高炉热风炉智能燃烧控制系统开发与应用

吴剑雯 周文华 周本胜

摘 要：热风炉操作的智能燃烧系统计算机控制具有提高风温，节约煤气，热风炉寿命长、减排低碳环保和操作稳定等优点。工业试验表明：通常情况下，采用智能控制燃烧系统可提高风温10℃以上，节约煤气2.6-5.0%。

关键词：燃烧控制；自动化；热风炉

引言

钢铁工业是国家最重要的材料和基础工业，担负着国民经济高速发展和国防安全所需钢铁材料的生产重任。随着当前铁矿石和焦炭价格的飙升，炼铁原燃料消耗所占炼铁制造成本大幅度地增长，高炉热风温度和喷煤工序的降耗作用愈加突显。提高热风温度和节约煤气资源实现循环经济不再是工艺技术的“细节”问题，已转化成为提升钢铁企业核心竞争力的主角。为了应对炼铁工序高成本的压力和进一步研究探讨未来我国炼铁工作的发展方向，全国炼铁企业关注节能减排新工艺、新技术，并实际应用于降低成本、降低工序能耗和环境友好，实现我国炼铁生产可持续发展。

丹东屹欣高炉热风炉智能控制燃烧系统目的在于实现钢厂炼铁高炉热风炉提高风温、缩短烧炉有效时间，平稳烧炉过程温度的高低波动、节约燃气、减少残氧排放量以实现低碳生产、延长热风炉的使用寿命、减轻操作人员劳动强度等功能及指标。旨在对现有钢厂的高炉热风炉燃烧系统进行控制技术优化并提升企业设备的技术功能和操作稳定等优点，已成为降低成本和增加经济效益的深受欢迎的项目之一。该技术已成功的运用在国内诸多钢铁企业中。

1 高炉热风炉智能控制燃烧系统技术开发与特点

高炉热风炉智能控制燃烧系统技术是改造现有高炉热风炉的烧炉方式，采用外加一套智能控制燃烧系统来实现烧炉过程的自动化。从而达到提高风温、节约煤气以及自动烧炉的目的。

1.1 系统设计及技术方法

高炉热风炉智能控制燃烧系统包括测量单元、调节单元和执行单元三个部分。测量单元和执行单元即为现场仪表和模拟量输出调节控制的现场执行器。调节单元指本系统的优化调节，将神经网络、模糊技术和遗传算法三大信息科技有机的集合起来。本系统硬件的高可靠性和软件的灵活性相结合，再在分析上控制对象的基础上采用智能协调解耦控制方案实现了模糊规则的在线修改和隶属函数的自动更新，使模糊控制具有自学习和适应能力，在控制上保证了系统稳定的工作在工艺要求范围内。

1.2 系统技术特点

1.2.1 实现热风炉燃烧过程的自动控制，实现分阶段自动调节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均尽量处于最佳配比状态，整个燃烧过程自动完成。

1.2.2 能够根据外网煤气压力波动自动转换控制方案。

1.2.3 可使热风炉无论在快速加热期还是在保温期都能保证大部分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。

1.2.4 可协助热风炉所提供给高炉的热风温度达到高炉生产的要求，提高高炉产量，减少原材料浪费，增加经济效益。

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

1.2.6 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。

2 工业试验结果及经济效益分析

2.1 项目应用及其效果

到目前为止，以应用于大小高炉热风炉130余座，轧钢加热炉数座。凡采用智能控制燃烧系统的钢铁厂高炉热风炉在提高风温、节约煤气方面效果十分显著，达到预期目标。

2.2 经济效益分析

在维持原有生产规模、产值不变的情况下，即日产量不变的基础上，采用智能控制燃烧系统比原有手动调控烧炉的生产方式，可达到提高风温，节约煤气，热风炉寿命长、减排低碳环保和操作稳定等优点。经济效益和社会效益显著。

2.2.1 计算依据

某高炉为1360m3高炉，三座热风炉。项目实施后，由于烧炉采用智能控制燃烧，能在现有燃烧条件基础上，将平均风温提高10℃。按提高100℃风温吨铁节约焦炭15kg/t，则提高10℃风温吨铁可降低焦比1.5kg/t，按照每吨焦炭平均价格1500元/t、日生产铁3500t/d、全年工作355d计算。

热风炉每小时煤气使用量约为12万m3，如果采用自动烧炉的方式生产，煤气节约量约为2～5%，取下限值2%，即小时节约量为2400m3。按日两座炉燃烧时间22h，按1m3煤气0.09元计算。

2.2.2 经济效益计算

（1）降低焦比：该高炉每年节焦可产生的经济效益为：

1.5×3500×1500÷1000×355=279.56万元

（2）节约煤气：此项目投产后一年可以节省的煤气量为2.0%，即2400Nm3/h。每年可节省煤气的经济效益：

2400×22×355×0.09=168.70万元

即年总收益：448.25万元。

2.2.3 社会效益

热风炉为全天候24小时工作制，因此热风炉操作工需长时间面对操作站的显示屏，而操作最频繁的就是热风炉的燃烧过程控制。采用智能控制燃烧系统降低工人劳动强度、提高生产一致性，实现低碳清洁生产。热风炉烧炉的基本是“三勤一快”，其中最需要操作工“勤调节”。但是，即使是非常勤劳而且经验丰富的操作工在长时间面对电脑的情况下也会疲劳，那么就有可能影响烧炉的效果。而经验不足的操作工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。而自动烧炉系统的投入则可以大大降低操作工的劳动强度，提高生产效率，而且对新人学习烧炉可以起指导作用。自动烧炉系统投入使用后，工人可以减少调节的操作，而将精力集中到对燃烧过程的监控中。

同时，由于可以节约煤气的使用量，自然就减少了煤气的浪费，则污染性废气排放量也随之减少，这与环保节能生产目标也相吻合，有利于实现低碳清洁生产。

3 结束语

（1）智能控制燃烧就是利用机械、电气、计算机等组合的自动控制系统，保证热风炉在燃烧的过程中达到空气、煤气配合比时刻处于最佳；炉顶温度在短时间内达到最高值；废气中氧气含量适中，一氧化碳量为零。使热风炉燃烧更加合理，即在最大限度地节约燃料的前提下，充分发挥热风炉的蓄热能力，提供最高的风温，使燃烧控制更科学、可靠、省力又不受条件限制，是今后的发展方向。

（2）屹欣高炉热风炉智能控制燃烧系统有自主知识产权，符合国家大力扶持高科技产业的政策。系统投放市场，将受到广大用户的欢迎，可使国内钢铁企业受益，为国家节省大量能源，促进钢铁行业情节地毯生产，并减少环境污染。

（3）工业试验表明：通常情况下，采用智能控制燃烧系统可提高风温10℃以上，节约煤气2.6-5.0%。

参考文献

[1]王维兴.促进我国炼铁工业科学发展再上新台阶[J].世界金属导报，2006.

[2]刘全兴.高炉热风炉操作与煤气知识问答（第2版）[M].冶金工业出版社，2013.

[3]刘全兴.我国高炉热风炉的发展[J].钢铁产业，2006（10）：34-51.

[4]刘全兴.提高风温与节能减排并举[J].中国冶金报，2008.

作者简介：吴剑雯（1986-），女，山东省海洋市，丹东屹欣科技有限公司，助理工程师，大学本科，工学学士，主要研究工艺自动控制。