張國(guó)棟
（凌源鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧朝陽(yáng)122504）
【摘要】敘述了熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化的必要性、控制模型改造后效果、并著重對(duì)改造的內(nèi)容、控制模型內(nèi)容、操作顯示畫(huà)面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。
【關(guān)鍵詞】熱風(fēng)爐；控制模型；熱平衡；畫(huà)面
1 前言
熱風(fēng)爐是鋼鐵冶煉過(guò)程中重要的熱交換裝置，為高爐提供規(guī)定溫度的熱風(fēng)，能耗巨大，提高熱風(fēng)風(fēng)溫、降低能耗是熱風(fēng)爐優(yōu)化運(yùn)行的重要指標(biāo)，故提高其熱交換效率、實(shí)現(xiàn)對(duì)其合理操作，以保證燃燒過(guò)程煤氣流量最優(yōu)和空燃比最優(yōu)是十分重要的。而燒爐采用手動(dòng)控制，煤氣流量空氣流量大小由人工憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)，風(fēng)溫較低且波動(dòng)較大，對(duì)熱風(fēng)爐的壽命也有很大影響，并造成煤氣的浪費(fèi)。采用先進(jìn)的技術(shù)節(jié)約煤氣勢(shì)在必行。
2 凌鋼熱風(fēng)爐概況
隨著熱風(fēng)爐技術(shù)的發(fā)展，特別是燃燒控制模型技術(shù)成熟應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)燒爐，不僅提高風(fēng)溫而且可以節(jié)約煤氣。因此采用熱風(fēng)爐燃燒控制模型進(jìn)行升級(jí)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(shù)學(xué)模型后，節(jié)約煤氣達(dá)到6%，燒爐過(guò)程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)。下面以4# 高爐為例介紹熱風(fēng)爐燃燒控制模型改造。
凌鋼4# 高爐，爐容1080 m3，配置3 座熱風(fēng)爐。改造前，燃料為單一高爐煤氣，通過(guò)各切斷閥和調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐燃燒、換爐及送風(fēng)控制，高爐每天熱風(fēng)爐燒爐用總的煤氣消耗量約：2 000 000 m3/d，沒(méi)有廢氣氧含量裝置，檢測(cè)儀表正常，控制閥門(mén)正常。熱風(fēng)爐采用電儀一體化控制系統(tǒng)，一級(jí)（L1）系統(tǒng)由電氣、儀表控制系統(tǒng)組成基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)。PLC 采用ABControl logix 系列，以太網(wǎng)通訊。
3 熱風(fēng)爐改造具體內(nèi)容
改造如下：檢測(cè)設(shè)備廢氣氧分析儀采用氧化鋯分析儀；L1 系統(tǒng)軟件改造OPC 接口、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)畫(huà)面和一級(jí)畫(huà)面修改。L2 燃燒控制模型改造內(nèi)容包括模型系統(tǒng)軟硬件；原控制系統(tǒng)中已經(jīng)有完善的控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，新增加設(shè)備采用原來(lái)網(wǎng)絡(luò)的備用端口。燃燒模型計(jì)算機(jī)安裝在主控制室，每個(gè)主控制室需要工業(yè)以太網(wǎng)電口1 個(gè)。PLC 利用備用I/O 點(diǎn)。
該系統(tǒng)利用京誠(chéng)瑞達(dá)數(shù)學(xué)模型可以進(jìn)行精確的熱平衡計(jì)算，熱風(fēng)爐蓄熱量，可隨時(shí)反映爐子的熱狀態(tài)，為專家系統(tǒng)控制提供依據(jù)，使熱風(fēng)爐隨時(shí)滿足高爐對(duì)風(fēng)溫的要求。
專家系統(tǒng)可以滿足熱風(fēng)爐非線性、大滯后、慢時(shí)變特性的復(fù)雜控制要求，在燃燒工作環(huán)境變化其特性也在不斷發(fā)生變化的情況下，達(dá)到比較精確的控制效果。
熱風(fēng)爐燃燒模型系統(tǒng)包括：蓄熱模型、熱平衡模型、殘氧控制專家系統(tǒng)、拱頂溫度控制專家系統(tǒng)、廢氣溫度控制專家系統(tǒng)、煤氣平衡模型等。
燃燒控制模型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。
4 熱風(fēng)爐改造后運(yùn)行狀況
4.1 熱風(fēng)爐改造后，模型系統(tǒng)軟件燒爐曲線趨勢(shì)圖如圖2。
圖2 中上部分指示虛線表示設(shè)定的燒爐時(shí)間，圖下部分標(biāo)示的虛線表示根據(jù)當(dāng)時(shí)廢氣溫度預(yù)測(cè)的趨勢(shì)。圖中還有本爐開(kāi)始燒爐時(shí)刻、燃燒剩余時(shí)間和預(yù)計(jì)燒到時(shí)間。
4.2 熱風(fēng)爐模型參數(shù)設(shè)定
參數(shù)設(shè)定如圖3，分公共部分參數(shù)和各熱風(fēng)爐參數(shù)兩個(gè)部分。公共部分包括：殘氧量調(diào)整下限、殘氧量調(diào)整上限和殘氧量調(diào)整間隔。各熱風(fēng)爐參數(shù)包括：煤氣初始設(shè)定值、空燃比初始設(shè)定值、目標(biāo)拱頂溫度、設(shè)定燃燒時(shí)間、煤氣上下限、空燃比上下限、計(jì)算煤氣量和人工設(shè)定量、計(jì)算空燃比和人工設(shè)定空燃比等。
4.3 熱風(fēng)爐模型操作畫(huà)面
友好的操作顯示畫(huà)面，功能齊全，如圖4、圖5所示。
4.4 歷史趨勢(shì)畫(huà)面
歷史數(shù)據(jù)畫(huà)面如圖6 所示，可以方便調(diào)用、查閱歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)畫(huà)面包括圖表顯示、數(shù)據(jù)隨動(dòng)顯示、數(shù)據(jù)項(xiàng)選擇、熱風(fēng)爐號(hào)選擇、時(shí)間選擇。用戶可根據(jù)需求查詢數(shù)據(jù)。
5 結(jié)束語(yǔ)
改造后，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。控制模型功能完善，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)全自動(dòng)燒爐，燒爐過(guò)程平穩(wěn)，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。控制精度提高，燒爐時(shí)間誤差±3 min 以內(nèi)，熱風(fēng)溫度±4 ℃以內(nèi)。煙氣殘氧含量在合理范圍之內(nèi)，減少了煤氣成分、壓力波動(dòng)造成煤氣過(guò)剩或不足，煤氣燃燒更完全。改造后4# 高爐每天熱風(fēng)爐燒爐用總的煤氣消耗量為1874000m3/d，節(jié)約煤氣量約6%以上。
[ 參 考 文 獻(xiàn)]
[1] 劉云彩，張宗民，楊天均. 人工智能高爐冶煉專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].首鋼科技，1999,2.
[2] 蔡自興.人工智能控制[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.
[3] 馬竹梧，邱建平，李江. 鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化煉鐵卷[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2000.