S3，所述稳定状态为在预设时间内炉膛温度变化幅度小于第二预设目标温度阈值；

S202：根据所述煤气标号判断是否固定第一煤气的流量，若是，则通过微调热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第二煤气微调流量F_煤2′，并执行步骤S203；否则，通过微调热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第一煤气微调流量F_煤1′，并执行步骤S204；

S203：将所述第二煤气流量F_煤2和第二煤气微调流量F_煤2′的相加值作为计算出的煤气目标流量，并直接执行步骤S3；

S204：将所述第一煤气流量F_煤1和第一煤气微调流量F_煤1′的相加值作为计算出的煤气目标流量，并直接执行步骤S3。

其中，计算所述第二煤气微调流量F_煤2′时，微调热工数学模型为：

计算所述第一煤气微调流量F_煤1′时，微调热工数学模型为：

其中，所述预设时间的取值范围为1～4分钟，所述第二预设目标温度阈值的取值范围为0.5～5℃。

本发明还公开了一种三元点火炉炉膛温度调节装置，所述装置包括：

参数获取模块，用于获取三元点火炉的当前状态参数及预设参数，所述预设参数包括：三元点火炉炉膛的预设目标温度；

目标流量计算模块，用于根据所述当前状态参数及预设参数通过热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量，所述热工数学模型为所述三元点火炉炉膛的预设目标温度与需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量的对应关系；

闭环控制模块，用于根据计算出的煤气目标流量对所述三元点火炉上的煤气调节阀进行流量闭环控制，以实现对所述三元点火炉炉膛温度的调节。

（三）有益效果

本发明通过热工数学模型来计算三元炉炉膛达到预设目标温度所需要通入的煤气目标流量，只需直接对煤气流量进行闭环控制，缩短了炉膛温度达到预设目标温度的响应时间，降低了滞后性。

附图说明

图1是现有技术的三元点火炉炉膛温度控制原理框图；

图2是现有技术中空气流量自动控制原理框图；

图3是本发明一种实施方式的三元点火炉炉膛温度调节方法的流程图；

图4是本发明一种实施例的三元点火炉炉膛温度调节方法的流程图；

图5是图4所示的调节方法对应的控制原理框图；

图6是本发明一种实施方式的三元点火炉炉膛温度调节装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图3是本发明一种实施方式的三元点火炉炉膛温度调节方法的流程图；参照图1，所述方法包括以下步骤：

S1：获取三元点火炉的当前状态参数及预设参数，所述预设参数包括：三元点火炉炉膛的预设目标温度；

S2：根据所述当前状态参数及预设参数通过热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量，所述热工数学模型为所述三元点火炉炉膛的预设目标温度与需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量的对应关系；

S3：根据计算出的煤气目标流量对所述三元点火炉上的煤气调节阀进行流量闭环控制，以实现对所述三元点火炉炉膛温度的调节。

本实施方式通过热工数学模型来计算三元炉炉膛达到预设目标温度所需要通入的煤气目标流量，只需直接对煤气流量进行闭环控制，缩短了炉膛温度达到设定目标温度的响应时间，降低了滞后性；计算需要通入的煤气目标流量后，直接控制煤气调节阀开度，通过该方式使计算的目标煤气流量一段时间内稳定，不致于频繁波动，从而造成煤气流量闭环控制的目标给定量波动频繁，致使***振荡。

为减小状态参数的数据波动及异常数据的影响，优选地，步骤S1和S2之间还包括以下步骤：对获得的当前状态参数进行预处理。

为保证预处理的效果，优选地，所述预处理包括：滤波和平滑中的至少一种。

为保证热工数学模型的计算精确度，本实施方式中，优选地，所述状态参数包括：炉膛内的料层厚度H、炉膛所在处的环境温度T_环、第一煤气温度T_煤1、完全燃烧第一煤气所需的第一空气的温度T_空1、第二煤气温度T_煤2和完全燃烧第二煤气所需第二空气的温度T_空2，所述预设参数还包括：点火炉炉膛面积S_炉、烧结机台车底部至炉顶的高度为H₀、炉膛内烟气平均定压比热C_烟、点火炉热强度系数ε、第一煤气的低位发热值q_煤1、第二煤气的低位发热值q_煤2、标态时的基准温度T₀、第一空气和第一煤气比例系数k₁；第二空气和第二煤气的比例系数k2、第一煤气平均定压比热C_煤1、第二煤气平均定压比热C_煤2、第一空气的平均定压比热C_空1和第二空气的平均定压比热C_空2。

根据热工数学推导，优选地，所述热工数学模型为：

其中，F_煤1为第一煤气目标流量值；F_煤2为第二煤气目标流量值；T_炉为三元点火炉炉膛的预设目标温度。

上述热工数学推导过程为：首先，根据点火炉的设计经验，点火炉单位时间内需要供入的热量可以用下式表示，

Q_供＝V_炉×(T_炉-T_环)×C_烟×ε    （1）

其中，V_炉为点火炉炉膛空间体积，单位为m³，对于某一既定点火炉，该参数会随着烧结机台车上的料层高度的变化有微小的变化；V_炉＝S_炉*（H₀-H），其中S_炉为常量，表示点火炉炉膛面积，单位为m²；H₀为定值，表示烧结机台车底部至炉顶的高度，单位为m，H为台车上料层高度，单位为m，可通过烧结机头部料位检测装置获得；T_炉为炉膛要控制的预设目标温度，单位为℃，由操作人员根据需要设定；T_环为炉膛所在处环境温度，单位为℃，可通过检测手段获知；C_烟为常量，表示炉膛内烟气平均定压比热，单位为kJ/(m³·℃)；ε为热强度系数，对某一既定点火炉，该参数也是一个常量；Q_供为单位时间内炉膛内的温度达到预设目标温度需要供入的热量，该热量与台车上物料升温、周围散热、主抽风机抽风烟气带走的热量等支出热量形成热平衡，单位时间内消耗的热量基本与燃气燃烧带来的热量相等，因此供热需要连续进行。

其次，设Q_供＝Q_空+Q_煤+Q_化，Q_供为单位时间内供入点火炉炉膛内的热量，单位为kJ/h。其包括空气带入的物理热Q_空，煤气带入的物理热Q_煤和煤气带入的化学反应热Q_化。三元点火炉除空气介质外，一般点火炉燃料可由第一煤气与第二煤气构成，故Q_供＝Q_供1+Q_供2，以标准状态（101325Pa，273.15K）为热计算的基准点，可得到如下计算式：

Q_空1＝^C _空1×F_空1×(T_空1-T₀）    （2）

Q_煤1＝C_煤1×F_煤1×(T_煤1-T₀)    （3）

Q_化1＝F_煤1×q_煤1    （4）

其中，Q_空1为完全燃烧第一煤气所需的空气带入的物理热，单位为kJ/h；Q_煤1为第一煤气带入的物理热，单位为kJ/h；Q_化1为第一煤气带入的化学反应热，单位为kJ/h；C_空1和C_煤1分别为第一空气和煤气的平均定压比热，单位为kJ/(m³·K)，可查技术手册获知；F_空1和F_煤1分别为第一空气和第一煤气的实际流量，m³/h，也可以作为目标流量调节值，其中空气流量与煤气流量的关系为F_空1＝k×F_煤1，k为空气煤气比例系数，由燃料特性确定；T_空1和T_煤1分别为第一空气和第一煤气进入三元点火炉炉膛的温度，单位均为K，通过检测手段获知；T₀为常量，表示标态时的基准温度，即0℃。q_煤1为第一煤气的低位发热值，kJ/m³，通过检测手段获知。

由于点火炉实际运行中，一般会保证空气量略为过量，因此化学反应热按煤气量计算比较合适，通过式（2）、（3）和（4）则可得：

同理可得

联立式5与式6，可得

最后，联立式1与式7，取点火炉炉膛目标温度T_炉为自变量，煤气流量值F_煤1为因变量，则可得热工数学模型为：

由于同时调整两种煤气的流量会使***出现不稳定性，故而本实施方式中，采用固定一种煤气，调整另一种煤气的方式，这样可减少***的不稳定性，达到目标温度的调节时间会更短，并且可以减少阀门的动作次数，另外，由于两种煤气中一般会有一种是充裕或廉价的，为节约成本，优选地，所述预设参数还包括：接收需固定流量的煤气标号（用于区分第一煤气和第二煤气）和需固定的煤气的预设流量；

步骤S2中，计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量进一步包括：

根据接收的煤气标号判断是否固定第一煤气的流量，若是，则将所述第一煤气目标流量固定为所述预设流量（即将所述预设流量作为所述第一煤气目标流量），并通过所述热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第二煤气流量F_煤2，否则，将所述第二煤气目标流量固定为所述预设流量（即将所述预设流量作为所述第二煤气目标流量），并通过所述热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第一煤气流量F_煤1。

固定第二煤气的目标流量，计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第一煤气流量F_煤1时，通过以下式（8）计算，

固定第一煤气的目标流量，计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第二煤气流量F_煤2时，通过以下式（9）计算，

对于特定点火炉，式（8）、（9）中除三元点火炉预设目标温度T_炉与台车上料层厚度H为实时变化外，T_煤、T_空、T_环虽然为实时采集数据但在一定时间内变化较小，其它都属于常量，可简单认为这些数据不变，则式（8）（9）均为一次曲线函数。

由式（8）可知，固定第二煤气目标流量F_煤2，第一煤气目标流量值F_煤1与三元点火炉炉膛温度T_炉成一次线性关系；由式（9）可知，固定第一煤气的目标流量F_煤1，第二煤气目标流量值F_煤2与三元点火炉炉膛预设目标温度T_炉成一次线性关系。

由于点火炉实际运行过程中，因为外部诸多因素，如三元点火炉内台车上混合料的透气性、主抽风机抽风风量、台车速度等的影响，会导致预设目标温度与实际炉膛温度之差的绝对值处于允许控制误差范围之外，优选地，所述当前状态参数还包括：所述三元点火炉炉膛的当前温度T；

步骤S2和S3之间还包括：

S201：判断是否满足炉膛温度处于稳定状态且炉膛的预设目标温度T_炉与当前温度T之差的绝对值不小于第一预设目标温度阈值，若是，则执行步骤S202，否则直接执行步骤S3，所述稳定状态为在预设时间内炉膛温度变化幅度小于第二预设目标温度阈值；

S202：根据所述煤气标号判断是否固定第一煤气的流量，若是，则通过微调热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第二煤气微调流量F_煤2′，并执行步骤S203；否则，通过微调热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第一煤气微调流量F_煤1′，并执行步骤S204；

S203：将所述第二煤气流量F_煤2和第二煤气微调流量F_煤2′的相加值作为计算出的煤气目标流量，并直接执行步骤S3；

S204：将所述第一煤气流量F_煤1和第一煤气微调流量F_煤1′的相加值作为计算出的煤气目标流量，并直接执行步骤S3。

根据热工数学模型的理论知识，优选地，计算所述第一煤气微调流量F_煤1′时，微调热工数学模型按下式（10）计算：

计算所述第二煤气微调流量F_煤2′时，微调热工数学模型按下式（11）计算：

本实施方式中，优选地，所述预设时间的取值范围为1～4分钟，如取值为2分钟；所述第二预设目标温度阈值的取值范围为0.5～5℃，如取值为1℃，取值越小，表明对控制精度的要求越高。

实施例

下面以一个具体的实施例来说明本发明，但不限定本发明的保护范围。参照图4，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤101：程序计算开始。

步骤102：读取相关预设参数，所述预设参数包括：预设目标温度T_炉，炉膛面积S_炉，台车底部至炉顶的高度H₀，炉膛内烟气平均定压比热C_烟，煤气平均定压比热C_煤1和C_煤2，空气平均定压比热C_空1和C_空2，煤气的低位发热值q_煤1和q_煤2，点火炉热强度系数ε，空气煤气比例系数k₁和k₂，需固定的煤气标号和需固定的煤气的预设流量（固定第一煤气时为F_煤1，固定第二煤气时为F_煤2）。其中，T_炉、k₁、k₂和F_煤1（或F_煤2）由操作人员根据需要设定，不同于其它常量的是这几个参数可能根据不同的工况会有调整，因此均可以作为常量。

步骤103：读取当前状态参数值，所述状态参数包括：炉膛内的料层厚度H、炉膛温度T、空气温度T_空1、T_空2、煤气温度T_煤1、T_煤2，环境温度T_环。

步骤104：对当前状态参数进行预处理。对于实时检测的变量，为减少波动及异常数据的影响，需对数据作滤波、平滑处理操作。

步骤105：根据所述煤气标号判断是否选择固定第一煤气的流量。

步骤106：若判断结果为是，则将所述预设流量作为所述第一煤气目标流量，并按照式（9）计算需要通入的第二煤气流量F_煤2，并执行步骤108。

步骤107：若判断结果为否，则将所述预设流量作为所述第二煤气目标流量，并按照式（8）计算需要通入的第一煤气流量F_煤1，并执行步骤108。

步骤108：判断是否需要启用微调数学模型计算微调煤气流量。判断方法为：炉膛温度T已稳定且炉膛的预设目标温度T_炉与当前温度T之差的绝对值不小于第一预设目标温度阈值；若为否，则执行步骤109，若为是则执行步骤112。

步骤109：根据所述煤气标号判断是否选择固定第一煤气的流量，若为是执行步骤110，否则执行步骤111。

步骤110：输出F_煤2作为第二煤气的调节器的目标输入，进行第二煤气的流量闭环调节，完成后程序结束。

步骤111：输出F_煤1作为第一煤气的调节器的目标输入，进行第一煤气的流量闭环调节，完成后程序结束。

步骤112：根据所述煤气标号判断是否选择固定第一煤气的流量，若为是执行步骤113，否则执行步骤115。

步骤113：按照式（11）计算F_煤2′。

步骤114：输出F_煤2+F_煤2′作为第二煤气的调节器的目标输入，进行第二煤气的流量闭环调节，完成后程序结束。

步骤115：按照式（10）计算F_煤1′。

步骤116：输出F_煤1+F_煤1′作为第一煤气的调节器的目标输入，进行第一煤气的流量闭环调节，完成后程序结束。

本实施例的点火炉炉膛温度调节方法，在煤气（第一煤气或第二煤气）目标流量确定后，即完成煤气流量闭环控制，该闭环控制在实际运行中一般可在几秒钟的短时间内由前一稳态进入新的稳态，从而达到响应的快速性。此时煤气流量调节阀即可稳定到一个新的开度，图5为煤气流量调节的闭环控制框图。本实施例的空气流量调节原理与图2相同。

本实施例在点火炉炉膛温度调节方法中引入的热工数学模型，能够为煤气流量调节阀门开度的调整幅度提供准确快速的指导依据，采用本实施例的方法后，生产工况下进行较大幅度点火温度调节时，调节周期可较原有手段缩短近一半，阀门动作次数减少近一半，不但加快了调节速度，而且有效延长了阀门执行机构的寿命；

本实施例很好地解决了温度调节方法的三项要求“稳、准、快”的相互制约问题，即：

（1）阀门动作频率降低，使控制***更稳定。

（2）根据煤气热值、炉膛实际温度情况结合热工数学模型直接计算所需煤气量，使准确性更高。

（3）直接通过热工计算所需煤气量相比传统温度PID控制模式所需时间更短，使控制***从一种稳态达到新的稳态响应速度更快。

（4）将传统的PID温度调节器改为类似自适应调节器的模式，使***结构更简单，但更适用。

（5）当煤气流量调节达到“稳、准、快”的要求时，空气因为与煤气只增加了一个比例环节，因此空气流量调节也可以更好地满足实际生产要求。

稳：针对闭环***，当参数匹配不当时，会引起振荡。

准：调节过程结束后输出量与给定量之间的偏差越小越好。

快：当***输出量与输入量之间产生偏差时，消除这种偏差的快速程度。

因稳准快是相互制约的，故被控对象不同，各种温度调节方法对稳准快有所侧重。快速性好，可能引起振荡，或超调，控制精度变差。

本发明还公开了一种三元点火炉炉膛温度调节装置，参照图6，所述装置包括：

参数获取模块，用于获取三元点火炉的当前状态参数及预设参数，所述预设参数包括：三元点火炉炉膛的预设目标温度；

目标流量计算模块，用于根据所述当前状态参数及预设参数通过热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量，所述热工数学模型为所述三元点火炉炉膛的预设目标温度与需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量的对应关系；

闭环控制模块，用于根据计算出的煤气目标流量对所述三元点火炉上的煤气调节阀进行流量闭环控制，以实现对所述三元点火炉炉膛温度的调节。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种三元点火炉炉膛温度调节方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：获取三元点火炉的当前状态参数及预设参数，所述预设参数包括：三元点火炉炉膛的预设目标温度；

S2：根据所述当前状态参数及预设参数通过热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量，所述热工数学模型为所述三元点火炉炉膛的预设目标温度与需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量的对应关系；

S3：根据计算出的煤气目标流量对所述三元点火炉上的煤气调节阀进行流量闭环控制，以实现对所述三元点火炉炉膛温度的调节。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

对获得的当前状态参数进行预处理。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预处理包括：滤波和平滑中的至少一种。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态参数包括：炉膛内的料层厚度H、炉膛所在处的环境温度T_环、第一煤气温度T_煤1、完全燃烧第一煤气所需的第一空气的温度T_空1、第二煤气温度T_煤2和完全燃烧第二煤气所需第二空气的温度T_空2，所述预设参数还包括：点火炉炉膛面积S_炉、烧结机台车底部至炉顶的高度为H₀、炉膛内烟气平均定压比热C_烟、点火炉热强度系数ε、第一煤气的低位发热值q_煤1、第二煤气的低位发热值q_煤2、标态时的基准温度T₀、第一空气和第一煤气比例系数k₁；第二空气和第二煤气的比例系数k₂、第一煤气平均定压比热C_煤1、第二煤气平均定压比热C_煤2、第一空气的平均定压比热C_空1和第二空气的平均定压比热C_空2。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热工数学模型为：

其中，F_煤1为第一煤气目标流量值；F_煤2为第二煤气目标流量值；T_炉为三元点火炉炉膛的预设目标温度。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设参数还包括：需固定的煤气标号和需固定的煤气的预设流量；

步骤S2中，计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量进一步包括：

根据接收的煤气标号判断是否固定第一煤气的流量，若是，则将所述第一煤气目标流量固定为所述预设流量，并通过所述热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第二煤气目标流量F_煤2，否则，将所述第二煤气目标流量固定为所述预设流量，并通过所述热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第一煤气目标流量F_煤1。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当前状态参数还包括：所述三元点火炉炉膛的当前温度T；

步骤S2和S3之间还包括：

S201：判断是否满足炉膛温度处于稳定状态且炉膛的预设目标温度T_炉与当前温度T之差的绝对值不小于第一预设目标温度阈值，若是，则执行步骤S202，否则直接执行步骤S3，所述稳定状态为在预设时间内炉膛温度变化幅度小于第二预设目标温度阈值；

S202：根据所述煤气标号判断是否固定第一煤气的流量，若是，则通过微调热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第二煤气微调流量F_煤2′，并执行步骤S203；否则，通过微调热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的第一煤气微调流量F_煤1′，并执行步骤S204；

S203：将所述第二煤气流量F_煤2和第二煤气微调流量F_煤2′的相加值作为计算出的煤气目标流量，并直接执行步骤S3；

S204：将所述第一煤气流量F_煤1和第一煤气微调流量F_煤1′的相加值作为计算出的煤气目标流量，并直接执行步骤S3。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，计算所述第二煤气微调流量F_煤2′时，微调热工数学模型为：

计算所述第一煤气微调流量F_煤1′时，微调热工数学模型为：

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述预设时间的取值范围为1～4分钟，所述第二预设目标温度阈值的取值范围为0.5～5℃。

10.一种三元点火炉炉膛温度调节装置，其特征在于，所述装置包括：

参数获取模块，用于获取三元点火炉的当前状态参数及预设参数，所述预设参数包括：三元点火炉炉膛的预设目标温度；

目标流量计算模块，用于根据所述当前状态参数及预设参数通过热工数学模型计算需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量，所述热工数学模型为所述三元点火炉炉膛的预设目标温度与需要通入所述三元点火炉炉膛内的煤气目标流量的对应关系；

闭环控制模块，用于根据计算出的煤气目标流量对所述三元点火炉上的煤气调节阀进行流量闭环控制，以实现对所述三元点火炉炉膛温度的调节。

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