模糊控制在高炉炉温控制中的应用

2013-08-15王文双

河南科技 2013年1期

王文双

(马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243003)

1 前言

高炉主要是钢铁冶炼的设备，而其中的热风炉主要是为高炉提供热风的燃烧设备。热风炉主要就是燃烧并送风给高炉。在热风炉燃烧阶段，高炉的燃烧气体在热风炉内燃烧，并产生热气，热气在经过蓄热室的时候对蓄热室的蓄热砖加热，使之温度升高并至某一临界值;在送风的过程中，蓄热室在将冷风加热后将之输送到高炉，降低高炉的能耗。由于热风炉在燃烧过程中需要消耗巨大的能量，因此控制热风炉的燃烧状况对于高炉炉温的控制是至关重要的。但是在目前的发展状况表明，国内的控制技术相对落后，部分厂家的技术仍旧停留在手动控制，依靠操作工人的经验来改变煤气和空气的比例控制热风炉的燃烧。但由于控制的复杂性，很难最优化控制煤气和空气的比例，因此浪费了资源，影响冶炼的效率和质量。

因此，热风炉炉温控制的研究越来越受到重视:如何控制热风炉的燃烧过程，并能使热风炉保持热量，保证高炉送风的时间长度和温度，保证热风炉的温度，并能减少资源损耗，提高燃烧效率。

在热风炉的控制方面，传统的控制都是建立在明确的数学模型的基础上。但是热风炉温控系统具有非线性，时变性，较大滞后性的特点，传统的控制方法对于高炉炉温控制系统无法做出有效的调整，很难适应热风炉温度的控制这样复杂的控制对象。因此控制效果一直不甚理想。而在目前的控制方法中，模糊控制在炉温控制中最受研究者的重视。

2 高炉燃烧过程分析

一般高炉的燃烧过程中，所用燃料品类，质量和送风量，以及压力等各类因素都会影响高炉燃烧的状况，从而影响高炉炉温。

热风炉是高炉的附属设备，通过给高炉供给热风来达到功能。我们要控制高炉的炉温，很大程度上依赖于热风炉燃烧的效率，因此对热风炉的燃烧进行控制是很有必要的，并提高热风炉的送风效率。

现在模糊控制的策略在于通过在安装传感器，分析空气中氧气的含量。并通过鼓风机线性改变燃风量，通过氧气含量来改变然风量。现在热风炉的燃烧过程分为燃烧期与送风期，燃烧期就是要以最快的速度燃烧，加热炉子，使温度达到某临界值。在送风阶段，要保证送风温度，并要调节炉内煤气量与空燃比，保证热风炉内温度，并使高炉温度得到维持。

2.1 燃烧期温度控制

根据以往文章，燃烧期热风炉的中氧气体积在0.3～0.7%时热风炉燃烧情况会很好。因此可以把控制目标定为烟气中氧气体积为0.5 时，氧气含量在0.4～0.6%时为稳态控制范围，在这个范围不进行改变控制。

2.2 送风期温度控制

在保证热风炉炉顶温度不变的前提下，送风期应该充分燃烧，得到足够的烟气，以保证热风炉的温度。因此，在送风期中，我们需要同时调节煤气含量和空气与燃气的比例。调节空气和燃气的比例，我们同样采取上述控制方法，以2.1%的氧气含量为控制指标，稳态控制范围为1.7% ～2.5%。后期的话，控制煤气输入量需要根据烟气温度上升的误差和误差变化作为模糊控制的输入变量，而输出控制变量时煤气该变量。通过改变烟气温度上升速率来改变煤气流量。当烟气温度上升速度过快时，减少煤气供给;不然则保持不变，当升高速度偏低且可能继续减少时，则须根据实际情况增大煤气量，并实时调整相关参数。

在此我们将烟气温度定为350℃，则烟气升温速度为V=(350-t1)/(t-t2)

上式中t1为送风炉炉顶达到指定温度时烟气温度;t2 为送风炉炉顶达到指定温度时燃烧时间;t 为燃烧时间。

热风炉工作的状况依赖于高炉的工作情况。当高炉的工作情况稳定后，依据送风温度和量来计算出热风炉的工作标准。通过这样得出其物理模型。这个过程需要计算输入与输出量来求得。但是，相关过程的参量很难测量，因此纯粹依靠模型很难计算出最优化燃烧条件。我们为了得到最优化条件，需要修正，修改计算过程，这就是模糊控制。

模糊控制通过热风炉内的温度情况和改变其操作条件来实现计算机控制，不同公司由于技术工艺设备的不同，在实际的控制方法略有差别，但的策略是一致的。一般的物理模型是根据高炉的作业状况启动控制，并进行计算，当热风炉对高炉送风完毕时再反馈给热风炉，对其下一个周期的燃烧参数进行修正。模糊控制的模型由几组规则组成。一是判定热风炉温度是否能够保持，然后输出一个表示热风炉温度状态的评定参数。二是依据该评定参数和方块砖的温度计算得出最佳的燃烧条件。一般来说方块砖的温度越低，温度范围越能有效利用热风炉内的热气，从而提高热风炉的加热效率，稳定高炉温度。