一种高炉热风炉智能燃烧控制方法与流程

本发明涉及冶金自动化控制领域，具体为一种高炉热风炉智能燃烧控制方法。

背景技术：

1、燃烧控制对于冶金工业现场一直是个难题，热风炉作为高炉炼铁的重要组成单元，它是把鼓风机出来的空气加热到要求的温度，提高高炉的效益和效率；它是在燃烧室里燃烧煤气，高温废气通过格子砖并使之蓄热，当格子砖充分加热后，热风炉就可改为送风状态；此时有关燃烧各阀关闭，送风各阀打开，冷风经格子砖而被加热变为热风并送出；目前提高热风温度和节约煤气资源是企业挖潜增效的有效途径。

2、但是，对于目前现有的大部分热风炉燃烧控制主要以人工控制为主，即由现场操作人员监控烧炉数据给出调节，需要操作人员勤调节；而实际现场即使是非常勤劳而且经验丰富的操作人员在长时间面对操作界面的情况下也会疲劳，那么就有可能影响烧炉的效果；而经验不足的操作人员更是有可能因为判断失误或者其他因素影响而导致烧炉效果不理想。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，通过以拱顶温度为控制目标，使用固定最大煤气流量和最佳空燃比进行燃烧，并修正最佳空燃比；当拱顶温度达到设定值后空燃比采用反馈控制，当烟道温度达到280℃建立烟道模型，到达设定值320℃采用烟道温度模型控制煤气量；从而控制顶温度偏差在设定值±5℃以内，烟道温度偏差在设定值±2℃以内，废气残氧平均值不超过0.8％，煤气节约1-3％，降低了操作人员劳动强度，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，包括以下步骤：

3、步骤一：燃烧前期，即：第一阶段；通过采集热风炉的拱顶温度，以拱顶温度为控制目标，使用固定最大煤气流量和最佳空燃比进行燃烧；

4、步骤二：燃烧中期，即：第二阶段；当热风炉的拱顶温度达到设定值后，空燃比根据拱顶温度采用反馈控制；其中拱顶温度采样周期为30s；

5、步骤三：通过采集燃烧烟气管道的温度，当烟道温度到达设定值280℃时，此时燃烧时间为t1；当烟道温度到达设定值300℃时，此时燃烧时间为t2，计算出tpmax＝(300-280)/(t2-t1)；此时将煤气流量减少为(fmqmax-2)万；当烟道温度上升至320℃时，燃烧时间为t3，计算再出此时tp1＝(320-300)/(t3-t2)；根据两组数据(fmqmax,tpmax)和((fmqmax-2)，tp1)建立煤气流量与烟道温度上升速率线性模型：

6、fmq＝x*2/(tpmax-tp1)+fmqmax-tpmax*2/(tpmax-tp1)；

7、式中：fmqmax为最大煤气量，fmq为实时煤气量，tpmax、tp1均为常数，x为烟道温度上升速率，单位℃/min；

8、此时将烟道温度控制目标转化为上升速率控制，即：

9、tp＝(t2_sp-t2)/(t0-t)；

10、式中：tp为升速率目标值，t2_sp为烟道设定温度，t2为烟道温度，t为燃烧时间，t0为燃烧设定时间，时间单位为分钟；

11、再建立煤气流量与烟道温度上升速率线性模型：

12、fmq＝2*(t2_sp-t2)/(tpmax-tp1)/(t0-t)+fmqmax-tpmax*2/(tpmax-tp1)；

13、式中：fmq为实时煤气量，t2_sp为烟道设定温度，t2为烟道温度，t为燃烧时间，t0为燃烧设定时间，tpmax、tp1均为常数。

14、进一步的，所述步骤一中使用固定最大煤气流量和最佳空燃比进行燃烧的同时还包括：根据烟道残氧量，修正最佳空燃比。

15、进一步的，所述步骤一中最大煤气量确定规则为：根据最大煤气量、燃烧时间和拱顶温度之间的关系，以保证燃烧时间到达设定值时，烟道温度会超过设定值。

16、进一步的，所述步骤一中最佳空燃比的确定方法如下：首次确定空燃比之后，延迟2分钟，计算之后6分钟的残氧平均值，以此平均值为依据对空燃比进行修正；修正方法如下：

17、ykrb(k)＝ykrb(k-1)-k0*(aio2-aio2_sp)；

18、式中：ykrb(k-1)为上一时刻的空燃比设定值，ykrb(k)为k时刻的实时空燃比值，k0为调节系数，aio2为烟道中残氧6分钟的平均值，aio2_sp为残氧量设定值；

19、直至满足||aio2-aio2_sp||<0.2％时，此时实时空燃比即为最佳空燃比，即完成其修正模型为：

20、ykrb0＝ykrb(k)；

21、式中：ykrb0为最佳空燃比，ykrb(k)为k时刻的实时空燃比值。

22、进一步的，所述步骤二中空燃比根据拱顶温度采用反馈控制，需建立如下数学模型：

23、ykrb＝k1*(t1-t1_sp)+ykrb0；

24、式中：ykrb为实时空燃比，k1为比例系数，t1为拱顶温度检测值，t1_sp为拱顶温度设定值。

25、进一步的，所述步骤三中根据煤气流量与烟道温度上升速率线性模型计算出所需煤气量，在建立烟道温度模型pid串级控制系统以及空气随动控制的过程中，空燃比控制仍然遵循步骤二。

26、进一步的，所述步骤三中烟道温度采样周期为6分钟。

27、进一步的，所述步骤一中残氧采样周期为1s，寻优周期为8分钟。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、本发明，通过以拱顶温度为控制目标，使用固定最大煤气流量和最佳空燃比进行燃烧，在此过程中根据烟道残氧量，修正最佳空燃比；当拱顶温度达到设定值后，空燃比根据拱顶温度采用反馈控制；当烟道温度达到280℃时，开始建立烟道模型；当烟道温度到达设定值320℃时，采用烟道温度模型控制煤气量；从而有效控制热风炉的拱顶温度偏差在设定值±5℃以内，且燃烧时间到达时，烟道温度偏差在设定值±2℃以内，废气残氧平均值不超过0.8％；同时和人工操作相比，煤气可以节约1-3％，降低了操作人员劳动强度。

技术特征：

1.一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，其特征在于：所述步骤一中使用固定最大煤气流量和最佳空燃比进行燃烧的同时还包括：根据烟道残氧量，修正最佳空燃比。

3.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，其特征在于：所述步骤一中最大煤气量确定规则为：根据最大煤气量、燃烧时间和拱顶温度之间的关系，以保证燃烧时间到达设定值时，烟道温度会超过设定值。

4.根据权利要求2所述的一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，其特征在于：所述步骤一中最佳空燃比的确定方法如下：首次确定空燃比之后，延迟2分钟，计算之后6分钟的残氧平均值，以此平均值为依据对空燃比进行修正；修正方法如下：

5.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，其特征在于：所述步骤二中空燃比根据拱顶温度采用反馈控制，需建立如下数学模型：

6.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，其特征在于：所述步骤三中根据煤气流量与烟道温度上升速率线性模型计算出所需煤气量，在建立烟道温度模型pid串级控制系统以及空气随动控制的过程中，空燃比控制仍然遵循步骤二。

7.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，其特征在于：所述步骤三中烟道温度采样周期为6分钟。

8.根据权利要求3所述的一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，其特征在于：所述步骤一中残氧采样周期为1s，寻优周期为8分钟。

技术总结
本发明公开了一种高炉热风炉智能燃烧控制方法，属于冶金自动化控制领域。本发明解决了现有人工控制易失误的问题，通过以拱顶温度为控制目标，使用固定最大煤气流量和最佳空燃比进行燃烧，并修正最佳空燃比；当拱顶温度达到设定值后空燃比采用反馈控制，当烟道温度达到280℃建立烟道模型，到达设定值320℃采用烟道温度模型控制煤气量；从而有效控制热风炉的拱顶温度偏差在设定值±5℃以内，且燃烧时间到达时，烟道温度偏差在设定值±2℃以内，废气残氧平均值不超过0.8％；同时和人工操作相比，煤气可以节约1‑3％，降低了操作人员劳动强度。

技术研发人员：徐日华,骆炜,束俊生
受保护的技术使用者：中冶华天南京工程技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15