張國棟

（凌源鋼鐵集團有限責任公司，遼寧朝陽122504）

【摘要】敘述了熱風爐燃燒系統優化的必要性、控制模型改造后效果、并著重對改造的內容、控制模型內容、操作顯示畫面進行了詳細的介紹。

【關鍵詞】熱風爐；控制模型；熱平衡；畫面

1   前言

熱風爐是鋼鐵冶煉過程中重要的熱交換裝置，為高爐提供規定溫度的熱風，能耗巨大，提高熱風風溫、降低能耗是熱風爐優化運行的重要指標，故提高其熱交換效率、實現對其合理操作，以保證燃燒過程煤氣流量最優和空燃比最優是十分重要的。而燒爐采用手動控制，煤氣流量空氣流量大小由人工憑經驗手動調節，風溫較低且波動較大，對熱風爐的壽命也有很大影響，并造成煤氣的浪費。采用先進的技術節約煤氣勢在必行。

2   凌鋼熱風爐概況

隨著熱風爐技術的發展，特別是燃燒控制模型技術成熟應用，實現了全自動燒爐，不僅提高風溫而且可以節約煤氣。因此采用熱風爐燃燒控制模型進行升級改造降耗增效的有效方法。凌鋼的1#、2#、3#、4# 投入燃燒控制數學模型后，節約煤氣達到6%，燒爐過程實現全自動。下面以4# 高爐為例介紹熱風爐燃燒控制模型改造。

凌鋼4# 高爐，爐容1080 m³，配置3 座熱風爐。改造前，燃料為單一高爐煤氣，通過各切斷閥和調節閥實現熱風爐燃燒、換爐及送風控制，高爐每天熱風爐燒爐用總的煤氣消耗量約：2 000 000 m³/d，沒有廢氣氧含量裝置，檢測儀表正常，控制閥門正常。熱風爐采用電儀一體化控制系統，一級（L1）系統由電氣、儀表控制系統組成基礎自動化級。PLC 采用ABControl logix 系列，以太網通訊。

3   熱風爐改造具體內容

改造如下：檢測設備廢氣氧分析儀采用氧化鋯分析儀；L1 系統軟件改造OPC 接口、數據統計畫面和一級畫面修改。L2 燃燒控制模型改造內容包括模型系統軟硬件；原控制系統中已經有完善的控制網絡設計，新增加設備采用原來網絡的備用端口。燃燒模型計算機安裝在主控制室，每個主控制室需要工業以太網電口1 個。PLC 利用備用I/O 點。

該系統利用京誠瑞達數學模型可以進行精確的熱平衡計算，熱風爐蓄熱量，可隨時反映爐子的熱狀態，為專家系統控制提供依據，使熱風爐隨時滿足高爐對風溫的要求。

專家系統可以滿足熱風爐非線性、大滯后、慢時變特性的復雜控制要求，在燃燒工作環境變化其特性也在不斷發生變化的情況下，達到比較精確的控制效果。

熱風爐燃燒模型系統包括：蓄熱模型、熱平衡模型、殘氧控制專家系統、拱頂溫度控制專家系統、廢氣溫度控制專家系統、煤氣平衡模型等。

燃燒控制模型的系統結構如圖1。

4   熱風爐改造后運行狀況

4.1   熱風爐改造后，模型系統軟件燒爐曲線趨勢圖如圖2。

圖2 中上部分指示虛線表示設定的燒爐時間，圖下部分標示的虛線表示根據當時廢氣溫度預測的趨勢。圖中還有本爐開始燒爐時刻、燃燒剩余時間和預計燒到時間。

4.2   熱風爐模型參數設定

參數設定如圖3，分公共部分參數和各熱風爐參數兩個部分。公共部分包括：殘氧量調整下限、殘氧量調整上限和殘氧量調整間隔。各熱風爐參數包括：煤氣初始設定值、空燃比初始設定值、目標拱頂溫度、設定燃燒時間、煤氣上下限、空燃比上下限、計算煤氣量和人工設定量、計算空燃比和人工設定空燃比等。

4.3   熱風爐模型操作畫面

友好的操作顯示畫面，功能齊全，如圖4、圖5所示。

4.4   歷史趨勢畫面

歷史數據畫面如圖6 所示，可以方便調用、查閱歷史數據。歷史數據畫面包括圖表顯示、數據隨動顯示、數據項選擇、熱風爐號選擇、時間選擇。用戶可根據需求查詢數據。

5   結束語

改造后，提高了系統的穩定性和控制精度。控制模型功能完善，可實現無人工干預全自動燒爐，燒爐過程平穩，減少勞動強度。控制精度提高，燒爐時間誤差±3 min 以內，熱風溫度±4 ℃以內。煙氣殘氧含量在合理范圍之內，減少了煤氣成分、壓力波動造成煤氣過剩或不足，煤氣燃燒更完全。改造后4# 高爐每天熱風爐燒爐用總的煤氣消耗量為1874000m3/d，節約煤氣量約6%以上。

[ 參 考 文 獻]

[1] 劉云彩，張宗民，楊天均. 人工智能高爐冶煉專家系統的開發[J].首鋼科技，1999,2.

[2] 蔡自興.人工智能控制[M]. 北京：化學工業出版社，2005.

[3] 馬竹梧，邱建平，李江. 鋼鐵工業自動化煉鐵卷[M]. 北京：冶金工業出版社，2000.