基于PCS的加热炉控制系统设计

李钦柯 涂 玲 郑金吾

(中国石油大学信息与控制工程学院，山东 青岛 266580)

加热炉是石油、化工及冶金等行业中重要的加热设备，其任务是将物料加热到工艺要求的温度，在保证质量、产量稳定的前提下，尽量提高热效率、减少有害气体排放[1]。加热炉的工作状态将直接影响后序的工艺操作。

加热炉具有时变、非线性、强耦合及大惯性等特点。炉内热交换情况非常复杂，除有关辐射、对流和传导的机理外，还有压力、各段之间相互影响等很多不确定因素[2]。笔者根据加热炉的工艺流程，通过分析其对象特性，并考虑节能减排的目标，设计了一套加热炉自动控制系统方案，包括物料入口流量控制系统、烟气含氧量控制系统、炉膛压力控制系统和物料出口温度控制系统。

1 控制方案设计①

1.1 物料入口流量控制系统

被加热物料的入口流量对最终产品的温度有很大的影响，由于流量调节通道时间常数较小，响应较快，因此采用单回路控制即可满足控制要求。在流量控制回路中，流量控制器的选用比例积分(PI)控制器，控制回路如图1所示。

图1 物料流量单回路控制框图

1.2 烟气含氧量控制系统

烟气含氧量控制系统的主要目的是保证充分燃烧，使加热炉燃烧状况正常、平稳，释放的有害气体最少。同时，为防止过剩空气带走过多的热量，空气剩余量也不能太大[3]。

加热炉控制系统中装有在线分析检测仪表检测烟气的含氧量。燃烧的实际状况可以从加热炉的烟道气氧含量判断，在燃烧过程中，燃烧越充分，在烟气中含有的氧气量越少。……