津西股份炼铁厂3# 高炉智能燃烧系统应用

王德春

（河北津西钢铁集团股份有限公司炼钢一厂，河北 津西063000）

1 概述

河北津西钢铁炼铁厂高炉热风炉为人工控制烧炉，风温低，煤气消耗大，为实现高炉热风炉智能控制燃烧，提高风温、降低燃耗，我公司引进丹东屹欣科技有限公司生产的高炉热风炉智能控制燃烧系统，对3# 高炉热风炉进行试用。

2 智能烧炉系统构成与工作原理

2.1 系统构成屹欣高炉热风炉智能燃烧系统包括二个部分：基础自动化和自动烧炉过程自动化，是一个典型的二级自动化架构。

基础自动化和过程自动化系统之间采用了西门子标准的MPI 连接方式，进行测控数据的实时交互。基础自动化部分主设备采用西门子的S7－300PLC，软件采用Step－7 V5.4编程，其可靠性高，易维护；过程自动化部分采用工业控制计算机，软件采用西门子软件WinCC6.2 进行组态编程。其控制软件是在通用监控组态软件的基础上，采用专为热风炉智能燃烧而开发的专用软件。其丰富的算法功能可任意控制数据流，能按照用户的要求，随意地构造控制方案，满足用户对最复杂控制方案的控制算法的要求。

2.2 工作原理

屹欣高炉热风炉智能燃烧系统，以灵敏度极高的拱顶设定温度为目标值，采用热风炉燃烧过程数学模型，结合人工模糊、专家系统等现代控制理论和经典控制理论，实现热风炉燃烧智能控制，能自动控制煤气调节阀及空气调节阀，使供热风炉燃烧的煤气流量和空气流量大部分时间都处于最佳配比状态，使热风炉不论在强化燃烧期或蓄热燃烧期都能保证大部分时间都处于最佳配比燃烧状态，保证了高炉要求的送风温度，提高了高炉的生产效率。

3 系统的技术特点

3.1 全自动的烧炉控制策略，整个烧炉过程自动完成。

3.2 实现了热风炉的烧炉过程的自动控制，分阶段自动调整热风炉燃烧的空燃比，使热风炉燃烧的煤气流量和空气流量尽量处于最佳配比状态。

3.3 可使热风炉不论在强化燃烧期或蓄热燃烧期都能保证80%以上时间处于最佳配比状态，稳定拱顶温度，延长热风炉的使用寿命。

3.4 可确保热风炉提供给高炉的送风温度达到高炉生产的要求，提高高炉的生产效率，降低能耗，增加经济效益。

3.5 可节约高炉煤气消耗量，降低炼铁工序的能耗，提高企业的经济效益和社会效益。

3.6 能大大地降低对热风炉操作工人烧炉的技术要求，减轻其劳动强度。

3.7 能够与原控制系统做到无扰动切换、互为备用；安装调试阶段，不影响正常生产。

4 系统配置

4.1 系统配置的内容和范围

4.1.1 自动烧炉控制系统：主要包括上位机、显示器、PLC 柜（含PLC）和系统平台软件等硬件设备以及自动烧炉控制和过程控制的软件。

4.1.2 控制功能：完成烧炉的自动控制及过程参数的检测、报警及调节回路的连续控制和逻辑控制，对各种参数进行实时监控、历史趋势记录等。

4.1.3 高炉热风炉智能燃烧系统：对热风炉各支管煤气、助燃空气流量的自动控制及调节，热风炉操作方式的转换控制等。

4.1.4 热风炉烧炉画面以及相关温度、压力及流量的显示、报警、记录。

4.2 系统说明及PLC 模块简介

4.2.1 系统配置说明：

系统操作配置一台工控机为操作站作为人机界面运行控制。通过键盘和鼠标操作，主要完成以下功能：

1）输入热风炉自动烧炉要求的工艺参数设定值

2）实现自动烧炉画面及流程显示

3）实现自动烧炉和手动烧炉的切换

4）人机对话管理

5）历史数据查询

6）报警

4.2.2 系统日常操作：

操作工在每个热风炉开始烧炉时，在系统的监控操作画面上，用鼠标点击一下该热风炉操作画面的"自动烧炉"按键，即开始自动烧炉，直至送风，用鼠标点击"停烧"即完成整个烧炉控制，整个操作控制界面非常友好，易于掌握。

由于原PLC 系统作为后备操作，阀位控制采用转换开关送来，当系统投入" 自动烧炉"时，不影响原系统。而当转换开关切回原系统的信号连接，则与原系统的模式完全一样，因此，两系统是互为备用，同时监控。

5 实施的具体内容

津西炼铁厂将智能控制燃烧系统所需的热风炉煤气、空气流量、温度、压力、阀位反馈信号、阀位控制等信号提供给智能控制燃烧系统，在屹欣智能燃烧系统中进行数学模型处理，在人机交互界面中，以数值、曲线及动画等形式显示热风炉的各项工艺参数和运行状态；输入热风炉燃烧的工艺参数设定值，主要包括拱顶温度、起始空燃比等参数设定；选择热风炉燃烧控制的工作方式。通过热风炉燃烧控制系统进行处理后，输出煤气支管调节阀开度给定；空气支管调节阀开度给定，煤气总管压力开度给定等控制信号，精确控制阀门的开度，实现智能调节。

6 系统的技术指标

6.1 在原有基础上提高风温10℃；

6.2 克服煤气压力波动的时间≤25 秒；

6.3 快速烧拱顶时间约20 分钟之内；

6.4 系统操作简单界面友好。

7 应用效果分析

7.1 数据对比

炼铁一厂3# 高炉热风炉智能控制燃烧系统于2012 年3 月1 日正式投入运行，经过近一个月时间的数据跟踪统计，该系统实施后，提高了热风炉送风温度，节约了煤气消耗，具体情况对比如下：

2 月7 日-2 月29 日：3# 高炉热风炉平均风温：1190.3℃

平均日用气量：119.4692 万m3

3 月1 日-4 月1 日：3# 高炉热风炉平均风温：1205.6℃

平均日用气量：115.3009 万m3

每天平均风温提高：1205.6 -1190.3 =15.3℃

每天平均节约煤气量：119.4692 -115.3009=4.1683 万m3，约节约3.48%

7.2 效益分析7.2.1 降低焦比

系统投入使用后，日平均风温提高了15.3℃，按理论计算（风温提高100℃，吨铁降低焦比13Kg），吨铁可降焦比1.98Kg，按照每吨焦炭0.2 万元，日产生铁1700 吨，全年350天计算，每年可增效：

1.98 Kg÷1000 Kg×1700 吨×0.2 万元×350天=235.62 万元。

7.2.2 节约煤气

智能烧炉系统能够精确配比空燃比，合理调整阀门开度，使热风炉的燃烧效率显著提高，按日平均节约煤气用量3.48%计算，即每天节约4.1683 万m3，每4m?煤气发一度电计算，则每天可发电10420.75 度，每度电0.53 元，年可增效：10420.75 度/天×0.53 元×350 天÷10000 元=193.3 万元。

全年综合创效：235.62＋193.3=428.92 万元

结语

综上所述，通过3# 高炉热风炉智能控制燃烧系统投入运行后数据分析，已实现了燃烧过程的智能控制，操作简便，运行稳定，日平均风温提高了15.3℃，日节约煤气4.1683万m3，年综合创效约为428.92 万元，经济效益明显，经公司研究决定，尽快推进其它高炉热风炉该技术的引进。

[1]林庆霖，翁春水.2010 年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集（上）[A].天硕热风炉自动优化烧炉专家系统[C].2009

[2]孙进生;刘利平.高炉热风炉燃烧CBR 智能控制系[J].大连民族学院学报，2008