津西股份煉鐵廠3# 高爐智能燃燒系統應用

王德春

（河北津西鋼鐵集團股份有限公司煉鋼一廠，河北 津西063000）

1 概述

河北津西鋼鐵煉鐵廠高爐熱風爐為人工控制燒爐，風溫低，煤氣消耗大，為實現高爐熱風爐智能控制燃燒，提高風溫、降低燃耗，我公司引進丹東屹欣科技有限公司生產的高爐熱風爐智能控制燃燒系統，對3# 高爐熱風爐進行試用。

2 智能燒爐系統構成與工作原理

2.1 系統構成屹欣高爐熱風爐智能燃燒系統包括二個部分：基礎自動化和自動燒爐過程自動化，是一個典型的二級自動化架構。

基礎自動化和過程自動化系統之間采用了西門子標準的MPI 連接方式，進行測控數據的實時交互。基礎自動化部分主設備采用西門子的S7－300PLC，軟件采用Step－7 V5.4編程，其可靠性高，易維護；過程自動化部分采用工業控制計算機，軟件采用西門子軟件WinCC6.2 進行組態編程。其控制軟件是在通用監控組態軟件的基礎上，采用專為熱風爐智能燃燒而開發的專用軟件。其豐富的算法功能可任意控制數據流，能按照用戶的要求，隨意地構造控制方案，滿足用戶對最復雜控制方案的控制算法的要求。

2.2 工作原理

屹欣高爐熱風爐智能燃燒系統，以靈敏度極高的拱頂設定溫度為目標值，采用熱風爐燃燒過程數學模型，結合人工模糊、專家系統等現代控制理論和經典控制理論，實現熱風爐燃燒智能控制，能自動控制煤氣調節閥及空氣調節閥，使供熱風爐燃燒的煤氣流量和空氣流量大部分時間都處于最佳配比狀態，使熱風爐不論在強化燃燒期或蓄熱燃燒期都能保證大部分時間都處于最佳配比燃燒狀態，保證了高爐要求的送風溫度，提高了高爐的生產效率。

3 系統的技術特點

3.1 全自動的燒爐控制策略，整個燒爐過程自動完成。

3.2 實現了熱風爐的燒爐過程的自動控制，分階段自動調整熱風爐燃燒的空燃比，使熱風爐燃燒的煤氣流量和空氣流量盡量處于最佳配比狀態。

3.3 可使熱風爐不論在強化燃燒期或蓄熱燃燒期都能保證80%以上時間處于最佳配比狀態，穩定拱頂溫度，延長熱風爐的使用壽命。

3.4 可確保熱風爐提供給高爐的送風溫度達到高爐生產的要求，提高高爐的生產效率，降低能耗，增加經濟效益。

3.5 可節約高爐煤氣消耗量，降低煉鐵工序的能耗，提高企業的經濟效益和社會效益。

3.6 能大大地降低對熱風爐操作工人燒爐的技術要求，減輕其勞動強度。

3.7 能夠與原控制系統做到無擾動切換、互為備用；安裝調試階段，不影響正常生產。

4 系統配置

4.1 系統配置的內容和范圍

4.1.1 自動燒爐控制系統：主要包括上位機、顯示器、PLC 柜（含PLC）和系統平臺軟件等硬件設備以及自動燒爐控制和過程控制的軟件。

4.1.2 控制功能：完成燒爐的自動控制及過程參數的檢測、報警及調節回路的連續控制和邏輯控制，對各種參數進行實時監控、歷史趨勢記錄等。

4.1.3 高爐熱風爐智能燃燒系統：對熱風爐各支管煤氣、助燃空氣流量的自動控制及調節，熱風爐操作方式的轉換控制等。

4.1.4 熱風爐燒爐畫面以及相關溫度、壓力及流量的顯示、報警、記錄。

4.2 系統說明及PLC 模塊簡介

4.2.1 系統配置說明：

系統操作配置一臺工控機為操作站作為人機界面運行控制。通過鍵盤和鼠標操作，主要完成以下功能：

1）輸入熱風爐自動燒爐要求的工藝參數設定值

2）實現自動燒爐畫面及流程顯示

3）實現自動燒爐和手動燒爐的切換

4）人機對話管理

5）歷史數據查詢

6）報警

4.2.2 系統日常操作：

操作工在每個熱風爐開始燒爐時，在系統的監控操作畫面上，用鼠標點擊一下該熱風爐操作畫面的"自動燒爐"按鍵，即開始自動燒爐，直至送風，用鼠標點擊"停燒"即完成整個燒爐控制，整個操作控制界面非常友好，易于掌握。

由于原PLC 系統作為后備操作，閥位控制采用轉換開關送來，當系統投入" 自動燒爐"時，不影響原系統。而當轉換開關切回原系統的信號連接，則與原系統的模式完全一樣，因此，兩系統是互為備用，同時監控。

5 實施的具體內容

津西煉鐵廠將智能控制燃燒系統所需的熱風爐煤氣、空氣流量、溫度、壓力、閥位反饋信號、閥位控制等信號提供給智能控制燃燒系統，在屹欣智能燃燒系統中進行數學模型處理，在人機交互界面中，以數值、曲線及動畫等形式顯示熱風爐的各項工藝參數和運行狀態；輸入熱風爐燃燒的工藝參數設定值，主要包括拱頂溫度、起始空燃比等參數設定；選擇熱風爐燃燒控制的工作方式。通過熱風爐燃燒控制系統進行處理后，輸出煤氣支管調節閥開度給定；空氣支管調節閥開度給定，煤氣總管壓力開度給定等控制信號，精確控制閥門的開度，實現智能調節。

6 系統的技術指標

6.1 在原有基礎上提高風溫10℃；

6.2 克服煤氣壓力波動的時間≤25 秒；

6.3 快速燒拱頂時間約20 分鐘之內；

6.4 系統操作簡單界面友好。

7 應用效果分析

7.1 數據對比

煉鐵一廠3# 高爐熱風爐智能控制燃燒系統于2012 年3 月1 日正式投入運行，經過近一個月時間的數據跟蹤統計，該系統實施后，提高了熱風爐送風溫度，節約了煤氣消耗，具體情況對比如下：

2 月7 日-2 月29 日：3# 高爐熱風爐平均風溫：1190.3℃

平均日用氣量：119.4692 萬m3

3 月1 日-4 月1 日：3# 高爐熱風爐平均風溫：1205.6℃

平均日用氣量：115.3009 萬m3

每天平均風溫提高：1205.6 -1190.3 =15.3℃

每天平均節約煤氣量：119.4692 -115.3009=4.1683 萬m3，約節約3.48%

7.2 效益分析7.2.1 降低焦比

系統投入使用后，日平均風溫提高了15.3℃，按理論計算（風溫提高100℃，噸鐵降低焦比13Kg），噸鐵可降焦比1.98Kg，按照每噸焦炭0.2 萬元，日產生鐵1700 噸，全年350天計算，每年可增效：

1.98 Kg÷1000 Kg×1700 噸×0.2 萬元×350天=235.62 萬元。

7.2.2 節約煤氣

智能燒爐系統能夠精確配比空燃比，合理調整閥門開度，使熱風爐的燃燒效率顯著提高，按日平均節約煤氣用量3.48%計算，即每天節約4.1683 萬m3，每4m?煤氣發一度電計算，則每天可發電10420.75 度，每度電0.53 元，年可增效：10420.75 度/天×0.53 元×350 天÷10000 元=193.3 萬元。

全年綜合創效：235.62＋193.3=428.92 萬元

結語

綜上所述，通過3# 高爐熱風爐智能控制燃燒系統投入運行后數據分析，已實現了燃燒過程的智能控制，操作簡便，運行穩定，日平均風溫提高了15.3℃，日節約煤氣4.1683萬m3，年綜合創效約為428.92 萬元，經濟效益明顯，經公司研究決定，盡快推進其它高爐熱風爐該技術的引進。

[1]林慶霖，翁春水.2010 年全國煉鐵生產技術會議暨煉鐵學術年會文集（上）[A].天碩熱風爐自動優化燒爐專家系統[C].2009

[2]孫進生;劉利平.高爐熱風爐燃燒CBR 智能控制系[J].大連民族學院學報，2008