热风炉的自动控制技术对策

张维

摘 要：热风炉燃烧自动控制系统，是目前高炉控制系统的核心部分，其作用是热风炉控制，然后利用自鼓风装置形成规定的压力冷空气加热后形成高温、高压的热空气，然后利用高炉总管和围管送入到高炉炉膛内，让炉内焦炭等介质燃烧形成化学反应，铁矿石在高压的影响之下快速排出杂质，形成铁水。本文以某钢铁厂4#高炉大修的风炉控制系统改造为基础，物理构造、管道建设后并不会大规模改动，通过现代控制技术，了解废气温度、拱顶温度，设计DCS、PLC建设的控制系统，实现自动化热风炉燃烧控制，提高操作效率和准确性，也会改善运行环境，降低人员劳动强度，自适应系统进行空气流量、煤气流量、空燃比确定，让风炉实现稳定工作。

关键词：热风炉;燃烧控制;DCS;PLC;双交叉限幅

某钢铁厂的高炉运行超过20年的时间，高炉本体以及附属结构部分的炉龄较长，设备老化严重，和新建设高炉对比分析，有着明显差距，导致高炉铁水产量较低，且有较大隐患。在这种情况下，管理者决定对于该高炉进行整体扩容改造，同时对于该装置进行自动化操作系统安装，保证整体装备水平满足运行要求，还会减轻劳动强度。热风炉自动化改造是该钢计量中心设计完成的，该单位还进行了工业控制计算机维护、开发以及管理等工作。

1.热风炉简介

高炉炼铁是我国工业领域重要基础设施，在系统内，送风系统的重要设备是热风炉装置，其作用就是将鼓风机加压之后的冷空气进行加热处理，然后形成温度在1000℃左右的热风，再通过热风管道传输到高炉炉膛内，为炼铁提供基础。

当前所使用的炼铁热风炉主要是内燃式、外燃式、顶燃式等形式。本文主要分析某钢厂4#高炉应用的新日铁外燃式热风炉，其主要优势就是运行稳定、气体分布范围好、热效率高、质量好、寿命长等，缺陷则是占地面积较小，需要良好基础，成本也比较高，所以仅应用到大型钢铁企业内。

2.热风炉自动燃烧控制系统方案设计

利用热风炉的工作形式、结构展开分析，本文具体分析热风炉工作流程，然后总结燃烧控制要点，总结出自动燃烧控制设计方案。

2.1主工艺控制流程

4#高炉热风炉进行工艺控制就是利用煤气支管内高炉煤气形成的混合煤气与空气支管中助燃空气经过充分混合，传输到陶瓷燃烧器内，燃烧室开始燃烧，形成比较多的高温烟气，会带走比较多的能量，且经过对流、辐射能量传输到耐火材料表面或内部。燃烧完成之后，热风炉的各个阀门动作后，让烧炉转化成为焖炉，很多冷风进入到蓄热室吸收耐候材料，然后通过大量能量转化成为1000℃以上的热风。热风温度符合标准要求后，阀门继续动作也会让焖炉转化为送风状态，热风都传输到高炉本体中。热风温度下降到规定条件下，阀门会继续动作，然后又会从送风状态转化为焖炉，并且把废气排放出去，并且开启阀门把煤气、空气都送入燃烧室燃烧，形成循环。具体可见图2。

2.2双交叉限幅的热风炉燃烧控制方案

2.2.1串级调节法

热风炉燃烧时，高炉煤气和焦炉煤气会根据规定比例混合形成混合煤气，这是热风炉主要燃料，混合煤气与助燃空气充分混合，然后经过陶瓷烧嘴在燃烧室内燃烧。热风炉燃烧系统的控制，需要从煤气量、空燃比参数进行控制。热风炉燃烧控制要从下述几个参数进行：煤气流量、空燃比、拱顶温度、废气温度。燃烧时，废气温度不能超过设计要求的420℃，拱顶温度不能超过设计要求的1350℃。合理控制这些技术参数，热风炉燃烧会被分解为燃烧加热期与蓄热期两个部分。加热期中，为了保证拱顶温度短期內达到设计标准，需要做好空燃比、煤气量控制，增大煤气量，以快速燃烧，让热风炉内的能量足够，而热量较高的情况下，风炉蓄热期会比较长，这样也会导致风温波动较小。进入到蓄热器之后，会增大空气进入量，让拱顶温度处于稳定状态，且废气温度达到设计标准要求。因此，热风炉燃烧控制的目标为拱顶温度、废气温度达到设计要求，还要充分燃烧煤气，最大限度内增大蓄热量，且要不断的提升蓄热量。

2.2.2改进后的串级调节法

在应用双较叉限幅控制理论方式的串级调节法，改造完成后，热风炉燃烧控制性能得到提升。分析燃烧周期、煤气热值、风温控制等方面，确定合理拱顶温度参数，然后需要确定燃烧炉运行环节的煤气流量参数（大约60000m?/h座），确定合适的空燃比，计算机自动调节控制。

空燃比=空气流量设定值

煤气流量设定值

双交叉限幅是以目前的串级控制为出发点，然后进行空气燃烧剩余系数μ的上限控制，这样可以有效的避免热风炉燃烧的末期阶段因为负荷过小而导致空气过剩的问题。双交叉限幅控制之下，不管是热风炉燃烧时空气负荷状态如何，都能够确保空气剩余率符合要求。空气量不足、燃烧不充分、能耗利用率低等缺陷，空气过热，会导致热风炉加热时间延长，同时废气会导致能源浪费。通过空气剩余系数控制，在空气负荷随着燃烧环节变化时，μ值会处于1.06左右，达到最佳燃烧状态，空燃比也会达到最佳状态，利用燃烧高炉煤气的热量，提升热效率，最终可以保证热风炉炉温达到要求。具体原理可见图3所示。

经过改进之后，串级调节法燃烧时，同步换炉时，达到设计标准要求的废气均压交叉并联送风，所以需要使用全自动化换炉的系统，这样操作人员进行送风时间的控制，送风倒计时结束后，自动开启换炉，以烧炉温度作为控制基础，符合温度要求的先进行送风。这种系统设置的方式，规避了传统手动换炉的缺陷，还能够降低工作强度，操作人员只需要操控鼠标等终端设备进行热风炉的控制，完全达到系统控制要求，保证系统正常运行，也能够降低能耗损失，实现总体效果的提升。

3.结语

热风炉作是高炉系统内非常重要的组成结构，因为设备投入大、规模大，所以更换频率会非常低，即使功能性较低，也不能及时更换。本文以某钢厂4#高炉为例分析，分析热风炉的自动控制系统建设过程，提高系统控制水平，达到运行标准，降低投入、提高工作效率，还能节约人力资源，所以综合效益好，未来可以推广应用。

参考文献：

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[2]邵国利，周旭朋，季双凤，等.热风炉自动控制技术应用[J].河南冶金，2020，018（003）：34-36.

[3]樊德义.高炉热风炉优化控制技术[J].城市建设理论研究：电子版，2016，000（005）：1-4.

（南京市南钢集团第一炼铁厂，江苏 南京 210035）