莱钢热风炉群控技术应用

李继锋，刘 晓

（莱芜钢铁集团银山型钢有限公司，山东 济南 271104）

1 莱钢银山型钢炼铁厂概况

山东钢铁集团莱芜分公司银山型钢炼铁厂建有2座1 880 m3和1座3 200 m3高炉，配套热风炉共10座。每座1 880 m3高炉配备3座热风炉，烧炉制度不固定，正常情况下一烧一焖一送，特殊情况为一烧两送或两烧一送，送风量4 100～4 250 m3/min。3 200 m3高炉配备4座热风炉，烧炉制度为两烧两送，送风量6 250～6 350 m3/min。

2 热风炉生产现状

3座高炉的热风炉均采用人工手动烧炉操作工艺，稳定性差、能耗高。3座高炉独立运行，热风炉生产信息没有共享，操作人员无法及时、高效地沟通。3座高炉存在热风炉换炉时间或同时烧炉时间重叠现象，导致煤气管网压力波动较大（波动范围6～12 kPa），不仅对热风炉烧炉造成不利影响，同时对整个煤气管网下的各类燃烧装置都有不利影响。

基于当前现状，亟需提高热风炉自动化控制水平，实现热风炉优化烧炉及多座热风炉协调换炉，确保煤气系统安全、经济运行。

3 群控应用方案

群控技术是一种成熟完善、可行性良好的优化控制手段，其应用已覆盖到燃气锅炉、加热炉、回转窑等十几种燃烧装置上[1]。通过论证，群控技术适用于热风炉当前生产实际，高炉热风炉优化控制及群控系统改造分两个阶段实施。

第一阶段为高炉热风炉单体优化控制[2]，立足于高炉热风炉最基本的测控仪表，与原控制系统通过OPC/MODBUS通讯方式连接，实现长期可靠的全自动优化烧炉。这是目前国内热风炉普遍采取的烧炉工艺，为应用群控技术提供了技术基础。

第二阶段为高炉热风炉区域群控系统建设，实现10座热风炉集中控制。通过设置一台热风炉信息集成系统服务器作为群控优化站，通过工业防火墙与1号、2号、3号高炉热风炉优化控制站相连。群控优化站采集到10座热风炉实时运行数据后，对数据进行分析处理，预测潜在的换炉时机重叠情况并进行拆解，形成换炉协调指令。换炉协调指令最终会传输到各热风炉单体优化系统，单体优化系统根据换炉协调指令控制各热风炉适当提前或延迟完成烧炉操作，最大限度避免热风炉换炉时间重叠。同时，群控服务器会从群控优化站实时获取各热风炉运行数据，并以Web发布形式向局域网用户发布热风炉实时运行数据及各种统计分析数据，热风炉各级管理人员可通过访问群控服务器了解各热风炉生产信息。

4 协调换炉原理

正常情况下，热风炉同时在网设备数量应为3～4个，但是在实际生产中，高炉休风等特殊工况破坏了热风炉正常的生产节奏，不可避免地人工介入对换炉与烧炉时间进行调整，如3号高炉热风炉双烧及1号、2号高炉热风炉换炉重叠时，热风炉同时在网设备将达到6个，煤气管网压力急剧波动。

为解决上述生产问题，热风炉专家提出了建立高炉热风炉换炉时机协调模块的解决方案，如下页图1所示，目标是在不影响热风炉正常烧炉与送风的前提下，彻底避免热风炉同时换炉。换炉时机协调是在3座高炉状态信息互通，综合彼此烧炉时间、送风时间和换炉周期的基础上，结合单体烧炉可调整空间，协调各热风炉换炉时机，最终使在网热风炉设备数保持基本稳定的一种方法。

图1 高炉热风炉换炉时机协调模块功能示意图

换炉时机协调模块可预测每座高炉热风炉的换炉时间，当2座或多座热风炉换炉时间重合时，系统会自动调整相应热风炉的烧炉时间及烧炉强度，进而错开这些热风炉的换炉时间，模块也可自动判断当前处于送风状态热风炉的送风能力，并优先安排送风能力已经较弱的热风炉提前换炉，这一过程无需人工干预。

通过以下操作，高炉热风炉换炉时机协调模块可在尽可能保证换炉协调不影响正常单体烧炉的情况下，最大限度减少重叠换炉时间，使在网设备数量保持稳定，缓解由于高炉热风炉内部使用煤气量波动较大引起的煤气管网压力波动。

1）通讯检测。检测由热风炉单体传入的数据是否正常，正常则执行下一步。

2）数据采集。基本数据计算及预处理：包含读取各表信息、计算当前设备常量、实际在网设备数，做出决策判断管网此时用煤气设备数量是否符合设计预期等。

3）烧炉中期通过废气温升、3号高炉热风炉历史峰谷值预测当前炉（1号或2号高炉热风炉）废气烧到目标温度值后，3号高炉热风炉的烧炉状态是单烧还是双烧，并据此计算出烧炉时间长度是延长还是缩短，进而修正烧炉强度。

4）在1号或2号高炉热风炉烧炉末期，根据当前3号高炉烧炉设备数，判断是否可以立即送风。若换炉时间重叠，应在工艺允许的废气温度下限和上限之间重新确定本次烧炉终点废气温度值，以避开3号高炉热风炉换炉时间，同时为下一次换炉进行正确的烧炉时间移位。

高炉热风炉协调换炉控制逻辑[3]如图2所示。

图2 高炉热风炉协调换炉控制逻辑

正常情况下，热风炉同时在网设备数量应为3～4个（即应有3座或4座热风炉处于烧炉状态）。但当3号高炉热风炉双烧、1号和2号高炉热风炉换炉重叠时，热风炉同时在网设备将达到6个。当3号高炉热风炉双烧、1号或2号高炉热风炉进行换炉操作，或当3号高炉热风炉单烧时、1号和2号高炉热风炉进行换炉操作，热风炉同时在网设备将达到5个。对2019年8月24—27日，群控系统投用前热风炉现场实际运行情况进行统计，如图3所示，在网热风炉数量变化频繁，大量出现5座热风炉处于烧炉状态的情况，即使是6座热风炉处于烧炉状态的极端情况也偶有发生。

图3 群控系统投用前热风炉在网设备数72 h统计

群控系统于2019年11月12日上线运行，运行效果良好，基本避免了同时换炉现象的发生，由系统自动生成的热风炉在网设备数统计图，如图4所示。群控系统投用后在网热风炉数量更加稳定，完全避免了6座热风炉处于烧炉状态的极端情况发生，出现5座热风炉处于烧炉状态的情况也大幅减少。

图4 群控系统投用后热风炉在网设备数72 h统计

5 结语

通过应用高炉热风炉优化控制及群控系统，热风炉管理水平提高，实现了热风炉系统集中监控、自动分析、Web发布和生产数据共享等功能。实现长期可靠的全自动优化烧炉，长期自控率达到90%以上，同等送风温度下节省煤气2%以上，预期投资回收期仅为10.8个月。

通过实现热风炉群控控制，热风炉的运行更加稳定，烧炉设备数大部分时间可以稳定在3～4座之间，避免换炉时间重叠，减少因同时换炉导致的煤气压力波动，具有很好的推广价值。