T/CISA 203-2022
钢铁行业 加热炉智能燃烧控制系统技术要求

Technical requirements for intelligent combustion control system of heating furnace in iron and steel industry

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标准号

T/CISA 203-2022

发布

2022年

发布单位

中国团体标准

当前最新

T/CISA 203-2022

 

 

适用范围

5　系统架构和基本要求 5.1　系统架构 系统架构见图1。 图1 加热炉智能燃烧控制系统架构图 5.2　基本要求 5.2.1　检测仪表 检测仪表类型和精度应能准确反映加热炉的炉况及其控制系统的效果，检测对象应包括各段炉气温度、入口坯料温度、各段炉气残氧含量、燃气成分、燃气热值、燃气压力等。 5.2.2　数据采集 数据采集应能融合多种协议，支持国内外主流自动化系统协议，采集数据应包括坯料库管数据、连铸来料数据、坯料计划数据，坯料跟踪数据、检测仪表数据、炉后生产数据等。 5.2.3　外部通讯 加热炉智能燃烧系统与外部系统的通讯应能兼容协议和数据交换格式的异构，实现加热炉所有相关系统和设备的通讯。 5.2.4　数据存储 加热炉智能燃烧系统应包含多种数据存储方式，以满足不同的应用场景，常用的数据存储方式有：开放式数据库、内存映像文件、硬盘压缩文件、XML文件、ini文件、excel文件等。 6　加热炉智能燃烧系统功能组成 6.1　基于炉温温差知识库的L1级炉温闭环控制 L1级应根据L2级或人工设定的各炉段目标炉气温度，基于炉温温差的知识决策库，实时感知各段炉况、工况，自动调节空气、燃气阀门来控制空燃气流量，使热电偶的实测值快速稳定在目标温度误差范围内，并避免振荡和超调的现象。 6.2　基于炉压判别知识库的炉压自动控制 炉压自动控制应实现炉头出钢口微正压和炉尾进钢口零压的炉压制度，包括沿炉长和炉高上的压力分布，允许偶尔小量溢气时微微吸风。应动态感知生产状态，采用炉压判别知识库进行炉压自动控制。 注：生产状态是指空炉->开装->半炉->满炉，开轧->慢连续->快连续->故障->渐空。 6.3　基于运行参数深度挖掘的空燃比自动控制 空燃比自动控制应满足一定的炉温制度下，合理设定优化各炉段空燃比，减少烟气排散的热损耗，以提高燃烧效率和加热品质；同时，应合理优化空燃比调节炉气含氧量，减少坯料氧化烧损。应采集各段燃气/空气流量、压力、阀门开度、残氧量等运行相关参数，深度挖掘空燃比优化的强相关性参数，并对燃气和空气阀门的特性曲线进行自适应修正，以实现空燃比的优化控制。 6.4　烟温自动控制     烟温自动控制应能够根据加热炉负荷情况，自动调整烟气排放量。为增加烟气的利用率，在不同工况下，自动优化烟气温度控制点，有效协调烟气温度本身和炉压的大小。 6.5　基于最优模型偏差的坯料温度预报功能 坯料温度预报功能应能根据坯料在炉内的位置，实时计算坯料温度场，建模时还需要考虑水冷梁的热传导和遮蔽作用。采用数据挖掘技术，将有限组实测数据和模型参数的不确定性描述为一个随机过程，建立响应曲面，拓展动态响应的验证度量，得到不确定条件下的最优模型偏差以优化模型，提高模型精度。应具备下列功能： a）坯料导热模型。建立计算域截面非稳态导热模型，重点考察坯料截面相关方向温度变化和水冷梁导热及遮蔽作用造成的温度不均匀，如黑印等； b）炉膛传热模型。对炉内气体流动和辐射换热等耦合因素作用的结果进行描述； c）氧化模型。通过坯料温度及氧化速率对氧化烧损进行估算，作为炉温优化控制的目标项； d）黑匣子测试。在坯料不同位置内置热电偶来测试坯料及炉气温度的实验，用来修正坯料温度预报模型传热系数。 6.6　自动感知炉况工况的炉温智能优化功能 6.6.1　炉温智能优化实现 炉温智能优化功能应综合考虑坯料加热质量、各炉段允许的升温速率范围、各炉段目标温度范围、炉温的上下限、生产节奏和运行能耗等因素动态优化炉温设定值。同时对加热炉运行参数的大数据进行智能分析，形成炉温智能优化知识库，具备自动感知品规及炉况工况变化进行炉温优化设定的能力。 注：坯料加热质量是指出炉目标温度偏差和断面温差 6.6.2　坯料最佳升温曲线模型 坯料最佳升温曲线模型应将各区段的炉温作为优化目标温度，拟合各段炉温后，获得满足坯料生产目标的理想炉温曲线。基于各品规的历史生产数据，结合多种智能算法，对知识库的历史数据进行运算，构建各品规的最佳升温曲线。 6.6.3　必要炉温模型 必要炉温模型应根据坯料最佳升温曲线，综合坯料预报温度，确定每块坯料加热到各段出口目标温度所必要的炉温。 6.6.4　综合炉温设定模型 综合炉温设定模型应根据各段每块坯料的的位置，结合钢种、位置权值、空位布局、目标温度、当前温度和预测出段温度等情况，对不同板坯的加热制度进行权值设定，计算该段综合的加热制度，自动调节炉温。基于加热炉生产运行参数，形成炉温相关性知识图谱，对炉况工况进行智能感知，以识别混装工况、预测生产节奏及对工况进行预控等来动态优化炉温设定。 6.6.5　延时炉温设定模型 延迟炉温设定模型应能在待轧、待热、故障和休炉时，合理分配剩余在炉时间，重新计算必要炉温，确保坯料出炉温度和加热质量满足轧制要求。 6.6.6　加热策略工艺模型 加热策略工艺模型应根据坯料跟踪信息，由智能工况感知模块判断当前加热炉工况类型，基于大数据形成的智能燃烧专家系统策略库，检索匹配的策略代号，结合炉后反馈的坯料温度、待轧、节奏调整等信息，通过智能推理，对各炉段内不同坯料的加热权重进行智能设定，建立各段相应的热工制度。 6.7　坯料加热质量评价功能 坯料加热质量评价应对坯料温度、位置、工况、设备等海量的同时空大数据进行实时分析，以分析加热质量与升温曲线、设备以及工况的关系。评价指标主要有坯料温度的均匀性、坯料温度控制的准确性、坯料过烧问题等。 6.8　加热炉能效评价功能 加热炉能效评价应依据加热炉热平衡测试数据、坯温黑匣子跟踪测试数据以及实时计算的加热炉热效率数据，形成加热炉能耗与生产率、钢种、规格、燃料状况及其他炉况等参数的知识库，建立客观评价加热炉能耗水平及节能改造效果的加热炉能效评价体系。 注：热效率是指钢坯所吸收的热量占供入炉内的燃料化学热及其他热源供热之和的百分数。 7　加热炉智能燃烧控制系统性能要求 7.1 加热能力 在L1级/L2级炉温自动控制模式下，各品规产量应满足产线标准产量要求。 7.2 燃料单耗 应采用指定时间内抽出坯料重量计算出加热能力，用该时间内消耗的燃料用量，计算燃料单耗，单耗应满足产线要求。 7.3 氧化烧损 应对出炉坯料经高压水除去的氧化铁皮进行称重或根据公式（1）进行计算。             …………(1) 式中：  —入炉前坯料重量，单位为吨（t）； —成品重量，单位为吨（t）。 氧化烧损指标应满足产线的要求。 7.4 断面温差 应以黑匣子测试中埋偶点所测温度为准，断面温差应满足产线要求。 7.5 坯料长度方向均匀性 应采用能客观反馈加热质量的温度，如热轧粗轧后温度。将坯料分为头中尾三个区域，分别取平均，三者的温差应满足产线要求。 7.6 全加热过程温度预报模型精度 黑匣子测量温度(平均温度)与模型计算(平均温度)全加热过程曲线偏差应满足产线要求。 7.7 出炉平均温度温度预报模型精度 黑匣子测量出炉平均温度与模型计算平均温度偏差应满足产线要求； 7.8 炉温智能控制比率 各段炉温采用智能模型设定，无需人工干预。炉温智能控制比率应满足产线要求。 7.9 智能燃烧控制系统功能投用率 本文件第 6 章所规定的功能应全部投用，投用率应满足产线要求。 7.10 智能燃烧控制系统运行率     运行率须满足产线要求；应根据公式（2）进行计算。          …………(2) 式中：     ：运行率； ：设备正常运行时间，单位为分钟（min）； ：设备非正常运行时间，即之和，单位为分钟（min）；     ：设备故障发生和修理时间，单位为分钟（min）；     ：等待修理时间，单位为分钟（min）；     ：非本设备故障引起的本系统不能正常运行的时间，如能源介质达不到设备正常运行所需的要求，单位为分钟（min）。 7.11 智能燃烧控制系统负荷率 指定时间内CPU的平均负荷应满足产线要求。 7.12 HMI的响应和切换时间 数据库相关的查询应不计入时间。HMI的响应和切换时间应满足产线的要求。 注：HMI响应时间是指选择n个常用操作画面，点击后由秒表计每个事件的响应时间，测试m次画面操作的平均响应时间；HMI切换时间是指选择n个常用操作画面，测试m次画面切换操作的平均响应时间。 8　加热炉智能燃烧控制系统试验方法 系统应安装部署于产线，各功能应经现场调试后稳定在线运行。应使用生产数据进行精度统计，期间产线的作业率应低于全年月均产量。应使用黑匣子测试来验证温度预报模型精度并修正其系数。 9　加热炉智能燃烧控制系统检验规则 加热炉智能燃烧控制系统检验规则应符合以下要求： a）加热炉设备状态良好，无故障； b）生产连续，单次停炉待温时间低于产线要求，单炉小时产量满足产线小时标准产量； c）长期稳定生产，其中待温时间应低于产线要求； d）燃气热值和压力波动范围满足产线要求； e）生产计划为常用品规，无特殊或工艺实验坯。 10　加热炉智能燃烧控制系统安装设置 加热炉智能燃烧控制系统安装设置应符合以下要求： a）加热炉智能燃烧控制系统部署于通用的PC服务器，基于Windows或Linux系统； b）加热炉智能燃烧控制系统的控制功能部分部署于至少1台服务器； c）加热炉智能燃烧控制系统的数据存储部分部署于至少1台服务器； d）HMI部署于通用的PC机，基于Windows系统。 11　加热炉智能燃烧控制系统验收 加热炉智能燃烧控制系统验收应在本文件第8章规定的检验规则下，采用本文件第9章规定的实验方法，对系统性能进行逐一验证并满足产线要求。 12　加热炉智能燃烧控制系统运行与维护 加热炉智能燃烧控制系统运行与维护应符合以下要求： a）加热炉智能燃烧控制系统须实时在线稳定运行； b）定期对服务器及HMI终端等硬件进行清理，确保其运行正常； c）定期检查网络，排除隐患，确保网络稳定通畅； d）定期检查所有测量仪表及设备，确保其工作正常，如热电偶、入炉高温计、调节阀、流量计、风机、炉门、辊道等； e）定期对生产数据进行备份，并清理在线数据。

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